大模型：训练时GPU显存不足怎么办

前言

训练时显存占用分析

模型权重参数

• fp32 精度显存占用：4A
• 混合精度下显存占用（bf16/fp16）：2A

优化器状态与梯度

• 以SGD为例，其计算公式为：

    我们看到在 SGD 中，那么此时的显存占用只有梯度：。

• 以 Momentum-SGD 为例，其计算公式为：

    我们看到在Momentum-SGD 中，不仅仅有梯度 ，还有动量。

• 以 Adam 为例，其计算公式为：

   我们看到在 Adam 中，需要保存的包括：当前梯度，梯度加权平均，梯度平方的加权平均 。

• SGD：优化器状态：0， 梯度：4A
• Momentum-SGD：优化器状态：4A，梯度：4A
• Adam：优化器状态：8A，梯度：4A

激活值

训练时显存不足怎么办？

• 去掉compute_metrics：有些代码会在输出层后计算rouge分等，这个会输出一个batch_size*vocab_size*seq_len 的一个大向量，非常占显存。
• 采用bf16/fp16进行混合精度训练：现在大模型基本上都采用 bf16 来进行训练，但是如v100这些机器不支持，可以采用fp16进行训练。显存占用能够降低一倍。
• Flash attention：不仅能够降低显存，更能提高训练速度。
• 降低你的batch size：如上文所述，batch size 与模型每层的激活状态所占显存呈正相关，降低batch size 能够很大程度上降低这部分显存占用。
• 采用梯度累积：global batch size = batch size * 梯度累积，如果降低 batch size 后想保持你的 global batch size 不变，可以适当提高梯度累积值。
• 选择合适的上下文长度：如上文所述，上下文长度与激活状态所占显存呈正相关，因此可以通过适当降低上下文长度来降低显存占用。
• DeepSpeed Zero：显存占用从高到低为：Zero 1 > Zero 2 > Zero 2 + offload > zero 3 > zero 3 + offload，推荐最多试到 Zero2 + offload。
• 选择更小的基座模型：在满足需求的情况下，尽量选择更小的基座模型。

• Lora：能跑全参就别跑 Lora 或 Qlora，一方面是麻烦，另一方面的确是效果差点。
• Qlora：Qlora 的速度比lora慢，但所需显存更少，实在没资源可以试试。
• Megatron-LM：可以采用流水线并行和张量并行，使用比较麻烦，适合喜欢折腾的同学。
• Pai-Megatron-LM：Megatron-LM 的衍生，支持 Qwen 的sft和pt，坑比较多，爱折腾可以试试。
• 激活检查点：不推荐，非常耗时。在反向传播时重新计算深度神经网络的中间值。用时间（重新计算这些值两次的时间成本）来换空间（提前存储这些值的内存成本）。

最后

参考

【1】https://zhuanlan.zhihu.com/p/31558973