大模型训练框架

一文搞定分布式训练：dataparallel、distirbuted、deepspeed、accelerate、transformers、horovod - 知乎代码地址：taishan1994/pytorch-distributed-NLP: pytorch分布式训练 (github.com)pytorch-distributed-NLPpytorch单机多卡分布式训练-中文文本分类。一直想尝试来着，苦于没有卡，只好花过年的压岁钱去Autodl上租…https://zhuanlan.zhihu.com/p/628022953大模型分布式训练并行技术（一）-概述 - 知乎近年来，随着Transformer、MOE架构的提出，使得深度学习模型轻松突破上万亿规模参数，传统的单机单卡模式已经无法满足超大模型进行训练的要求。因此，我们需要基于单机多卡、甚至是多机多卡进行分布式大模型的训练…https://zhuanlan.zhihu.com/p/598714869目前大模型的几个方式包括：

单卡python直接训练：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python src/train_bash.py

多卡训练：

accelerate：

accelerate config # 首先配置分布式环境
accelerate launch src/train_bash.py 

在config中选择MULTI_GPU，DeepSpeed/FullySharedDataParallel/Megatron-LM...

deepspeed：

deepspeed --num_gpus 8 --master_port=9901 src/train_bash.py \
    --deepspeed ds_config.json \
    ...

torchrun：

torchrun --nproc_per_node={num_gpus} train.py --train_args_file train_args/llama2-13b-ext.yaml

低版本的pytorch多卡训练（torchrun是其升级版本）：

python -m torch.distributed.launch   --nproc_per_node=2   --nnodes=1 --node_rank=0     --master_addr=localhost   --master_port=22222 	train.py

数据并行：数据集被分割成几个碎片，每个碎片被分配到一个设备上。每个设备将持有一个完整的模型副本，并在分配的数据集碎片上进行训练，在反向传播之后，模型的梯度将被全部减少，以便在不同设备上的模型参数能够保持同步。DDP

模型并行：模型被分割并分布在一个设备阵列上，有两种方式：张量并行/流水线并行。

张量并行：张量是将一个张量沿特定维度分成N块，每个设备只持有整个张量的1/N，需要额外的通信来确保结果的正确性。

流水线并行：模型按层分割成若干块，每块交给一个设备，在前向传播过程中，每个设备将中间激活传递给下一个阶段；在反向传播中，每个设备将输入张量的梯度传回给前一个流水线阶段。这允许设备同时进行计算，从而增加训练的吞吐量。

优化器并行：单个GPU的显存无法放下大模型，通常来说，模型训练过程中，GPU上需要进行存储的参数包括了模型本身的参数、优化器状态、激活函数的输出值、梯度以及一些零时的Buffer。其中模型状态参数（优化器状态+梯度+模型参数）占到了一大半以上。优化器相关的并行是一种去除冗余数据的并行，ZeRO，零冗余优化器，针对模型状态的存储优化，ZeRO使用的是分片，即每张卡只存1/N的模型状态量，这样系统只维护一份模型状态，ZeRO有3个级别，1.ZeRO-1，对优化器状态分片；2.ZeRO-2对优化器状态和梯度分片；3.ZeRO-3对优化状态、梯度分片以及模型权重参数分片。

异构系统并行： 上述方法通常需要大量的GPU来训练一个大型模型，与GPU相比，CPU内存要大得多，在不使用张量时，将其卸载回CPU内存或NVME磁盘。