大模型加速微调和训练,不得不掌握的方法,代码解析和应用示例

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通过本文可以了解:LoRA模型加速原理、peft包使用、Autocust自动混合精度、Accelerate和deepspeed加速、多GPU分布式训练等大模型加速训练和微调的方法和代码应用示例。

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近期大模型层出不穷,大家对于大模型的微调也在跃跃欲试,像斯坦福的Alpaca[1], 清华的ChatGLM[2],中文的Chinese-Vicuna[3],让我这样的普通玩家也能训练自己的微调模型。

在微调和推理的时候仍然需要加速,有哪些方法可以加速微调呢?

Part1LoRA

低秩矩阵分解 LoRA[4]原理:冻结预训练模型权重,并将可训练的秩分解矩阵注入到Transformer层的每个权重中,大大减少了下游任务的可训练参数数量。LoRA 开源代码[5]见文末。

原理图:图片

公式:图片

结合原理图和公式,我们可以很容易明白LoRA了:

左侧是预训练模型的权重,输入输出维度都是d,在训练期间被冻结,不接受梯度更新。

右侧,对A使用随机的高斯初始化,B在训练开始时为零,r是秩,会对△Wx做缩放 α/r。

HuggingFace的包peft[6]对LoRA做了封装支持,几步即可使用:

在这里插入图片描述

论文中提到了LoRA的诸多优点:图片

Part2Accelerate 和 deepspeed

Accelerate[7]库提供了简单的 API,使我们可以在任何类型的单节点或分布式节点(单CPU、单GPU、多GPU 和 TPU)上运行,也可以在有或没有混合精度(fp16)的情况下运行。

这里是我用 Accelerator 和 DeepSpeedPlugin 做个示例:

需要提前知道梯度累积步骤 gradient_accumulation_steps 和 梯度累积计算

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

Part3Autocast 自动混合精度

autocast是在GPU上训练时一种用于降低显存消耗的技术。原理是用更短的总位数来保存浮点数,能够有效将显存消耗降低,从而设置更大的batch来加速训练。但会造成精度的损失,导致收敛效果也会变差。

PyTorch的AMP有2种精度是torch.FloatTensor和torch.HalfTensor。

使用方法:

from torch.cuda.amp import autocast as autocast, GradScaler

dataloader = ...
model = model.cuda()
optimizer = ...
scheduler = ...
# scaler的大小在每次迭代中动态估计,为了尽可能减少梯度,scaler应该更大;
# 但太大,半精度浮点型又容易 变成inf或NaN.
# 动态估计原理就是在不出现if或NaN梯度的情况下,尽可能的增大scaler值。 
scaler = GradScaler()

for epoch in range(epochs):
    for batch_idx, (data, targets) in enumerate(train_dataloader):
        optimizer.zero_grad()        
        data = data.cuda(0)        
        with autocast(dtype=torch.bfloat16): # 自动混精度            
            logits = model(data)            
            loss = loss(logits, targets)       
        # 反向传播梯度放大        
        scaler.scale(loss).backward()        
        # 首先 把梯度值unscale回来, 优化器中的值也需要放缩        
        # 如果梯度值不是inf或NaN, 则调用optimizer.step()来更新权重,否则,忽略step调用,从而保证权重不更新。        
        scaler.step(optimizer)        
        # 看是否要增大scaler, 更新scaler        
        scaler.update()

Part4单机多GPU

如果条件允许的话,可以使用单机多卡和分布式训练。

那么:

  • 模型怎么同步参数与梯度?
  • 数据怎么划分到多个GPU中?

pytorch框架给我们封装了对应的接口函数:

在这里插入图片描述

PyTorch提供的torchrun命令以及一些API封装了多进程的实现。我们只要在普通的单进程程序前后加入:开头 setup()和 结尾 cleanup():
在这里插入图片描述

就能用多个进程来运行训练程序,每个进程分配一个GPU,我们可以用dist.get_rank()来查看当前进程的GPU号的。

在这里插入图片描述

1数据并行:

只要在生成Dataloader时,把DistributedSampler的实例传入sampler参数就行了,DistributedSampler会自动对数据采样,并放到不同的进程中。这里需要注意的是:sampler自动完成了打乱数据集的作用,所以在定义DataLoader时,不用再开启shuffle选项。

一机多GPU,使用一个进程管理一个GPU,每个进程共享模型参数,但是使用不同的数据,每次训练数据量 = batch size * GPU个数。PyTorch提供的torchrun命令以及一些API封装了多进程的实现:

https://pytorch.org/docs/stable/elastic/run.html#launcher-api

数据处理部分的示例代码,MyDataset具体内部实现,可以参考之前的自定义数据集的文章:

[图片

在这里插入图片描述

2分布式数据并行

在并行训练时,各个进程并行,每个模型使用同一份模型参数 weights。在梯度下降时,各个进程会同步一次,致使每个进程的模型都更新相同的梯度。

做法也很简单,只需要把Model套一层DistributedDataParallel,就可以实现backward的自动同步梯,其他的操作都照旧,把新模型ddp_model当成旧模型model调用就行。

在这里插入图片描述

训练流程照常:

在每个新epoch中,要用sampler.set_epoch(epoch)更新sampler打乱数据集。训练流程和普通深度学习训练流程一样。
在这里插入图片描述

3模型保存和读取:

在保存的时候,我们只需要保存一个进程下的模型即可,另外使用barrier()确保进程1在进程0保存模型之后加载模型。

存储参数时会保存设备信息。由于刚刚只保存了0号GPU进程的模型,所有参数的device都是cuda:0。而读取模型时,每个设备上都要去加载这个模型,device要做一个调整。

在这里插入图片描述

使用DistributedDataParallel把model封装成ddp_model后,模型的参数名称里多了一个module,这是因为原来的模型model被保存到了ddp_model.module这个成员变量中。

在混用单GPU和多GPU的训练代码时,要注意这个参数名不兼容的问题,包括上面我们使用LoRA加载模型的时候,也会出现模型层名称变换了的情况。最好的做法是每次存取ddp_model.module,这样单GPU和多GPU的checkpoint可以轻松兼容。

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大模型快速微调和训练是我们做自然语言处理必备技能之一,尤其现在大语言模型及其微调模型不断涌现,只有掌握了这些技能才能跟上AI的浪潮。

如何学习大模型

现在社会上大模型越来越普及了,已经有很多人都想往这里面扎,但是却找不到适合的方法去学习。

作为一名资深码农,初入大模型时也吃了很多亏,踩了无数坑。现在我想把我的经验和知识分享给你们,帮助你们学习AI大模型,能够解决你们学习中的困难。

我已将重要的AI大模型资料包括市面上AI大模型各大白皮书、AGI大模型系统学习路线、AI大模型视频教程、实战学习,等录播视频免费分享出来,需要的小伙伴可以扫取。

一、AGI大模型系统学习路线

很多人学习大模型的时候没有方向,东学一点西学一点,像只无头苍蝇乱撞,我下面分享的这个学习路线希望能够帮助到你们学习AI大模型。

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二、AI大模型视频教程

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三、AI大模型各大学习书籍

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四、AI大模型各大场景实战案例

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五、结束语

学习AI大模型是当前科技发展的趋势,它不仅能够为我们提供更多的机会和挑战,还能够让我们更好地理解和应用人工智能技术。通过学习AI大模型,我们可以深入了解深度学习、神经网络等核心概念,并将其应用于自然语言处理、计算机视觉、语音识别等领域。同时,掌握AI大模型还能够为我们的职业发展增添竞争力,成为未来技术领域的领导者。

再者,学习AI大模型也能为我们自己创造更多的价值,提供更多的岗位以及副业创收,让自己的生活更上一层楼。

因此,学习AI大模型是一项有前景且值得投入的时间和精力的重要选择。

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### 如何在应用程序中接入使用大模型 #### 1. 明确应用场景 在将大模型集成到应用程序之前,需明确具体的应用场景。这有助于选择合适的大模型以及设计相应的功能模块。例如,在电商应用中可以利用大模型优化推荐系统;而在客服领域,则可以通过自然语言处理技术实现智能问答[^2]。 #### 2. 接入方式的选择 目前主流的接入方式有两种:一种是通过云服务商提供的API接口调用远程部署的大规模预训练模型实例;另一种则是自行下载并本地化部署特定版本的开源权重文件后再进行微调适配业务逻辑需求[^1]。 对于大多数企业级解决方案而言,采用前者即基于RESTful风格的服务请求形式更为常见也更简便高效——只需按照官方文档说明配置好必要的认证参数(如Access Key/Secret Key组合)之后发送HTTP POST方法携带JSON格式化的输入数据至指定URL地址即可获得返回结果解析后用于后续操作流程当中[^3]。 以下是Python示例代码展示如何通过requests库来调用假设中的某个第三方提供给我们的NLP类别的LLM服务端点: ```python import requests import json def call_llm_api(prompt, api_key): url = "https://example.com/api/v1/generate" headers = { 'Content-Type': 'application/json', 'Authorization': f'Bearer {api_key}' } payload = { "model": "large_model_v2", "prompt": prompt, "max_tokens": 50, "temperature": 0.7 } response = requests.post(url, headers=headers, data=json.dumps(payload)) if response.status_code == 200: result = response.json() return result['choices'][0]['text'] else: raise Exception(f"Request failed with status code {response.status_code}") # Example usage try: output_text = call_llm_api("Write a short story about an adventurous cat.", "<your-api-key>") print(output_text) except Exception as e: print(e) ``` 此脚本定义了一个函数`call_llm_api()`接受两个参数分别为提示串(`prompt`)与授权令牌字符串(`api_key`)然后构建起标准POST请求体向假定的目标网址提交获取生成文本片段作为回应值输出显示出来^。 #### 3. 数据准备与预处理 无论是哪种接入途径都需要做好充分的数据准备工作包括但不限于清洗噪声去除无关特征提取关键字段等等以便于提高最终预测精度降低错误率同时也要注意保护个人隐私信息安全遵循GDPR等相关法律法规规定不得非法收集存储传输敏感信息[^2]. 另外当涉及到多模态任务比如图像描述或者视频摘要等情况还需要额外考虑多媒体素材本身的特性采取针对性措施对其进行有效转换使得能够被目标算法所理解接纳进而发挥最大效能[^3]. #### 4. 结果解释与后处理 得到原始响应以后往往并不能直接呈现给终端使用者而是要经过一系列复杂的转化过程才能达到预期效果比如说截取最相关部分重组句式调整语气等方面的工作都是不可或缺的重要环节之一. 综上所述成功地把大型人工智能模型融入实际产品之中并非易事它不仅考验着技术人员的专业素养同时也对企业整体战略规划提出了更高层次的要求只有做到统筹兼顾合理分配资源才能够真正意义上释放出这项前沿科技成果蕴含的巨大潜力造福社会大众.
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