32 大模型（LLMs）增量预训练篇

大模型（LLMs）增量预训练篇¶

来自： AiGC面试宝典

宁静致远

2024年01月27日20:47

大模型（LLMs）增量预训练篇

为什么要增量预训练？
进行增量预训练需要做哪些准备工作？
增量预训练所用训练框架？
增量预训练训练流程是怎么样？
增量预训练一般需要多大数据量？
增量预训练过程中，lr 如何设置？
增量预训练过程中，loss 上升正常么？
增量预训练过程中，warmup_ratio 如何设置？

• 9. warmup 的步数对大模型继续预训练是否有影响？

学习率大小对大模型继续预训练后上下游任务影响？
在初始预训练中使用 Rewarmup 对大模型继续预训练性能影响？

致谢

1. 为什么要增量预训练？¶

有一种观点，预训练学知识，指令微调学格式，强化学习对齐人类偏好， $ \underline{\text{LIMA}} $等论文算是这一观点的证据。所以要想大模型有领域知识，得增量预训练。（靠指令微调记知识不靠谱，不是几十w条数据能做到的。）

2. 进行增量预训练需要做哪些准备工作？¶

模型底座选型

主流是LLaMA，因为 $ \underline{\text{scaling法则}} $，可能LLaMA做了充分预训练。（当然有版权问题）

这里备选BLOOM，感觉基座比LLaMA差，但是也有7B版本。

$ \underline{\text{Falcon}} $、 $ \underline{\text{CPM-bee}} $、 $ \underline{\text{Aquila}} $、 $ \underline{\text{Baichuan}} $待实验，license友好，但生态和效果都是问题。其实，因为结构上都类似LLaMA，未来估计会出现整合这些模型的项目。

(Falcon公布的训练语料中没有中文)

这里没列ChatGLM和ChatGLM2，因为有种说法在SFT模型上增量预训练效果比较差。（未证实）

数据收集

这里最经典的开源预训练数据还是 $ \underline{\text{wudao}} $的200G和the $ \underline{\text{pile}} $这两个数据集（怀念一下Open-Llama）

加起来有1T的文本量，足够前期玩耍了。

其实，刚开始实践的时候，不需要太多样本，先收集GB量级的领域文本跑通流程即可。

数据清洗

当然这里数据治理可能是chatgpt魔法的最关键的部分，最基础的是把网页爬取数据中的广告清理掉。

Falcon论文里介绍了数据清洗的手段，对于我们很有参考意义。

3. 增量预训练所用训练框架？¶

1. 超大规模训练¶

如果是真大规模炼丹，那没什么好说的，直接3D并行。

Megatron-Deepspeed拥有多个成功案例，炼LLaMA可以参考LydiaXiaohongLi大佬的实现。（实在太强）

https://github.com/microsoft/Megatron-DeepSpeed/pull/139

炼BLOOM可以直接找到Bigscience的git仓库。

然而，转checkpoint还是挺费劲的。

1. 少量节点训练¶

小门小户一共就几台机器几张卡的话，3D并行有点屠龙术了。

张量并行只有在nvlink环境下才会起正向作用，但提升也不会太明显。

可以分2种情况：

· 单节点或者多节点（节点间通信快）：直接deepspeed ZeRO吧。（笔者用了linly的增量预训练代码，但有能力的最好用其他代码）比如，Open-Llama的fork版本。

https://github.com/RapidAI/Open-Llama

·多节点（但节点间通信慢）：考虑用流水线并行，参考另一个大佬的实现。

https://github.com/HuangLK/transpeeder

1. 少量卡训练¶

如果资源特别少，显存怎么也不够，可以上LoRA。

https://github.com/shibing624/MedicalGPT

4. 增量预训练训练流程是怎么样？¶

1. 数据预处理¶

参考LLaMA的预训练长度，也把数据处理成2048长度（如果不够，做补全）

这里要吐槽，tencentpretrain数据处理脚本的默认长度竟然是128。

1. 分词器¶

有很多工作加LLaMA中文词表，但是考虑到没有定论说加中文词表会更好，先用原版的吧，500k的 $ \underline{\text{tokenizer.model}} $。

https://github.com/ymcui/Chinese-LLaMA-Alpaca

1. 原始模型¶

可以使用一个中文增量预训练后的版本，当然这里坑挺大的，各家框架的模型层名不太一样。

为了快速跑通，用脚本快速转一下，能成功加载就行。

训练参数

如果显存不够，可以zero3+offload。其他参数暂时默认吧。（事实上没有想象中慢）

多机的话可以配一下deepspeed的hostfile。

1. 观测训练进展¶

这一点可能是最重要的，跑通只是第一步，根据训练情况反复调整比较重要。

可以使用wandb，记录loss，flops，吞吐速度，已消耗的token数，和测试ppl。

1. 模型转换¶

不同框架的checkpoint格式不同，还会根据并行度分成很多个文件。

以ZeRO为例，我的转换流程（很挫）是：

zero to f32

· f32 to fp16

fp16 to huggingface格式

模型测试

转为标准huggingface格式后可以用各种支持llama的前端加载，比如 $ \underline{\text{text-generation-webui}} $。

可以简单测试下续写能力，验证下模型是否正常。

至此，我们获得了1个增量预训练过的大模型基座。

5. 增量预训练一般需要多大数据量？¶

首先要确保你有足够大量的数据集，至少有几B的token；否则几十条数据的情况我更推荐模型微调。

通常增量预训练开始的阶段会出现一段时间的loss上升，随后慢慢收敛。

6. 增量预训练过程中，loss 上升正常么？¶

学习率是一个很重要的参数，因为 lr 的大小会出现以下问题：

7. 增量预训练过程中，lr 如何设置？¶

· 如果 $ I_{n} $过大，那loss值收敛会更困难，旧能力损失的会更大；

如果ln过小，那可能难以学到新知识。

当你数据集比较小（例如100B以下？），那建议使用较小的学习率。例如可以使用pre-train阶段最大学习率的10%。通常7B模型pre-train阶段的学习率大概是3e-4，所以我们可以选择3e-5。

并且需要根据你的batch size做相应缩放。通常lr缩放倍数为batch size倍数的开方。例如batch size增大4倍，学习率对应扩大2倍即可。

8. 增量预训练过程中，warmup_ratio 如何设置？¶

warmup_ratio也很重要。通常LLM训练的warmup_ratio是epoch * 1%左右。例如pre-train阶段一般只训一个epoch，则ratio是0.01；SFT通常3个epoch，ratio对应为0.03。

但是如果做CPT，建议warmup_ratio调大一点。如果你的数据集很大，有几百b，那warmup其实不影响最重的模型效果。但通常我们的数据集不会有那么大，所以更小的ratio可以让模型“过渡”得更平滑。

学习率和warmup_ratio是两个相辅相成的概念，二者通常是成正比的关系。或者说如果你正在用一个较大的学习率，那你或许可以同时尝试增加warmup来防止模型“烂掉”。

9. warmup 的步数对大模型继续预训练是否有影响？¶

• warmup 介绍：warmup 是一种 finetune 中常用的策略，指学习率从一个很小的值慢慢上升到最大值；

·对比实验设计：使用不同4种不同预热步数（eg：0%, 0.5%, 1%, 2%）来进行实验

不同预热百分比步数的性能图，上图为下游任务 loss，下图为上游任务 loss

·实验结果：当模型经过「充分」训练后，不管多长的预热步数最后的性能都差不多。

注：但，这种前提是「充分训练」，如果只看训练前期的话，使用更长的预热步数（黄色的线），无论是「上游任务」还是「下游任务」，模型的 Loss 都要比其他预热步数要低（下游学的快，上游忘的慢）。

10. 学习率大小对大模型继续预训练后上下游任务影响？¶

· 对比实验：使用了4种不同的最大学习率进行对比实验

不同最大学习率的性能图，上图为下游任务 loss，下图为上游任务 loss

· 实验结论：

·经过充分训练后，学习率越大（紫色），下游性能最好，上游性能最差（忘得最多）。

未经过预训练的模型（蓝色）无论是上游任务还是下游任务，都不如预训练过的模型效果。

注：前期训练，尽管紫色线条在最后的 loss 是最低的，但在前期 loss 会增加的非常大，随后下降。

解释一下这里为什么这么关注训练前期，是因为在真实训练中，我们可能不一定会增强图中所示的250B这么多的tokens，尤其是在模型参数很大的情况中。所以，当资源不允许充分训练的情况下，较小的学习率和较长的warmup步数可能是一个不错的选择。

11. 在初始预训练中使用 Rewarmup 对大模型继续预训练性能影响？¶

·对比实验：不切换数据集，而是继续在之前的「预训练数据集（The Pile）」上继续训练：

继续在预训练数据集上进行预训练

·实验结果：无论使用多大学习率的 warmup 策略，效果都不如使用常量学习率。

这进一步证明，在原数据集上使用 warmup 接着训练会造成性能损伤，学习率越大则损伤越大，且这种损伤是无法在后续的训练中被找回的。

注：PS：这里提示我们，当预训练中遇到了训练中断需要继续训练时，我们应该在重新开始训练时将学习率恢复到中断之前的状态（无论是数值还是衰减率）。