tilearn-llm 1.1.0

TILEARN for LLM

Angel Tilearn.llm使用说明

当前版本完全兼容huggingface接口，支持计算优化、TP/PP/EP混合并行优化，不需要额外的模型转换操作

Dependencies: pytorch >= 2.0.0

支持显卡：Ampere, Ada, or Hopper GPUs (e.g., A100, A800, H100, H800, H20)

一、Transformers大语言模型

1.1 计算优化

当前版本完全兼容huggingface接口，只需要2行代码即可开启计算优化

1.1.1 Monkey-Patch使用方法

### TILEARN.LLM monkey patch
from tilearn.llm.transformers.models import patch_models
patch_models()

### 通过Auto factory初始化模型，接口与标准huggingface一致
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(...)
### or直接初始化模型
model = LlamaForCausalLM.from_pretrained(...)

目前Monkey-Patch支持的模型列表：

LlamaForCausalLM
Qwen2ForCausalLM

1.1.2 直接调用tilearn api方法

### TILEARN.LLM
from tilearn.llm.transformers import LlamaForCausalLM

### 模型接口与标准huggingface一致
model = LlamaForCausalLM.from_pretrained(...)

或者使用AutoModelForCausalLM接口

### TILEARN.LLM
from tilearn.llm.transformers import AutoModelForCausalLM

### 模型接口与标准huggingface一致
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(...)

特殊说明：

• 由于baichuan1 13B和baichuan2 13B会产生冲突，目前tilearn.llm.transformers.AutoModelForCausalLM默认开启了baichuan1 13B，如果需要使用baichuan2 13B，需要在启动训练脚本中设置环境变量：export TILEARN_LLM_BAICHUAN_13B=2

### TILEARN_LLM_BAICHUAN_13B open baichuan2 model
export TILEARN_LLM_BAICHUAN_13B=2

• 目前加速已经支持的模型列表：

# llama
from tilearn.llm.transformers.models.llama.modeling_llama import LlamaForCausalLM

# bloom
from tilearn.llm.transformers.models.bloom.modeling_bloom import BloomForCausalLM

# baichuan1
from tilearn.llm.transformers.models.baichuan.baichuan1_13B.modeling_baichuan import BaichuanForCausalLM
from tilearn.llm.transformers.models.baichuan.baichuan1_7B.modeling_baichuan import BaiChuanForCausalLM

# baichuan2
# 默认使用TILEARN.LLM且无需任何设置
# 单独使用xformer，需安装xformer且设置环境变量TIACC_TRAINING_CUDA_KERNEL=2
from tilearn.llm.transformers.models.baichuan.baichuan2_7B.modeling_baichuan import BaichuanForCausalLM
from tilearn.llm.transformers.models.baichuan.baichuan2_13B.modeling_baichuan import BaichuanForCausalLM

# aquila2
from tilearn.llm.transformers.models.aquila.aquila2.modeling_aquila import AquilaForCausalLM

1.2 混合并行

当前版本完全兼容huggingface trainer生态，只需要2行代码即可开启TP、PP、EP混合并行。无需进行模型转换

1.2.1 启动脚本配置参数

示例1（Llama/Qwen等非MoE结构）

### 混合并行
export TILEARN_DEBUG=1
export TILEARN_HYBRID_TP_SIZE=2
export TILEARN_HYBRID_PP_SIZE=2
#export TILEARN_HYBRID_OFFLOAD=0
#export TILEARN_HYBRID_ZERO_STAGE=1

示例2（MixtralMoE）

### 混合并行
export TILEARN_DEBUG=1
export TILEARN_HYBRID_MODE='MixtralMoe'
export TILEARN_HYBRID_TP_SIZE=1
export TILEARN_HYBRID_PP_SIZE=2
export TILEARN_HYBRID_EP_SIZE=2
export TILEARN_HYBRID_OFFLOAD=0
export TILEARN_HYBRID_ZERO_STAGE=1

示例3（HunYuanMoE）

### 混合并行
export TILEARN_DEBUG=1
export TILEARN_HYBRID_MODE='HunyuanMoe'
export TILEARN_HYBRID_TP_SIZE=1
export TILEARN_HYBRID_PP_SIZE=4
export TILEARN_HYBRID_EP_SIZE=2  # 专家并行
export TILEARN_HYBRID_OFFLOAD=0
export TILEARN_HYBRID_ZERO_STAGE=1

1.2.2 训练代码导入 tilearn 包

import tilearn.llm.hybrid_parallel

示例

### （可选）开启混合并行
import tilearn.llm.hybrid_parallel
### （可选）导入计算优化
from tilearn.llm.transformers.models import patch_models
### （可选）cpu 内存优化
# from tilearn.llm.memory.cpu.memory_optimize import memory_optimize

def main():
    ### （可选）导入计算优化
    patch_models()
    
    ### （可选）cpu 内存优化
    # memory_optimize()
    
    run_exp()

if __name__ == "__main__":
    main()

1.2.3 混合并行加速效果

Qwen2.5 32B	GPU num	mbs	global bs	seqlength	GPU Mem	tokens / sec / gpu
deepspeed zero3 g-ckpt	16	1	64	4096	86 GB	427
tilearn.llm TP4 PP2 zero1	16	1	64	4096	76 GB	515

其他数据见1.5节

1.3 AutoZero offload

适用于显存有限，zero3+offload场景显存优化

### AutoZero
export TILEARN_DEBUG=1
export TILEARN_HYBRID_MODE='AutoZero'
export TILEARN_HYBRID_AUTOZERO_SHARD_PARAM=1
export TILEARN_HYBRID_AUTOZERO_OFFLOAD_OPTIM=1
export TILEARN_HYBRID_AUTOZERO_OFFLOAD_PARAM=1

Qwen2 72B	GPU num	mbs	global bs	seqlength	GPU Mem	tokens / sec / gpu
deepspeed zero3 offload	8	1	16	4096	42 GB	136
tilearn.llm autozero offload	8	1	16	4096	22 GB	135

1.4 torch compile - experiment

适用场景：huggingface transformers + trainer模型

自动编译优化，在main.py添加如下代码即可开启，目前还在实验阶段

import tilearn.llm.compile

目前已支持手工CUDA算子+自动编译优化，若要关闭手工CUDA算子，则添加以下环境变量

export TILEARN_COMPILE_MODELPATCH=0

1.5 Transformers模型加速效果

TILEARN-LLM大模型训练加速指标

二、自动驾驶场景模型

2.1 cpu亲和性优化

适用范围单机8卡、多机多卡。用法上相对通用与具体模型无关，但加速收益和模型相关

from tilearn.llm.cpu_affinity import cpu_affinity

def main():
    cpu_affinity()
    
main()

某自动驾驶场景模型加速效果

Method	GPU num	mbs	sec / step	speedup
baseline	48	2	2.55	1
tilearn.llm	48	2	1.91	1.34

2.2 gc优化

适用范围单机8卡、多机多卡。用法上相对通用与具体模型无关，但加速收益和模型相关

from tilearn.llm.gc_optimize import gc_optimize

def main():
    gc_optimize()
    
main()

某自动驾驶场景模型加速效果

Method	GPU num	mbs	sec / step	speedup
baseline	32	64	1.74	1
tilearn.llm	32	64	1.13	1.54

附录 - 通用训练加速功能介绍

训练加速中的通信加速能力通过兼容原生的DDP工具提供，用户无需修改原生的使用代码可直接进行使用，数据IO优化、自适应FP16都通过封装好的简单函数/类进行提供，用户仅需增加几行代码便可使用。

1.使用DDP分布式训练通信优化（PyTorch+多机多卡DPP）

适用范围：多机多卡 以兼容原生DDP的方式启动训练脚本，无需进行训练代码的修改，启动命令参考示例如下： 在启动脚本start.sh内使用tiaccrun替换torchrun，接口与pytorch torchrun完全一致

export NODE_NUM=1
export INDEX=0
export GPU_NUM_PER_NODE=1
export MASTER_ADDR=127.0.0.1
export MASTER_PORT=23458

tiaccrun \
    --nnodes $NODE_NUM \
    --node_rank $INDEX \
    --nproc_per_node $GPU_NUM_PER_NODE \
    --master_addr $MASTER_ADDR \
    --master_port $MASTER_PORT \
    xxx.py

tilearnrun \
    --nnodes $NODE_NUM \
    --node_rank $INDEX \
    --nproc_per_node $GPU_NUM_PER_NODE \
    --master_addr $MASTER_ADDR \
    --master_port $MASTER_PORT \
    xxx.py

DDP分布式训练通信优化实测效果： （加速效果在多机多卡场景方有体现，单机多卡场景与原生DDP性能无异。）

硬件环境	模型	GPU卡数	原生DDP(examples/sec per V100)	TI-ACC通信优化(examples/sec per V100)
腾讯云GN10Xp.20XLARGE320	resnext50_32x4d	1（单机）	227	227
腾讯云GN10Xp.20XLARGE320	resnext50_32x4d	8（单机）	215	215
腾讯云GN10Xp.20XLARGE320	resnext50_32x4d	16（双机）	116	158.6

2.使用TIACC优化器（PyTorch）

适用范围：单机单卡、单机多卡、多级多卡

import torch

from tilearn.llm.torch.optimizers import FusedSGD
from tilearn.llm.torch.optimizers import FusedAdam
from tilearn.llm.torch.optimizers import FusedLAMB
from tilearn.llm.torch.optimizers import FusedAdagrad

nelem = 1
tensor = torch.rand(nelem, dtype=torch.float, device="cuda")

param = []
param.append(torch.nn.Parameter(tensor.clone()))

sgd_options = {"lr": .25, "momentum": .125}

optimizer =FusedSGD(param, **sgd_options)
optimizer =FusedAdam(param)
optimizer =FusedLAMB(param)
optimizer =FusedAdagrad(param)

FusedSGD接口

class FusedSGD(Optimizer):
    def __init__(self, params, lr=required, momentum=0, 
                 dampening=0, weight_decay=0, nesterov=False)

FusedAdam接口

class FusedAdam(Optimizer):
    def __init__(self, params, lr=1e-3, bias_correction=True,
                 betas=(0.9, 0.999), eps=1e-8, adam_w_mode=True,
                 weight_decay=0., amsgrad=False)

FusedLAMB接口

class FusedLAMB(Optimizer):
    def __init__(self, params, lr=1e-3, bias_correction=True,
                 betas=(0.9, 0.999), eps=1e-6, weight_decay=0.01,
                 amsgrad=False, adam_w_mode=True,
                 max_grad_norm=1.0):

FusedAdagrad接口

class FusedAdagrad(Optimizer):
    def __init__(self, params, lr=1e-2, eps=1e-10,
                 weight_decay=0., adagrad_w_mode=False):

3.使用自适应混合精度优化（PyTorch）

适用范围：开启torch amp后，loss不收敛或模型效果下降时，使用tiacc_training amp接口提升模型效果

import torch
from tilearn.llm.torch.adapt_amp import MixedPrecision_TrainingPolicy

def main():
    #使用tiacc自适应混合精度
    scaler = torch.cuda.amp.GradScaler()
    #实例化tiacc自适应混合精度策略类的对象
    schedulePolicy = "TimeSchedulePolicy"
    policy = MixedPrecision_TrainingPolicy(
            policy=schedulePolicy,
            start_time=0, end_time=40)
    #根据输入的参数得到当前epoch是否需要开启混合精度
    for epoch in range(0, 51):
        mixed_precision = policy.enable_mixed_precision(epoch,
                          scaler=scaler)

        print(mixed_precision)
        #with amp.autocast(enabled=mixed_precision):
        #    outputs = model(inputs)
        #    loss = criterion(outputs, targets)

        #scaler.scale(loss).backward()
        #scaler.step(optimizer)
        #scaler.update()


main()

1) MixedPrecision_TrainingPolicy类接口

实现对训练过程中自动混合精度自适应策略的实例化，自适应策略包括时间混合精度、时间学习率混合精度策略、损失函数混合精度策略。

初始化参数：

是否必填	参数说明	示例	默认值
是	自适应混合精度策略，0:时间混合精度，适用于通用自适应情况; 1:时间学习率混合精度策略，适用于训练过程中某一阶段loss波动出现异常的情况; 2:损失函数混合精度策略，适用于训练过程中loss下降过快或过慢情况。	0	无
否	开启自适应混合精度的开始时间，一般建议设为10。策略为0和1时必填，为2时非必填。	10	10
否	开启自适应混合精度的结束时间，一般建议设为最后一个epoch时间。策略为0和1时必填，为2时非必填。	1000 None
否	开启策略1时的保持时间，在保持时间内采用统一策略：开启或者不开启。一般建议为训练过程中loss异常波动的持续时间。策略为1时必填，为0和2时非必填。	20	None
否	开启策略2的间隔时间，默认值为1000，即每间隔1000轮epoch开启策略2。策略为2时需要填写，为0和1时无需必填。	1000	1000
否	在interval_time间隔时间开启策略2后的保持时间，默认值为100，如interval_time为1000，即在1000-1100,2000-2100...开启策略2。策略为2时需要填写，为0和1时无需必填。	100	100

policy实例化对象:

对象	类型	对象说明
policy	MixedPrecision_TrainingPolicy类	训练过程中自动混合精度自适应策略的实例化对象

2) 自适应混合精度 enable_mixed_precision函数方法

属于MixedPrecision_TrainingPolicy类，根据输入的参数得到当前epoch是否需要开启自动混合精度。 输入参数：

参数	类型	是否必填	参数说明	示例	默认值
epoch	INT	是	当前的epoch	20	无
scaler	torch.cuda.amp.GradScaler	是	梯度缩放实例化对象	scaler	无
lr	float	否	lr是当前epoch的学习率	0.01	None
loss	float	否	loss是上一轮epoch的损失值	0.1	None

输出参数：

输出参数	类型	参数说明
mixed_precision	BOOL	输入的参数得到当前epoch是否需要开启自动混合精度，是返回TRUE，否则返回FLASE。