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一行代码训练成本再降30%,AI大模型混合精度训练再升级|开源

新火种    2024-10-06

FP8通过其独特的数值表示方式,能够在保持一定精度的同时,在大模型训练中提高训练速度、节省内存占用,最终降低训练成本。

AI大模型开发系统Colossal-AI的混合精度训练再度升级,支持主流的BF16(O2) + FP8(O1)的新一代混合精度训练方案。

仅需一行代码,即可对主流LLM模型能够获得平均30%的加速效果,降低相应大模型开发成本,并保证训练收敛性。

无需引入额外的手写CUDA算子,避免了较长的AOT编译时间和复杂的编译环境配置。

开源地址:https://github.com/hpcaitech/ColossalAI

FP8混合精度训练

低精度计算一直是GPU硬件发展趋势。

从最早的FP32,到目前通用的FP16/BF16,再到Hopper系列芯片(H100, H200, H800等)支持的FP8,低精度计算速度越来越快,所需的内存也越来越低,非常符合大模型时代对硬件的需求。

目前FP8混合精度训练影响训练结果的最大因素就是scaling方案,常见的方案有两种:

延迟scaling实时scaling

延迟scaling采用之前一段时间窗口内的scaling值来估计当前scaling,同时将scaling的更新和矩阵乘法(gemm)融合起来。这种计算方法效率较高,但由于是估算的scaling,所以对收敛性影响较大。

实时scaling直接采用当前的张量值来计算scaling,所以计算效率较低,但是对收敛性影响较小。根据英伟达的报告,这两种scaling方案的计算效率差距在10%以内。

Colossal-AI采用了对训练收敛性影响较小的实时scaling方案,同时实现有着不输其他延迟scaling实现的性能。

在单卡H100上对矩阵乘法进行的测试,可以看到矩阵的维度越大,FP8的加速效果越明显,而且Colossal-AI的实现与Transformer Engine的性能几乎一致,如图1所示。但Transformer Engine需要复杂的AOT编译环境配置和较长的编译时间。

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△图1. 单卡GEMM性能测试

为了实验结果更贴近现实,Colossal-AI直接在主流LLM上进行了实际训练的测试。

首先在H100单卡上进行了测试,以下测试中Transformer Engine (TE)采用的其默认的延迟scaling方案。

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同时进行了收敛性测试,可以看到FP8混合精度训练的loss曲线与bf16的基本一致,如图4所示:

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△图4. H100单卡 LLaMA2-7B 混合精度训练loss曲线

Colossal-AI还测试了H800多卡并行训练场景下的性能。在单机8卡H800上训练LLaMA2-7B,Colossal-AI FP8对比Colossal-AI BF16有35%的吞吐提升,对比Torch FSDP BF16有94%的吞吐提升。

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在单机8卡H800上训练LLaMA2-13B,Colossal-AI FP8对比Colossal-AI BF16有39%的吞吐提升。

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在2机16卡H800上训练Cohere Command-R 35B,Colossal-AI FP8对比Colossal-AI BF16有10%的吞吐提升,如图7所示:

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根据英伟达的报告和测试经验,对FP8混合精度训练性能调优有一些初步的认识:

尽量少使用张量并行,用流水线并行代替张量并行模型hidden size越大,加速效果越明显矩阵乘法占比高的模型加速效果大

由于上述实验中Command-R 35B采用了张量并行,所以加速效果不太明显。

Colossal-AI对FP8的支持较为广泛,各种并行方式都能和FP8混合精度训练兼容。使用时,仅需在初始化plugin时开启FP8即可:

from colossalai.booster.plugin import GeminiPlugin, HybridParallelPlugin, LowLevelZeroPlugin...plugin = LowLevelZeroPlugin(..., use_fp8=True)plugin = GeminiPlugin(..., use_fp8=True)plugin = HybridParallelPlugin(..., use_fp8=True)

除此之外,无需多余的代码和AOT编译。

开源地址:https://github.com/hpcaitech/ColossalAI

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