01

前言

本文主要介绍Unsloth，它可以显著提升大模型的训练速度，减少显存占用，我们将其整合到Firefly训练框架中，实现对Llama3、Llama2、Mistral、Gemma、Zephyr等模型训练的「降本增速」。


我们实测了Unsloth所带来的训练增益，对Llama3-8B进行QLoRA训练，最少仅需7.75GB显存，这意味着我们可以在一张1080Ti上训练Llama3-8B，进一步降低了大模型训练的硬件门槛。开启Unsloth后，Llama3-8B的训练速度可提升44.35%，训练时间可减少30.72%，显存占用可减少42.58%。更详细的测试设置可参考第三节。


Firefly项目链接：

https://github.com/yangjianxin1/Firefly


Unsloth项目链接：

https://github.com/unslothai/unsloth


02

Unsloth简介

Unsloth是一个开源的大模型训练加速项目，使用OpenAI的Triton对模型的计算过程进行重写，大幅提升模型的训练速度，降低训练中的显存占用。Unsloth能够保证重写后的模型计算的一致性，实现中不存在近似计算，模型训练的精度损失为零。Unsloth支持绝大多数主流的GPU设备，包括V100, T4, Titan V, RTX 20, 30, 40x, A100, H100, L40等，支持对LoRA和QLoRA的训练加速和高效显存管理，支持Flash Attention。


Unsloth对大模型的训练提升如下图所示。在一张A100上，使用QLoRA对不同的模型进行训练，Llama2-7B的训练速度是原来的1.87倍，显存占用减少39.3%，Mistral-7B的训练速度是原来的1.88倍，显存占用减少65.9%。在无精度损失的前提下，Unsloth对大模型训练具有显著的「降本增速」作用，可谓是「免费的午餐」。


更重要的是，Unsloth与 Hugging Face 生态兼容，可以很容易将其与transformers、peft、trl等代码库进行结合，以实现模型的SFT与DPO，仅需修改模型的加载方式即可，无需对此前的训练代码进行过多的修改。Demo如下所示。

from unsloth import FastLanguageModelimport torchfrom trl import SFTTrainerfrom transformers import TrainingArgumentsfrom datasets import load_datasetmax_seq_length = 2048 # Supports RoPE Scaling interally, so choose any!# Get LAION dataseturl = "https://huggingface.co/datasets/laion/OIG/resolve/main/unified_chip2.jsonl"dataset = load_dataset("json", data_files = {"train" : url}, split = "train")
# 4bit pre quantized models we support for 4x faster downloading + no OOMs.fourbit_models = [    "unsloth/mistral-7b-bnb-4bit",    "unsloth/mistral-7b-instruct-v0.2-bnb-4bit",    "unsloth/llama-2-7b-bnb-4bit",    "unsloth/gemma-7b-bnb-4bit",    "unsloth/gemma-7b-it-bnb-4bit", # Instruct version of Gemma 7b    "unsloth/gemma-2b-bnb-4bit",    "unsloth/gemma-2b-it-bnb-4bit", # Instruct version of Gemma 2b    "unsloth/llama-3-8b-bnb-4bit", # [NEW] 15 Trillion token Llama-3    "unsloth/Phi-3-mini-4k-instruct-bnb-4bit",] # More models at https://huggingface.co/unsloth
model, tokenizer = FastLanguageModel.from_pretrained(    model_name = "unsloth/llama-3-8b-bnb-4bit",    max_seq_length = max_seq_length,    dtype = None,    load_in_4bit = True,)
# Do model patching and add fast LoRA weightsmodel = FastLanguageModel.get_peft_model(    model,    r = 16,    target_modules = ["q_proj", "k_proj", "v_proj", "o_proj",                      "gate_proj", "up_proj", "down_proj",],    lora_alpha = 16,    lora_dropout = 0, # Supports any, but = 0 is optimized    bias = "none",    # Supports any, but = "none" is optimized    # [NEW] "unsloth" uses 30% less VRAM, fits 2x larger batch sizes!    use_gradient_checkpointing = "unsloth", # True or "unsloth" for very long context    random_state = 3407,    max_seq_length = max_seq_length,    use_rslora = False,  # We support rank stabilized LoRA    loftq_config = None, # And LoftQ)
trainer = SFTTrainer(    model = model,    train_dataset = dataset,    dataset_text_field = "text",    max_seq_length = max_seq_length,    tokenizer = tokenizer,    args = TrainingArguments(        per_device_train_batch_size = 2,        gradient_accumulation_steps = 4,        warmup_steps = 10,        max_steps = 60,        fp16 = not torch.cuda.is_bf16_supported(),        bf16 = torch.cuda.is_bf16_supported(),        logging_steps = 1,        output_dir = "outputs",        optim = "adamw_8bit",        seed = 3407,    ),)trainer.train()

尚未开源的Unsloth Pro与Max版本，有着更强劲的训练效率的提升。


目前开源版本的Unsloth，仅支持单机单卡训练，且仅支持Llama2、Llama3、Mistral、Gemma、Zephyr、TinyLlama、Phi-3等模型。遗憾的是，Qwen2并不在Unsloth的支持列表中，该需求在Unsloth的issue中也被频繁提及。


Unsloth官方在短期内暂时没有支持Qwen2的计划，更多的是建议用户将Qwen2的权重进行Llama化，然后采用Llama的训练方式。但对Qwen2的权重进行Llama化后，模型性能有显著的下降。对于该问题，Firefly项目组也正在进行尝试，希望能够使Unsloth原生支持Qwen2，目前处于测试阶段，敬请期待。


03

Unsloth实践 & 测试

拉取Firefly代码库：

git clone https://github.com/yangjianxin1/Firefly.git

在Firefly中启动Unsloth训练Llama3，仅需在训练配置文件中将use_unsloth设为true即可，use_unsloth默认为False。


使用Unsloth，需要安装或者更新如下python包：
pip install git+https://github.com/unslothai/unsloth.gitpip install transformers==4.37pip install bitsandbytes==0.43.1pip install peft==0.10.0pip install torch==2.2.2pip install xformers==0.0.25.post1
使用Firefly对Llama3-8B进行SFT的启动命令：
python train.py --train_args_file train_args/sft/qlora/llama3-8b-sft-qlora.json
值得注意的是，目前Unsloth仅支持以下模型，更多详情可查看Unsloth官方介绍。


我们在一张V100上对Llama3-8B进行QLoRA训练，使用相同的数据集训练50步，开启gradient_checkpointing，每条数据均padding至max_seq_length，在所有linear层均插入adapter，由于V100不支持Flash Attention，所以本测试未开启Flash Attention。Unsloth所带来的训练增益如下表所示。


结合QLoRA与Unsloth训练Llama3-8B，最少仅需7.75GB显存，开启Unsloth后，Llama3-8B的训练速度可提升44.35%，训练时间可减少30.72%，显存占用可减少42.58%。当max_seq_length或者per_device_train_batch_size增大时，Unsloth节省显存的优势更加明显。


从上述结果来看，Unsloth对于训练加速和节省显存的效果非常显著，我们也正在对Unsloth支持Qwen2的工作进行尝试。



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