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20K star！搞定 LLM 微调的开源利器

2024 年 5 月 5 日

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LLM（大语言模型）微调一直都是老大难问题，不仅因为微调需要大量的计算资源，而且微调的方法也很多，要去尝试每种方法的效果，需要安装大量的第三方库和依赖，甚至要接入一些框架，可能在还没开始微调就已经因为环境配置而放弃了。

今天我们分享一个开源项目可以快速进行 LLM 微调，它不单运行效率高，而且还可以在微调过程中进行可视化，非常方便，它就是：LLaMA Factory。

关于LLM 微调

微调大型语言模型需要付出巨大的计算代价，因此高效微调技术应运而生。这些技术可分为两大类:优化型和计算型。

优化型技术:

冻结微调(Freeze-tuning)是一种常见的高效微调方法，它将大部分参数固定不变，只微调解码器的少数几层。这种方式可以大幅降低训练成本，但也可能导致模型性能下降。

梯度低秩投影(GaLore)的做法是将梯度投影到一个低维空间，从而达到全参数学习的效果，但内存使用量大幅降低。这种方法在大模型上表现较好，因为大模型往往存在较多冗余，投影后损失不大。

低秩适配(LoRA)是一种非常高效的微调方法，它不会改变预训练模型的原始权重参数。相反，LoRA在需要微调的层上引入了一对小的可训练矩阵，称为低秩矩阵。在前向过程中，模型会对原始权重张量和LoRA低秩矩阵进行相乘运算，得到改变后的权重用于计算。而在反向传播时，只需要计算和更新这对小矩阵的梯度。

这种做法的优势是，可以在不存储新权重的情况下实现模型的微调，从而极大节省内存。对于大型语言模型，权重参数往往占用大部分显存，LoRA能让训练过程只需少量额外显存即可进行。

当结合量化(Quantization)技术时，LoRA的内存优势就更加明显了。量化是将原本占用较多字节的float32/float16类型权重压缩为int8/int4等低比特类型表示，从而降低存储需求。量化后的QLoRA(Quantized LoRA)能将参数内存占用从每个参数18字节降至仅0.6字节，是一种极高效的微调方案。

实验表明，LoRA和QLoRA在较小模型上的效果最为出众，能以最小的内存overhead获得与全量精调相当的性能。其中当结合量化技术时(QLoRA)，内存占用会进一步降低。

另一种被称为分解权重低秩适配(DoRA)的方法，在LoRA的基础上进行了改进。DoRA将预训练权重矩阵分解为量级分量和方向分量两部分。它只对方向分量部分应用LoRA，而量级分量保持不变。

这样做的可能性是，预训练权重中的方向分量可能包含了更多任务相关的知识，而量级分量则更多地控制输出的数值范围。因此，只对方向部分进行低秩微调，可能会获得更好的效果。

DoRA相比LoRA的优势在于，使用相同内存开销时，往往能取得更高的性能。但它也增加了计算量，需要预先对权重进行分解。因此在不同场景下，LoRA和DoRA都有可能是更优选择。

LoRA、QLoRA和DoRA等优化型方法极大降低了LLM微调的内存需求，是高效微调中不可或缺的重要技术。LLAMAFACTORY框架对这些技术进行了很好的统一实现，大大简化了用户的使用流程。

LLAMAFACTORY采用了模块化设计，可以灵活插入和切换上述各种优化技术。用户无需coding，只需在LLAMABOARD界面上勾选所需方法即可。

计算型技术:

混合精度训练和激活重计算是最常见的两种节省计算量的方法。前者使用低精度(如FP16)来存储激活值和权重;后者则通过重新计算激活值来节省存储，从而降低内存占用。

闪电注意力(Flash Attention)是一种对注意力层进行优化的新算法，它以硬件友好的方式重新安排计算过程，大幅提高性能。S2注意力(S2 Attention)则致力于解决长文本注意力计算时的内存开销问题。

此外，各种量化技术如LLM.int8和QLoRA，能将权重和激活值压缩至低精度表示，从而节省大量内存。不过量化模型只能使用基于适配器的微调方法(如LoRA)。

Unsloth则是针对LoRA层的反向传播进行了优化，降低了梯度计算所需的浮点运算数，加速了LoRA训练过程。

LLAMAFACTORY将上述技术进行了整合，自动识别模型结构来决定启用哪些优化手段。用户无需关心技术细节，只需选择期望的内存占用和性能要求即可。同时，LLAMAFACTORY还支持分布式训练加速等功能。但分布式训练要在CLI上进行。国内很多大模型都是用这个技术微调的，这些数据来自作者的Github的README文档：

StarWhisper:天文大模型 StarWhisper，基于 ChatGLM2-6B 和 Qwen-14B 在天文数据上微调而得。
DISC-LawLLM:中文法律领域大模型 DISC-LawLLM，基于 Baichuan-13B 微调而得，具有法律推理和知识检索能力。
Sunsimiao:孙思邈中文医疗大模型 Sumsimiao，基于 Baichuan-7B 和 ChatGLM-6B 在中文医疗数据上微调而得。
CareGPT:医疗大模型项目 CareGPT，基于 LLaMA2-7B 和 Baichuan-13B 在中文医疗数据上微调而得。
MachineMindset：MBTI性格大模型项目，根据数据集与训练方式让任意LLM 拥有 16 个不同的性格类型。
CBT-LLM：一个基于认知行为治疗的心理健康问题分类的中文大语言模型。

如果你也想尽快推出自己的大模型，这个框架肯定是你学习成本最小的方式。

LLaMA Factory 是什么

LLaMA-Factory是一个统一的框架，集成了一套先进的高效训练方法。它允许用户通过内置的Web UI灵活定制100多个LLMs的微调，而无需编写代码。

项目具有以下的特色：

多种模型：LLaMA、LLaVA、Mistral、Mixtral-MoE、Qwen、Yi、Gemma、Baichuan、ChatGLM、Phi 等等。
集成方法：（增量）预训练、（多模态）指令监督微调、奖励模型训练、PPO 训练、DPO 训练和 ORPO 训练。
多种精度：32 比特全参数微调、16 比特冻结微调、16 比特 LoRA 微调和基于 AQLM/AWQ/GPTQ/LLM.int8 的 2/4/8 比特 QLoRA 微调。
先进算法：GaLore、BAdam、DoRA、LongLoRA、LLaMA Pro、Mixture-of-Depths、LoRA+、LoftQ 和 Agent 微调。
实用技巧：FlashAttention-2、Unsloth、RoPE scaling、NEFTune 和 rsLoRA。
实验监控：LlamaBoard、TensorBoard、Wandb、MLflow 等等。
极速推理：基于 vLLM 的 OpenAI 风格 API、浏览器界面和命令行接口。

与 ChatGLM 官方的 P-Tuning 微调相比，LLaMA Factory 的 LoRA 微调提供了 3.7 倍的加速比，同时在广告文案生成任务上取得了更高的 Rouge 分数。结合 4 比特量化技术，LLaMA Factory 的 QLoRA 微调进一步降低了 GPU 显存消耗。

安装部署

LLaMA Factory 的部署安装非常简单，只需要按照官方仓库中的步骤执行即可，执行命令如下：

# 克隆仓库git clone <https://github.com/hiyouga/LLaMA-Factory.git># 创建虚拟环境conda create -n llama_factory python=3.10# 激活虚拟环境conda activate llama_factory# 安装依赖cd LLaMA-Factorypip install -r requirements.txt

接下来是下载 LLM，可以选择自己常用的 LLM，包括 ChatGLM，BaiChuan，QWen，LLaMA 等，这里我们下载 BaiChuan 模型进行演示：

# 方法一：开启 git lfs 后直接 git clone 仓库git lfs installgit clone <https://huggingface.co/baichuan-inc/Baichuan2-13B-Chat>
# 方法二：先下载仓库基本信息，不下载大文件，然后再通过 huggingface 上的文件链接下载大文件GIT_LFS_SKIP_SMUDGE=1 git clone <https://huggingface.co/baichuan-inc/Baichuan2-13B-Chat>cd Baichuan2-13B-Chatwget "<https://huggingface.co/baichuan-inc/Baichuan2-13B-Chat/resolve/main/pytorch_model-00001-of-00003.bin>"

方法一的方式会将仓库中的 git 记录一并下载，导致下载下来的文件比较大，建议是采用方法二的方式，速度更快整体文件更小。

使用 LLaMA Factory

启动 LLaMA Factory 的 WebUI 页面，执行命令如下：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python src/train_web.py

启动后的界面如下：

界面分上下两部分，上半部分是模型训练的基本配置，有如下参数：

模型名称：可以使用常用的模型，包括 ChatGLM，BaiChuan，QWen，LLaMA 等，我们根据下载的模型选择Baichuan2-13B-Chat。
模型路径：输入框填写我们之前下载的 Baichuan 模型的地址。
微调方法有三种：

full：将整个模型都进行微调。
freeze：将模型的大部分参数冻结，只对部分参数进行微调。
lora：将模型的部分参数冻结，只对部分参数进行微调，但只在特定的层上进行微调。

模型断点：在未开始微调前为空，微调一次后可以点击刷新断点按钮，会得到之前微调过的断点。
高级设置和模型设置可以不用管，使用默认值即可。

下半部分是一个页签窗口，分为Train、Evaluate、Chat、Export四个页签，微调先看Train界面，有如下参数：

训练阶段：选择训练阶段，分为预训练（Pre-Training）、指令监督微调（Supervised Fine-Tuning）、奖励模型训练（Reward Modeling）、PPO 、DPO 五种，这里我们选择指令监督微调（Supervised Fine-Tuning）。

Pre-Training：在该阶段，模型会在一个大型数据集上进行预训练，学习基本的语义和概念。
Supervised Fine-Tuning：在该阶段，模型会在一个带标签的数据集上进行微调，以提高对特定任务的准确性。
Reward Modeling：在该阶段，模型会学习如何从环境中获得奖励，以便在未来做出更好的决策。
PPO Training：在该阶段，模型会使用策略梯度方法进行训练，以提高在环境中的表现。
DPO Training：在该阶段，模型会使用深度强化学习方法进行训练，以提高在环境中的表现。

数据路径：指训练数据集文件所在的路径，这里的路径指的是 LLaMA Factory 目录下的文件夹路径，默认是data目录。
数据集：这里可以选择数据路径中的数据集文件，这里我们选择self_cognition数据集，这个数据集是用来调教 LLM 回答诸如你是谁、你由谁制造这类问题的，里面的数据比较少只有 80 条左右。在微调前我们需要先修改这个文件中的内容，将里面的<NAME>和<AUTHOR>替换成我们的 AI 机器人名称和公司名称。选择了数据集后，可以点击右边的预览数据集按钮来查看数据集的前面几行的内容。

学习率：学习率越大，模型的学习速度越快，但是学习率太大的话，可能会导致模型在寻找最优解时跳过最优解，学习率太小的话，模型学习速度会很慢，所以这个参数需要根据实际情况进行调整，这里我们使用默认值5e-5。
训练轮数：训练轮数越多，模型的学习效果越好，但是训练轮数太多的话，模型的训练时间会很长，因为我们的训练数据比较少，所以要适当增加训练轮数，这里将值设置为30。
最大样本数：每个数据集最多使用的样本数，因为我们的数据量很少只有 80 条，所以用默认值就可以了。
计算类型：这里的fp16 和 bf16 是指数字的数据表示格式，主要用于深度学习训练和推理过程中，以节省内存和加速计算，这里我们选择bf16
学习率调节器：有以下选项可以选择，这里我们选择默认值cosine。

linear（线性）: 随着训练的进行，学习率将以线性方式减少。
cosine（余弦）: 这是根据余弦函数来减少学习率的。在训练开始时，学习率较高，然后逐渐降低并在训练结束时达到最低值。
cosine_with_restarts（带重启的余弦）: 和余弦策略类似，但是在一段时间后会重新启动学习率，并多次这样做。
polynomial（多项式）: 学习率会根据一个多项式函数来减少，可以设定多项式的次数。
constant（常数）: 学习率始终保持不变。
constant_with_warmup（带预热的常数）: 开始时，学习率会慢慢上升到一个固定值，然后保持这个值。
inverse_sqrt（反平方根）: 学习率会随着训练的进行按照反平方根的方式减少。
reduce_lr_on_plateau（在平台上减少学习率）: 当模型的进展停滞时（例如，验证误差不再下降），学习率会自动减少。

梯度累积和最大梯度范数：这两个参数通常可以一起使用，以保证在微调大型语言模型时，能够有效地处理大规模数据，同时保证模型训练的稳定性。梯度累积允许在有限的硬件资源上处理更大的数据集，而最大梯度范数则可以防止梯度爆炸，保证模型训练的稳定性，这里我们使用默认值即可。
断点名称：默认是用时间戳作为断点名称，可以自己修改。
其他参数使用默认值即可。