大模型訓(xùn)練框架(五)之Accelerate

Hugging Face 的 Accelerate1是一個(gè)用于簡化和加速深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練的庫，它支持在多種硬件配置上進(jìn)行分布式訓(xùn)練，包括 CPU、GPU、TPU 等。Accelerate 允許用戶輕松切換不同的并行策略，同時(shí)它還支持混合精度訓(xùn)練，可以進(jìn)一步提升訓(xùn)練效率。

1. 導(dǎo)入

Accelerate只需添加四行代碼，即可在任何分布式配置中運(yùn)行相同的 PyTorch 代碼！讓大規(guī)模訓(xùn)練和推理變得簡單、高效且適應(yīng)性強(qiáng)。

+fromaccelerateimportAccelerator
+ accelerator = Accelerator()

+ model, optimizer, training_dataloader, scheduler = accelerator.prepare(
+   model, optimizer, training_dataloader, scheduler
+ )

forbatchintraining_dataloader:
   optimizer.zero_grad()
   inputs, targets = batch
   inputs = inputs.to(device)
   targets = targets.to(device)
   outputs = model(inputs)
   loss = loss_function(outputs, targets)
+   accelerator.backward(loss)
   optimizer.step()
   scheduler.step()

2. Accelerate的特點(diǎn)

1.分布式訓(xùn)練支持：Accelerate 支持在單個(gè)節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行分布式訓(xùn)練，包括多CPU、多GPU和TPU設(shè)置。它抽象出了與分布式訓(xùn)練相關(guān)的樣板代碼，使您可以專注于訓(xùn)練邏輯而不必?fù)?dān)心通信和同步問題。

2.混合精度訓(xùn)練支持：Accelerate 提供了與混合精度訓(xùn)練（如半精度浮點(diǎn)數(shù)）相關(guān)的工具和優(yōu)化。通過使用混合精度訓(xùn)練，可以在幾乎不降低模型性能的同時(shí)減少內(nèi)存使用和計(jì)算成本。

3.設(shè)備放置和管理：Accelerate 自動(dòng)處理設(shè)備放置，將數(shù)據(jù)和模型移動(dòng)到正確的設(shè)備上，以便充分利用可用的計(jì)算資源。這簡化了跨設(shè)備進(jìn)行訓(xùn)練的過程，并幫助避免手動(dòng)管理設(shè)備分配的復(fù)雜性。

4.高度集成：Accelerate 可與 PyTorch 生態(tài)系統(tǒng)中的其他工具和庫無縫集成。它與常用的 PyTorch 數(shù)據(jù)加載器和優(yōu)化器兼容，并且可以與 DeepSpeed、Megatron-LM 和 PyTorch Fully Sharded Data Parallel (FSDP) 等擴(kuò)展一起使用。

5.可配置的 CLI 工具：Accelerate 提供了一個(gè)命令行界面 (CLI) 工具，使您能夠方便地配置和測試訓(xùn)練環(huán)境，而無需手動(dòng)編寫啟動(dòng)腳本。

6.支持多種硬件：Accelerate 支持 CPU、GPU、TPU，以及支持混合精度訓(xùn)練的硬件設(shè)備，如 FP16/BFloat16、具有 Transformer Engine 的 FP8 混合精度。

7.簡化代碼遷移：Accelerate 允許用戶在幾乎不更改代碼的情況下，將單機(jī)訓(xùn)練轉(zhuǎn)換為分布式訓(xùn)練，從而提高模型訓(xùn)練的速度和效率。

8.支持多種訓(xùn)練方式：Accelerate 支持 CPU/單GPU (TPU)/多GPU(TPU) DDP模式/fp32/fp16 等多種訓(xùn)練方式。

3. 對(duì)其它框架的支持

Accelerate 提供了一種簡單且靈活的方式來加速和擴(kuò)展 PyTorch 訓(xùn)練腳本，而無需編寫冗長的樣板代碼。以下是 Accelerate 與 PyTorch 生態(tài)系統(tǒng)中其他工具和庫集成的一些具體展開：

1.與 PyTorch Fully Sharded Data Parallel (FSDP) 的集成： FSDP 是 PyTorch 中的一種數(shù)據(jù)并行技術(shù)，它允許模型的參數(shù)在多個(gè) GPU 上進(jìn)行分片存儲(chǔ)，從而減少單個(gè) GPU 的內(nèi)存壓力。Accelerate 提供了對(duì) FSDP 的支持，使得用戶可以更容易地在 PyTorch 中實(shí)現(xiàn) FSDP 數(shù)據(jù)并行。

2.與 DeepSpeed 的集成： Accelerate 允許用戶通過 DeepSpeedPlugin 來利用 DeepSpeed 的功能，如 ZeRO 優(yōu)化技術(shù)。用戶可以在 Accelerate 配置文件中指定 DeepSpeed 的配置，如zero_stage和gradient_accumulation_steps，以及是否使用混合精度訓(xùn)練等。這樣，用戶可以在不改變?cè)?PyTorch 訓(xùn)練代碼的情況下，通過 Accelerate 來實(shí)現(xiàn) DeepSpeed 的優(yōu)化策略。

3.與 Megatron-LM 的集成： Megatron-LM 是一個(gè)用于訓(xùn)練大規(guī)模 Transformer 模型的庫，它支持模型并行和數(shù)據(jù)并行。Accelerate 提供了對(duì) Megatron-LM 的支持，允許用戶在 Megatron-LM 的基礎(chǔ)上使用 Accelerate 的分布式訓(xùn)練功能。

截至本文完稿時(shí)（2024/10/14），Accelerate對(duì)其它框架的支持主要在DP上，因?yàn)锳ccelerate暫時(shí)沒有 PP 和 TP。

以下是各種框架對(duì)并行策略（截至2024/10/12）的支持情況：

參考

[1] Accelerate: https://huggingface.co/docs/accelerate/index