本文分享了超详细的大模型训练与微调实操经验,主要从训练设置(batch size及优化器设置)和训练数据选择两大角度进行阐述。内容涵盖了batch size的合理设置方法、过大或过小的影响、微调时优化器的选择、预训练和微调时训练数据的偏好等。文章强调数据质量和代表性在微调阶段的重要性,并提供了书籍、论文、网站内容等推荐数据源。最后,作者还分享了AI大模型学习资料,包括书籍阅读、实战案例、面试资料等,旨在帮助读者全面掌握大模型技术。
前言
本篇主要从训练设置(batch size及优化器设置)、训练数据选择两大角度分享大模型训练与微调经验。
本篇开始填[大模型面经——超细节大模型训练与微调实操经验总结(上)的坑,继续细节的讲讲大模型中训练和微调的经验。
本篇主要从训练设置(batch size及优化器设置)、训练数据选择两大角度来具体谈谈经验,下面是一个问题的快捷目录。
训练大模型时,batch size如何设置比较合理,可以讲讲自己的思考
如果batch size设置过小或过大分别会怎样?
微调时优化器怎么设置好?
预训练和微调时选择的训练数据分别有什么偏好,有没有一些建议?
batch size如何设置比较合理
我们知道,大模型训练或微调的过程中batch size的设置本质上是取训练效率和模型的最终效果的平衡。
目前一些研究结果表明数据并行程度的临界点是存在的,我们这里先上一个结论:
batch size在一定临界值以内越大越好,超过临界值会开始收益持平或者递减;并且batch size需要跟其他超参数比如学习率、优化器搭配等相适配。
下面先给大家一些不同大模型中batch size的参考值:
- OpenAI的GPT-3模型使用了约3500万个token的batch size;
- 谷歌的PaLM模型使用了2048个样本的batch size;
- llama3至少也使用了上千个样本的batch size。
下面我们基于openAI的一些研究工作,学习一下openAI是如何基于一些研究理论在后续scaling law工作中预测模型的最优batch size的:
1. 最优步长
各种研究结果表明实际是存在一个关于数据并行程度的临界点的,找到这个临界点,就可以有效的平衡训练的效率和模型的最终效果。
OpenAI 发现最优步长公式可以作如下表示:

注:B 为 batch size,Bnoise为 噪声尺度
2. 损失更新
我们基于第1步中最优步长(step size),现在开始改进最优化从含有噪声的梯度中获得的损失:


上述公式中我们主要观察真实梯度、步长和B的关系,可以得出:
1)无论如何准确地估计真实梯度,总存在一个最大步长
2)批处理大小越大,优化模型的步长就越大(有一个上限)
下面再来看两张比较经典的图,

上面的图说明了更大的批次模型可以取得更多提升。但是当 batch size 太大时,我们会遇到收益递减的问题(因为分母中的 1 开始占主导地位)。
3. 梯度尺度估计
OpenAI 的研究发现,噪声尺度可以通过以下方式估计:

其中,H 是参数的真实 Hessian 矩阵,C 是相对于梯度的每个示例的协方差矩阵,g 是真实梯度。
为了进一步简化这个方程,OpenAI作出了一个假设,即优化是完全 well-conditioned 的。
在这种情况下,Hessian 矩阵只是单位矩阵的倍数,噪声尺度简化就可以简化为以下形式:

该方程表明噪声尺度等于个别梯度分量的方差之和,除以梯度的 norm。
4. 学习率视作temperature
之前说上述结论合理的前提,是在模型的 LR 是调的比较恰当的情况下。
这是因为 OpenAI 发现噪声尺度基本符合以下规律:

在使用 SGD 和小 batch 进行更新时,可以大概近似为

这表明

下面的图中可以看出规律

根据以上的公式和图,我们可以得知:
高温度导致较小的噪声尺度。其中的直觉是在高温度下,相对于方差,梯度幅度较大。
当学习率以一个常数因子衰减时,噪声尺度大致以相同的因子增长。因此,如果学习率太小,噪声尺度将被放大。
OpenAI 使用上述结论,在模型训练推理中在后续的 scaling law 工作中预测了模型的最优 batch size 大小,具体如下图。

batch size设置过小或过大分别会怎样
1. 过小
更新方向(即对真实梯度的近似)会具有很高的方差,导致的梯度更新主要是噪声。经过一些更新后,方差会相互抵消。
总体上推动模型朝着正确的方向前进,但个别更新可能不太有用,可以使用更大 batch size 进行更新。
2. 过大
当 batch size 非常大时,从训练数据中抽样的任何两组数据都会非常相似(因为它们几乎完全匹配真实梯度)
在这种情况下,增加 batch size 几乎不会改善性能,因为无法改进真实的梯度预测。
换句话说,需要在每一步中处理更多的数据,但并不能减少整个训练过程中的步数,这表明总体训练时间几乎没有改善,还增加了总体的 FLOPS。

上图,可以观察到更大的 batch size 通常对应较少的训练 step,但相应地需要增加处理的数据。
当 batch size 从 2048 翻倍时,达到同样性能所需要的 step 几乎没有任何改善,但需要花费两倍的计算资源。
再给一张谷歌的实验图:


Google 的经验研究也有类似的观察,即在固定的 epoch budget 下,当 batch size 达到临界值时,模型的性能会 batch size 的增加而降低。
微调时优化器怎么设置好?
在微调 LLM 时,优化器的选择不是影响结果的主要因素。无论是 AdamW、具有调度器 scheduler 的 SGD ,还是具有 scheduler 的 AdamW,对结果的影响都微乎其微。
也可以考虑一个目前比较新的优化器Sophia:使用梯度曲率而非方差进行归一化,提高训练效率和模型性能。
预训练和微调时选择的训练数据分别有什么偏好
下面简单做个总结。
1. 预训练阶段
首要选择:书籍、论文
数据质量较高,领域相关性比较强,知识覆盖率(密度)较大,此外文本序列较长也有利于增强模型推理能力。
其他:相关领域网站内容、新闻
2. 微调阶段
此阶段数据的质量重要性大于数据的数量的重要性,因此有以下建议:
1)选取的训练数据要干净、并具有代表性。
2)构建的prompt尽量多样化,提高模型的鲁棒性。
3)进行多任务同时进行训练的时候,要尽量使各个任务的数据量平衡
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