单个GPU，只花一天时间，能把BERT训练成什么样

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单个GPU，只花一天时间，能把BERT训练成什么样？

现在，终于有研究人员做这件事了，在有限的计算条件之下看看语言模型的真实性能如何。

要知道在以往，大多数专业人员的关注点都在极端计算的条件下的语言模型性能。

但这样的语言训练模型环境，对很多研究人员和从业人员是不可能存在的。

因此这个单天单个GPU的挑战，就有网友称是一个最希望看到的基准。

连ViT作者，谷歌大脑研究员Lucas Beyer都发文推荐，称这是一个令人耳目一新的转变。

具体的过程和结果如何，一起来看看～

挑战过程

这次研究的目标也很明确，就是反其道行之：缩小语言训练模型的算力，在有限的计算量的情况下如何达到BERT的性能水平。

既然要缩小计算量，那第一步肯定是对模型作出一些限定。

这也还是之前提到的，限定时间和GPU个数：单天单个GPU。

关于GPU，研究人员分别选取了3个进行测试，即rtx2080ti、rtxa4000和rtxa6000，每个单元有4个CPU核和32GB内存。

在限定计算量之后，就要对模型的其他参数进行一些调整，以进一步对BERT的实际适用性进行评估。

这些调整包括初始数据设置、模型架构、训练以及数据集的改进。

并且在调整的过程中，整体基调都是围绕“实际使用”进行的，避免跳转到专业的设置，为此，研究人员将所有内容都保持在PyTorch框架的实现级别上。

先来说说初始数据设置，这部分可以简单概括为以下几点：

• 将标记化的数据打包成长度为128的随机序列，不相关的片段用分割；
• 删除< cls > 标记，因为在训练前训练中加入它并没有对性能产生多大影响；
• 将序列长度为64到96微小批量累积到大批量再处理。

然后是对架构的修改，下图显示了不同模型在随着token数量的增加MLM任务损失的变化。

结果很显然，一个模型损失的衰减很大程度地取决于模型的大小，而不是模型的类型。

并且，因为每个token的性能与模型大小之间的关系紧密耦合，若想通过改变Transformer模型的大小和类型来获得巨大性能增益是不太可能的。

不过对于同大小的所有模型，每个梯度效率是几乎保持不变的，因此可以在保证模型大小不变的情况下，选择能够通过快速搜索加速计算的架构。

具体的优化和其他调整如下：

• 减少注意力头的数量来降低梯度成本：禁用所有QKV偏差；
• 禁用所有线性层偏差，通过加速梯度计算，不会对模型大小产生明显影响；
• 实现比例正弦位置嵌入，相较于学习或非比例正弦嵌入有增量收益；
• LN的预标准化比后LN更有益；
• 去除非线性头部并无影响。

接下来便要对训练进行设置，具体也就不再赘述，直接来看相关调整：

• 优化器依旧是Adam；
• 设定Learning Rate计划和批量大小；
• 丢掉Dropout环节。（因为Dropout会导致每秒更新的净减少）

而在数据集方面，研究团队采用了两种基于数据的途径来更好地缩小规模，分别是以各种方式过滤、处理或排序现有的数据和交换数据源，具体可以看下表。

性能接近最初的BERT

在调整完各种参数后，这个单卡一天的BERT性能到底如何？直接看看最终的数据！

在下游性能评估时是通过GLUE来进行的，下表能够看到在3个不同显卡上的得分，非常接近最初的BERT。

而当模型训练计算量为16倍时，即（2天，在8个GPU），依旧是一样的数据和设置，最终得到的结果比最初的BERT提高了很多，达到了RoBERTa的性能水平。

如果想了解更多，可以点击下面链接查看论文原文～

​论文原文：​​​https://arxiv.org/abs/2212.14034​