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背景：大模型 vs. GPU Memory 大模型最大的特点是模型参数多，训练时需要很大的GPU显存 。举个例子，帮助大家的理解：对于一个常见的7B规模参数的大模型（如LLaMA-2 7B），基于16-bit混合精度训练时，在仅考虑模型参数、梯度、优化器情况下，显存占用就有112GB，显然目前A100、H100这样主流的显卡单张是放不下的，更别提国内中小厂喜欢用的A6000/5000、甚至消费级显卡。 上面的例子中，参数占GPU 显存近 14GB（每个参数2字节）。再考虑到训练时 梯度的存储占14GB（每个参数对应一个梯度，也是2字节）、优化器Optimizer假设是用目前主流的AdamW则是84GB（每个参数对应一个参数的copy、一个momentum和一个variance，这三个都是float32），合计112GB。 这种情况，Torch中支持的大家熟悉的数据并行 DataParallel 是解决不了的。因为数据并行的前提是每个GPU可以host完整的模型。需要用到模型并行和流水线并行。下面对着三种方法做一个简单介绍。 三种模型训练的并行方案 数据并行（Data...

引言与背景 FlashAttention的关键创新在于使用类似于在线Softmax的思想来对自注意力计算进行分块（tiling），从而能够融合整个多头注意力层的计算，而无需访问GPU全局内存来存储中间的logits和注意力分数 在深度学习中，Transformer模型的自注意力机制是计算密集型操作。传统实现需要在GPU全局内存中存储大量中间结果，这导致： 内存瓶颈 ：中间矩阵占用大量显存 I/O开销 ：频繁的全局内存访问降低效率 扩展性限制 ：难以处理超长序列 FlashAttention通过算法创新解决了这些问题。 Self-Atention 自注意力机制的计算可以总结为（为简化说明，忽略头数和批次维度，也省略注意力掩码和缩放因子 \(\frac{1}{\sqrt{D}}\) ）： \[O = \text{softmax}(QK^T)V\] 其中： \(Q, K, V, O\) 都是形状为 \((L, D)\) 的二维矩阵 \(L\) 是序列长度 \(D\) 是每个头的维度（头维度） softmax应用于最后一个维度（列） 标准计算流程， 传统方法将自注意力计算分解为几个阶段：...

梯度检查点（Gradient Checkpointing） 大模型的参数量巨大，即使将batch_size设置为1并使用梯度累积的方式更新，也仍然会OOM。原因是通常在计算梯度时，我们需要将所有前向传播时的激活值保存下来，这消耗大量显存。 还有另外一种延迟计算的思路， 丢掉前向传播时的激活值，在计算梯度时需要哪部分的激活值就重新计算哪部分的激活值，这样做倒是解决了显存不足的问题，但加大了计算量同时也拖慢了训练 。 梯度检查点（Gradient Checkpointing）在上述两种方式之间取了一个平衡，这种方法采用了一种策略 选择了计算图上的一部分激活值保存下来，其余部分丢弃，这样被丢弃的那一部分激活值需要在计算梯度时重新计算 。 下面这个动图展示了一种简单策略：前向传播过程中计算节点的激活值并保存，计算下一个节点完成后丢弃中间节点的激活值，反向传播时如果有保存下来的梯度就直接使用，如果没有就使用保存下来的前一个节点的梯度重新计算当前节点的梯度再使用。 Transformer框架开启梯度检查点非常简单，仅需在TrainingArguments中指定gradient...

SigLIP 概述 CLIP自提出以来在zero-shot分类、跨模态搜索、多模态对齐等多个领域得到广泛应用。得益于其令人惊叹的能力，激起了研究者广泛的关注和优化。 目前对CLIP的优化主要可以分为两大类： 其一是如何降低CLIP的训练成本； 其二是如何提升CLIP的performance。 对于第一类优化任务的常见思路有3种。 优化训练架构，如 LiT 通过freezen image encoder，单独训练text encoder来进行text 和image的对齐来加速训练； 减少训练token，如 FLIP 通过引入视觉mask，通过只计算非mask区域的视觉表征来实现加速（MAE中的思路） 优化目标函数，如 CatLIP 将caption转为class label，用分类任务来代替对比学习任务来实现加速。 对于第二类提升CLIP的performance最常用和有效的手段就是数据治理，即构建高质量、大规模、高多样性的图文数据，典型的工作如：DFN。 SigLIP这篇paper 提出用sigmoid...

如果把 近几年对比学习在视觉领域有代表性的工作做一下总结，那么对比学习的发展历程大概可以分为四个阶段： 百花齐放 这个阶段代表性工作有InstDisc（instance discrimination，）、CPC、CMC等。在这个阶段中，方法、模型、目标函数、代理任务都还没有统一，所以说是一个百花齐放的时代 CV双雄 代表作有MoCo v1、SimCLR v1、MoCo v2、SimCLR v2；CPC、CMC的延伸工作、SwAV等。这个阶段发展非常迅速，有的工作间隔甚至不到一个月，ImageNet上的成绩基本上每个月都在被刷新。 不用负样本 BYOL及其改进工作、SimSiam（CNN在对比学习中的总结性工作） transformer MoCo v3、DINO。这个阶段，无论是对比学习还是最新的掩码学习，都是用Vision Transformer做的。 第一阶段：百花齐放（2018-2019Mid） InstDisc（instance discrimination） 这篇文章提出了个体判别任务（代理任务）以及 memory bank ，非常经典，后人给它的方法起名为InstDisc。...

DINO Emerging Properties in Self-Supervised Vision Transformers 论文地址： arxiv.org/pdf/2104.14294 DINO摇摆到了动量式更新，果然【加动量】还是比【只用梯度停止】香。DINO的名字来自于Self- di stillation with no labels中的蒸馏和No标签。 DINO的训练步骤 其实以前的对比学习方案也可以理解为知识蒸馏，DINO里更具体得描述了知识蒸馏的含义。 下图展示了一个样本通过数据增强得到一对views \((x_1,x_2)\) 。注意DINO后面还会使用更复杂的裁剪和对比方案，但这里简单起见先不考虑那些。模型将输入图像的两种不同的随机变换 \(x_1\) 和 \(x_2\) 分别传递给学生和教师网络。 这两个网络具有相同的架构，但参数不同 。教师网络的输出以batch内计算的平均值，进行中心化（减去均值）。每个网络输出一个 \(K\)...

Self-Supervised Learning ，又称为自监督学习，我们知道一般机器学习分为有监督学习，无监督学习和强化学习。 而 Self-Supervised Learning 是无监督学习里面的一种，主要是希望能够学习到一种 通用的特征表达 用于 下游任务 (Downstream Tasks) 。 其主要的方式就是通过自己监督自己。作为代表作的 kaiming 的 MoCo 引发一波热议， Yann Lecun也在 AAAI 上讲 Self-Supervised Learning 是未来的大势所趋。所以在这个系列中，我会系统地解读 Self-Supervised Learning 的经典工作。 总结下 Self-Supervised Learning 的方法，用 4 个英文单词概括一下就是： Unsupervised Pre-train, Supervised Fine-tune. 这段话先放在这里，可能你现在还不一定完全理解，后面还会再次提到它。 在预训练阶段我们使用 无标签的数据集 (unlabeled data) ，因为有标签的数据集 很贵...

总结下 Self-Supervised Learning 的方法，用 4 个英文单词概括一下就是： Unsupervised Pre-train, Supervised Fine-tune. 在预训练阶段我们使用 无标签的数据集 (unlabeled data) ，因为有标签的数据集 很贵 ，打标签得要多少人工劳力去标注，那成本是相当高的，所以这玩意太贵。相反，无标签的数据集网上随便到处爬，它 便宜 。在训练模型参数的时候，我们不追求把这个参数用带标签数据从 初始化的一张白纸 给一步训练到位，原因就是数据集太贵。于是 Self-Supervised Learning 就想先把参数从 一张白纸 训练到 初步成型 ，再从 初步成型 训练到 完全成型 。注意这是2个阶段。这个 训练到初步成型的东西 ，我们把它叫做 Visual Representation 。预训练模型的时候，就是模型参数从 一张白纸 到 初步成型 的这个过程，还是用无标签数据集。等我把模型参数训练个八九不离十，这时候再根据你 下游任务 (Downstream Tasks) 的不同去用带标签的数据集把参数训练到 完全成型...

补充知识 表示学习 （Representation Learning）： 学习数据的表征，以便在构建分类器或其他预测器时更容易提取有用的信息 ，无监督学习也属于表示学习。 互信息 （Mutual Information）：表示两个变量 \(X\) 和 \(Y\) 之间的关系，定义为： \[I(X;Y)=\sum_{x\in X}\sum_{y\in Y}p(x,y)log\frac{p(x|y)}{p(x)}\] 对比损失(contrastive loss) ：计算成对样本的匹配程度，主要用于降维中。计算公式为： \[L=\frac{1}{2N}\sum_{n-1}^N[yd^2+(1-y)max(margin-d, 0)^2]\] 其中, \(d=\sqrt{(a_n-b_n)^2}\) 为两个样本的欧式距离， \(y=\{0,1\}\) 代表两个样本的匹配程度， \(margin\) 代表设定的阈值。这种损失函数可以很好的表达成对样本的匹配程度，也能够很好用于训练提取特征的模型。当 \( y=1\) （即样本相似）时，损失函数只剩下 \(∑d^2\)...

从 NLP 入手 n-gram 语言模型（language model）就是假设一门语言所有可能的句子服从一个概率分布，每个句子出现的概率加起来是1，那么语言模型的任务就是预测每个句子在语言中出现的概率。如果把句子 \(s\) 看成单词 \(w\) 的序列 \(s=\{w_1,w_2,...,w_m\}\) ，那么语言模型就是建模一个 \(p(w_1,w_2,...,w_m)\) 来计算这个句子 \(s\) 出现的概率，直观上我们要得到这个语言模型，基于链式法则可以表示为每个单词出现的条件概率的乘积，我们将条件概率的条件 \((w_1,w_2,...,w_{i-1})\) 称为单词 \(w_i\) 的上下文，用 \(c_i\) 表示。 \[\begin{aligned} p\left(w_{1}, w_{2}, \ldots, w_{m}\right)&=p\left(w_{1}\right) * p\left(w_{2} \mid w_{1}\right) * p\left(w_{3} \mid w_{1}, w_{2}\right) \ldots p\left(w_{m}...

BLIP 论文名称 ：BLIP: Bootstrapping Language-Image Pre-training for Unified Vision-Language Understanding and Generation (ICML 2022) 论文地址： https://arxiv.org/pdf/2201.12086.pdf 代码地址： https://github.com/salesforce/BLIP 官方解读博客： https://blog.salesforceairesearch.com/blip-bootstrapping-language-image-pretraining/ 背景和动机 视觉语言训练 (Vision-Language Pre-training, VLP) 最近在各种多模态下游任务上取得了巨大的成功。然而，现有方法有两个主要限制： 模型层面： 大多数现有的预训练模型仅在基于理解的任务或者基于生成的任务方面表现出色，很少有可以兼顾的模型。比如，基于编码器的模型，像 CLIP，ALBEF 不能直接转移到文本生成任务...

CLIP算法原理 CLIP 不预先定义图像和文本标签类别，直接利用从互联网爬取的 400 million 个image-text pair 进行图文匹配任务的训练，并将其成功迁移应用于30个现存的计算机视觉分类。简单的说，CLIP 无需利用 ImageNet 的数据和标签进行训练，就可以达到 ResNet50 在 ImageNet数据集上有监督训练的结果，所以叫做 Zero-shot。 CLIP（contrastive language-image pre-training）主要的贡献就是 利用无监督的文本信息，作为监督信号来学习视觉特征 。 CLIP 作者先是回顾了并总结了和上述相关的两条表征学习路线： 构建image和text的联系，比如利用已有的image-text pair数据集，从text中学习image的表征； 获取更多的数据（不要求高质量，也不要求full...