文章

发布于

从RLHF到DPO：直接偏好优化（Direct Preference Optimization）的数学推导与稳定性优势

好的，下面开始我们的讲座。 从RLHF到DPO：直接偏好优化（Direct Preference Optimization）的数学推导与稳定性优势 大家好！今天我们来深入探讨一个在大型语言模型（LLM）对齐领域非常重要的技术——直接偏好优化（Direct Preference Optimization，简称DPO）。DPO作为一种RLHF（Reinforcement Learning from Human Feedback）的替代方案，近年来受到了广泛关注，其数学推导的简洁性和训练的稳定性是其主要优势。我们将从RLHF的背景出发，逐步推导出DPO的数学公式，并探讨其稳定性的来源。 1. RLHF的背景与挑战 RLHF旨在使LLM的行为与人类的价值观和偏好对齐。传统的RLHF流程通常包含三个阶段： 预训练模型（Pre-trained Model）： 利用大规模文本数据预训练一个基础的LLM。 奖励模型（Reward Model）： 收集人类对不同模型输出的偏好数据，训练一个奖励模型，该模型预测给定模型输出的质量。 强化学习（Reinforcement Learning）： 使用强化学习算 …

继续阅读“从RLHF到DPO：直接偏好优化（Direct Preference Optimization）的数学推导与稳定性优势”

发布于

LISA（Layerwise Importance Sampled Adam）：通过分层重要性采样优化显存占用的微调

LISA：通过分层重要性采样优化显存占用的微调 大家好，今天我们来深入探讨一种用于优化大型语言模型微调过程中显存占用的技术：LISA (Layerwise Importance Sampled Adam)。随着模型规模的爆炸式增长，即便是在资源充足的环境下，微调也变得极具挑战性，其中显存限制是一个关键瓶颈。LISA 通过巧妙地结合分层重要性采样和 Adam 优化器，显著降低了显存需求，使得在有限的硬件条件下进行有效的微调成为可能。 背景与动机 深度学习模型的微调通常需要存储大量的中间激活值，以便进行反向传播计算梯度。这些激活值占据了大量的显存空间，尤其是在模型层数较深、批次大小较大的情况下。传统的解决方案包括梯度累积、模型并行等方法，但这些方法要么会降低训练速度，要么需要复杂的并行架构。 LISA 的核心思想是，并非所有层的激活值对最终的梯度更新都具有同等的重要性。某些层的激活值可能对模型的整体性能影响更大，而另一些层的激活值则相对不那么重要。因此，我们可以选择性地保留对模型性能影响较大的层的激活值，而丢弃或重新计算那些影响较小的层的激活值，从而节省显存。 LISA 的核心原理 LIS …

继续阅读“LISA（Layerwise Importance Sampled Adam）：通过分层重要性采样优化显存占用的微调”

发布于

数据课程学习（Curriculum Learning）：动态调整数据难度与序列长度的预训练调度

数据课程学习（Curriculum Learning）：动态调整数据难度与序列长度的预训练调度 大家好，今天我们来深入探讨一个在深度学习，尤其是自然语言处理领域非常有效的训练技巧——数据课程学习（Curriculum Learning，CL）。我们将重点关注如何通过动态调整数据难度和序列长度，来设计更有效的预训练调度策略。 1. 什么是数据课程学习？ 数据课程学习，顾名思义，模拟了人类学习的过程。我们在学习新知识时，通常从简单易懂的概念入手，逐步过渡到更复杂、更抽象的知识。在机器学习中，数据课程学习的核心思想是将训练数据按照难度排序，先用简单的数据进行训练，然后再逐渐引入难度更高的数据。 这种策略背后的直觉是，先让模型在一个相对容易的环境中学习到基本的模式和特征，然后再逐步挑战模型，使其能够处理更复杂的情况。相比于直接用随机顺序的数据进行训练，数据课程学习往往能够提高模型的收敛速度、泛化能力和最终性能。 2. 数据难度与序列长度 在设计数据课程学习方案时，我们需要考虑两个关键因素：数据的难度和序列长度。 数据难度： 数据的难度可以是多种多样的，具体取决于任务的类型。例如，在图像分类任务 …

继续阅读“数据课程学习（Curriculum Learning）：动态调整数据难度与序列长度的预训练调度”

发布于

大模型断点续训（Checkpointing）：利用异步持久化与内存快照减少训练中断开销

大模型断点续训（Checkpointing）：利用异步持久化与内存快照减少训练中断开销 各位朋友，大家好！今天我们来深入探讨一个在大模型训练中至关重要的技术——断点续训（Checkpointing）。在大模型训练中，训练时间往往以天甚至周为单位计算。硬件故障、软件Bug、电源中断等意外情况都可能导致训练中断，如果每次中断都从头开始，时间和资源成本将难以承受。断点续训技术能够帮助我们从上次中断的地方恢复训练，大大降低训练中断的开销。 1. 断点续训的核心思想 断点续训的核心思想是在训练过程中定期地将模型的参数、优化器的状态、以及其他必要的训练信息保存到磁盘或其他持久化存储介质中，形成一个“检查点”（Checkpoint）。当训练中断后，我们可以从最近的一个检查点加载这些信息，恢复训练状态，继续训练，而无需从头开始。 简单来说，断点续训就像玩游戏时的存档功能。你可以随时保存游戏进度，下次打开游戏时直接从存档点开始，而不用重新开始。 2. 断点续训的基本流程 断点续训的基本流程通常包括以下几个步骤： 定义检查点保存策略： 确定检查点保存的频率和保存的内容。 保存检查点： 在训练过程中，按照定 …

继续阅读“大模型断点续训（Checkpointing）：利用异步持久化与内存快照减少训练中断开销”

发布于

Muon优化器：利用动量正交化（Momentum Orthogonalization）加速大模型收敛

Muon优化器：利用动量正交化加速大模型收敛 各位同学，大家好！今天我们来探讨一个新兴的优化器——Muon优化器。在大模型训练领域，收敛速度是一个至关重要的问题。传统的优化器，如SGD、Adam等，在面对复杂的损失函数 landscape 时，往往会陷入局部最小值、鞍点或者震荡，导致训练缓慢甚至无法收敛。 Muon优化器通过引入动量正交化的概念，有效地缓解了这些问题，从而加速了大模型的收敛过程。 1. 背景与动机：传统优化器的局限性 在深入Muon优化器之前，我们先回顾一下传统优化器的一些局限性。 SGD (Stochastic Gradient Descent): 虽然原理简单，但收敛速度慢，对学习率敏感，容易陷入局部最小值。 Momentum: 通过引入动量，可以在一定程度上缓解SGD的震荡问题，加速收敛。然而，传统的动量方法仍然可能因为动量累积过多而冲过全局最小值。 Adam (Adaptive Moment Estimation): 结合了动量和RMSProp的优点，对每个参数自适应地调整学习率。然而，Adam也存在一些问题，例如可能在训练初期过快地减小学习率，导致训练停滞。 …

继续阅读“Muon优化器：利用动量正交化（Momentum Orthogonalization）加速大模型收敛”

发布于

GaLore算法：在消费级显卡上通过梯度低秩投影实现全参数预训练的内存优化

GaLore算法：消费级显卡上的内存优化全参数预训练 大家好，今天我们要深入探讨一种名为GaLore（Gradient Low-Rank Projection）的算法，它旨在解决在消费级显卡上进行大规模Transformer模型全参数预训练时面临的内存瓶颈问题。传统的全参数微调或预训练，尤其是针对大型模型，往往需要大量的GPU内存，这使得许多研究人员和开发者望而却步。GaLore算法通过巧妙地将梯度投影到低秩空间，显著降低了内存占用，从而使得在资源有限的环境下进行模型训练成为可能。 1. 内存瓶颈的根源：大型模型与梯度计算 在深入GaLore算法的细节之前，我们首先要理解内存瓶颈的来源。大型Transformer模型，例如BERT、GPT系列，拥有数百万甚至数十亿的参数。在训练过程中，每个参数都需要存储其梯度，用于更新模型权重。 假设我们有一个拥有 N 个参数的模型，每个参数的梯度以单精度浮点数（float32，占用4个字节）存储，那么仅仅存储梯度就需要 4 * N 字节的内存。此外，优化器（如Adam）通常会维护每个参数的额外状态（例如，一阶和二阶矩估计），这会进一步增加内存占用。 …

继续阅读“GaLore算法：在消费级显卡上通过梯度低秩投影实现全参数预训练的内存优化”

发布于

大模型训练中的尖峰（Spike）损耗：梯度裁剪、权重衰减与AdamW优化器的参数微调

大模型训练中的尖峰（Spike）损耗：梯度裁剪、权重衰减与AdamW优化器的参数微调 大家好，今天我们来深入探讨大模型训练中一个常见且令人头疼的问题——尖峰损耗（Spike Loss）。 尖峰损耗指的是训练过程中损失函数突然急剧上升的情况，这往往预示着训练不稳定，甚至可能导致模型崩溃。今天我们主要围绕如何使用梯度裁剪、权重衰减以及AdamW优化器及其参数微调来缓解和避免尖峰损耗。 尖峰损耗的成因 在深入探讨解决方案之前，我们首先需要了解尖峰损耗的可能成因。导致尖峰损耗的原因有很多，但最常见的包括： 梯度爆炸： 这是最常见的原因。 当模型的参数更新幅度过大时，会导致损失函数剧烈变化，形成尖峰。梯度爆炸通常发生在深度网络中，尤其是在使用非饱和激活函数（如ReLU）时。 病态曲率： 损失函数可能存在一些病态的曲率区域，模型在这些区域内移动时会非常敏感，微小的参数变化就可能导致损失函数的大幅波动。 数据问题： 训练数据中可能存在异常值或者噪声，这些数据会导致梯度计算出现偏差，从而引发尖峰。 此外，数据批次分布不均匀，某些批次包含大量困难样本，也可能导致尖峰。 学习率过高： 学习率决定了参数更新 …

继续阅读“大模型训练中的尖峰（Spike）损耗：梯度裁剪、权重衰减与AdamW优化器的参数微调”

发布于

Pipeline Parallelism中的气泡问题：1F1B调度策略与交错式（Interleaved）流水线优化

好的，以下是一篇关于流水线并行中的气泡问题，以及1F1B调度策略与交错式流水线优化的技术文章，以讲座模式呈现。 流水线并行中的气泡问题：1F1B调度策略与交错式流水线优化 大家好，今天我们来探讨流水线并行中的一个核心问题：气泡（Bubble）。以及如何通过1F1B调度策略和交错式流水线来优化性能。 什么是流水线并行？ 在深入气泡问题之前，我们需要了解什么是流水线并行。想象一个汽车生产线，不同的工位负责不同的任务（例如，安装发动机、喷漆、安装轮胎）。每辆汽车依次通过每个工位，每个工位同时处理不同的汽车。这就是流水线并行的基本思想。 在机器学习中，我们可以将一个模型训练过程分解为多个阶段（例如，数据加载、前向传播、梯度计算、反向传播、参数更新），每个阶段运行在不同的设备（例如，不同的GPU）上。数据在这些设备之间流动，形成一个流水线。 流水线并行的优势 流水线并行可以显著提高模型的吞吐量。如果每个阶段的耗时相同，那么总的训练时间将接近于最慢阶段的耗时。这比将所有阶段放在单个设备上顺序执行要快得多。 气泡的出现与影响 然而，流水线并行并非完美无缺。一个主要的问题就是“气泡”。气泡是指流水线中 …

继续阅读“Pipeline Parallelism中的气泡问题：1F1B调度策略与交错式（Interleaved）流水线优化”

发布于

模型算术强度（Arithmetic Intensity）分析：Memory Wall对大模型训练吞吐量的制约

模型算术强度分析：Memory Wall 对大模型训练吞吐量的制约 大家好，今天我们来深入探讨一个在大模型训练中至关重要，却又常常被忽视的概念：算术强度（Arithmetic Intensity）。理解算术强度以及它与硬件性能的交互，能帮助我们更好地理解 Memory Wall 对大模型训练吞吐量的制约，从而更有针对性地进行模型优化和硬件选择。 1. 什么是算术强度？ 简单来说，算术强度衡量的是计算操作数量与内存访问数量的比率。更正式地说： 算术强度 = 计算操作数 / 内存访问量 这个比率越高，意味着算法执行过程中，每从内存中读取一次数据，就能进行更多的计算。高算术强度的算法更倾向于受到计算能力的限制，而低算术强度的算法更容易受到内存带宽的限制。 举个例子，考虑两个操作： 向量加法： c = a + b (a, b, c都是向量) 矩阵乘法： C = A * B (A, B, C都是矩阵) 对于向量加法，我们需要读取 a 和 b，然后将它们相加，并将结果写入 c。 假设向量长度为 n，那么计算操作数是 n（n次加法），内存访问量是 3n（读 a, 读 b, 写 c）。 算术强度约为 …

继续阅读“模型算术强度（Arithmetic Intensity）分析：Memory Wall对大模型训练吞吐量的制约”

发布于

ZeRO-Infinity：利用NVMe SSD扩展内存以在有限GPU集群上训练万亿参数模型

ZeRO-Infinity：在有限GPU集群上训练万亿参数模型的技术解析 大家好，今天我将深入探讨ZeRO-Infinity，一项利用NVMe SSD扩展内存以在有限GPU集群上训练万亿参数模型的革命性技术。我们将从背景知识入手，逐步剖析ZeRO-Infinity的原理、架构、实现细节，并通过代码示例展示其关键技术，最后讨论其优势、局限性以及未来发展方向。 1. 大模型训练的挑战与机遇 近年来，深度学习模型规模呈指数级增长，从早期的AlexNet到如今的万亿参数模型，模型容量的提升带来了性能的显著提升。然而，训练如此庞大的模型面临着前所未有的挑战： 内存瓶颈： 万亿参数模型需要TB级别的内存来存储模型参数、梯度和优化器状态。即使是配备高性能GPU的服务器，其GPU内存也远远无法满足需求。 通信开销： 在分布式训练中，不同GPU之间需要频繁地进行数据交换，例如梯度同步和参数更新。随着模型规模的增大，通信开销迅速增加，成为训练的瓶颈。 计算资源： 训练万亿参数模型需要大量的计算资源，即使采用大规模GPU集群，训练时间也可能长达数周甚至数月。 尽管面临诸多挑战，训练万亿参数模型也带来了巨大的 …

继续阅读“ZeRO-Infinity：利用NVMe SSD扩展内存以在有限GPU集群上训练万亿参数模型”