增量预训练baichuan-13b-chat遇到的那些坑作者： AINLP 来源： AINLP 前言资源单机两4090，如图在这里插入图片描述单卡24G，baichuan-13b-chat单卡推理需要至少26G，因此仅用一张卡，我们是无法加载百川13B的模型，所以，无论是推理还是训练，我们都必须并行！ deepspeed 核心思想：GPU

增量预训练baichuan-13b-chat遇到的那些坑

By AiBard123
March 20, 2024 - 2 min read

作者： AINLP 来源： AINLP

前言

资源

单机两4090，如图

在这里插入图片描述

单卡24G，baichuan-13b-chat单卡推理需要至少26G，因此仅用一张卡，我们是无法加载百川13B的模型，所以，无论是推理还是训练，我们都必须并行！

deepspeed

核心思想：GPU显存不够，CPU内存来凑

虽然我们两张卡加起来有48G，按理说显存是足够的，实则不是。

就两张卡而言，分别为GPU0和GPU1，两块GPU上分别有一半模型参数，即6.5B，占用13G，在使用deepspeed的参数并行进行前向传播时，GPU0需要把自己身上的参数传给GPU1临时保存起来，参与前向传播，这时，GPU1身上的参数即为整个模型的参数，即13B，占用26G，超出了单卡显存上限，因此，当只有两块卡时，不使用offload策略的前提下，单卡的显存必须大于模型大小 * 2 ，即13B的模型，双卡并行时，必须保证单卡显存大于26G。在使用三卡并行 时，单卡显存大小理论上应大于：2 * 13 * 2 / 3 = 17.3G 。

第一个2表示：每块GPU上都需要保存一份自己独有的参数和其他卡发送过来的临时参数，共2份第二个2表示：参数的数据类型是fp16，占两个字节，所以乘2 13表示：13B的模型 3表示：3块GPU

下面的视频展示了 ZeRO（包含所有三个阶段）如何执行训练步骤，包括前向传递、后向传递和参数更新。要用到多卡并行的同学建议一定要看！ ZeRO-deepspeed-new-system-optimizations-enable-training-models-with-over-100-billion-parameters[1] 从上面的分析可以看出，我的硬件资源在不使用offload的情况下，是不足的，我的deepspeed参数配置：

{
    "bfloat16": {
        "enabled": false
    },
    "fp16": {
        "enabled": "auto",
        "loss_scale": 0,
        "loss_scale_window": 1000,
        "initial_scale_power": 16,
        "hysteresis": 2,
        "min_loss_scale": 1
    },
    "zero_init": 0,
    "optimizer": {
        "type": "AdamW",
        "params": {
            "lr": "auto",
            "betas": "auto",
            "eps": "auto",
            "weight_decay": "auto"
        }
    },
    "scheduler": {
        "type": "WarmupLR",
        "params": {
            "warmup_min_lr": "auto",
            "warmup_max_lr": "auto",
            "warmup_num_steps": "auto"
        }
    },
    "zero_optimization": {
        "stage": 3,
        "offload_optimizer": {
            "device": "cpu",
            "pin_memory": true
        },
        "overlap_comm": true,
        "contiguous_gradients": true,
        "sub_group_size": 1e9,
        "reduce_bucket_size": "auto",
        "stage3_prefetch_bucket_size": "auto",
        "stage3_param_persistence_threshold": "auto",
        "stage3_max_live_parameters": 1e9,
        "stage3_max_reuse_distance": 1e9,
        "gather_16bit_weights_on_model_save": true
    },
    "gradient_accumulation_steps": "auto",
    "gradient_clipping": "auto",
    "steps_per_print": 1e5,
    "train_batch_size": "auto",
    "train_micro_batch_size_per_gpu": "auto",
    "wall_clock_breakdown": false
}

可以看到，我这里使用offload_optimizer 到cpu 的策略，这就导致，训练速度慢了很多。

在这里插入图片描述

总共307w数据，batch size为1，梯度累积步为16，每个batch的输入token为1024，两卡4090，offload优化器参数到cpu，需要训练50天。

怕大家不理解什么是offload optimize，给大家贴张图

在这里插入图片描述

一、训练的坑

通过上面一顿操作，总算不OOM了！

我这里是使用Lora的增量预训练方式，给模型注入领域知识，成功启动训练之后，下面是训练了300个step后的模型文件。

在这里插入图片描述

理论上这个adapter_model.bin 就是lora的参数，实际并不安全是

可以看下每个文件的大小

在这里插入图片描述

细心的同学可以发现，adapter_model.bin 的文件非常小，看起来不像是真的lora模型参数，的确，使用deepspeed stage3策略训练得到的模型参数，还需要恢复权重才能用！如果你不恢复，直接使用PeftModel.from_pretrained 合并模型的话，会报错，如下图：

在这里插入图片描述

用以上报错各种Google 后都没找到正确答案，就问你绝不绝望！

细心的同学又发现了，保存的checkpoint 文件夹里有个 zero_to_fp32.py ，没错，这个代码就是用来恢复权重的，在命令行执行：

python zero_to_fp32.py . adapter_model.bin

输出：

[2023-07-30 10:51:11,819] [INFO] [real_accelerator.py:133:get_accelerator] Setting ds_accelerator to cuda (auto detect)
Processing zero checkpoint './global_step300'
Detected checkpoint of type zero stage ZeroStageEnum.weights, world_size: 2
Parsing checkpoint created by deepspeed==0.10.0
Reconstructed Frozen fp32 state dict with 283 params 13264901120 elements
Reconstructed Trainable fp32 state dict with 400 params 27893760 elements
Saving fp32 state dict to adapter_model.bin

再看下模型大小：

在这里插入图片描述

哇，25G，不太妙啊

妙不妙合并下就知道。

二、推理的坑

好吧，合并试下呗。显存大的同学，合并时可能不会有任何问题，也许就是速度慢了些。

不过，咱只有48G的显存，拿个13B去和这25G大小的模型合并，差不多需要50G的显存，实在是顶不住。

原因：之所以adapter_model.bin 达到25G，是因为这个参数包含了非lora层的参数，我们可以将非lora层的参数删除。

解决办法：

import torch 
ckpt = torch.load('adapter_model.bin')
for key in list(ckpt.keys()):
    if key.find('lora_') == -1:
        del ckpt[key]
torch.save(ckpt, 'adapter_model.bin')

移除其他层的权重之后，大概就100M多些，这下可以正常推理了

三、继续训练的坑

大模型的并行训练，中途完全有可能需要中断，然后继续训练，这应该很好理解，你除了需要加载最新的模型外，之前已训练过的数据，最好也需要有标记，标记出哪些数据已训练过，尽可能保证每条数据只训练过一次。

不过，考虑到时间上的因素，我这里只做了随机采样，在一定程度上保证了每条数据尽可能只参与一次训练。

class MyDataset(Dataset):
  

    def __init__(self, dataset):
        self.dataset = dataset
        self.total_len = len(dataset)
  

    def __getitem__(self, idx):
        # 随机采样
        random.seed(int(time.time()))
        sample_idx = random.sample(range(self.total_len), k=1)[0]  
        return self.dataset[sample_idx]
  

    def __len__(self):
        return self.total_len

注意：如果这里你固定seed值，每次取到的数据还是一样，一定要保证每次取数据时seed值都不一样，所以我用了时间戳。

总结

卡少是非多

训练代码：https://github.com/seanzhang-zhichen/train_baichuan_llm.git

References

[1] ZeRO-deepspeed-new-system-optimizations-enable-training-models-with-over-100-billion-parameters: https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/ZeRO-deepspeed-new-system-optimizations-enable-training-models-with-over-100-billion-parameters/

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