当前位置:

首页 > 业界资讯 > 训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

自Google提出VisionTransformer(ViT)以来,ViT渐渐成为许多视觉任务的默认backbone。凭借着ViT结构,许多视觉任务的SoTA都得到了进一步提升,包括图像分类、分割、检测、识别等。然而,训练ViT并非易事。除了需要较复杂的训练技巧,模型训练的计算量往往也较之前的CNN大很多。近日,新加坡SeaAILAB(SAIL)和北大ZEROLab的研究团队共同提出新的深度模型优化器Adan,该优化器可以仅用一半的计算量就能完成ViT的训练。论文链接:https://arxi

本文目录

    自Google提出Vision Transformer(ViT)以来,ViT渐渐成为许多视觉任务的默认backbone。凭借着ViT结构,许多视觉任务的SoTA都得到了进一步提升,包括图像分类、分割、检测、识别等。

    然而,训练ViT并非易事。除了需要较复杂的训练技巧,模型训练的计算量往往也较之前的CNN大很多。近日,新加坡Sea AI LAB (SAIL) 和北大ZERO Lab的研究团队共同提出新的深度模型优化器Adan,该优化器可以仅用一半的计算量就能完成ViT的训练。

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    论文链接:https://arxiv.org/pdf/2208.06677.pdf

    代码链接:​https://github.com/sail-sg/Adan​

    此外,在计算量一样的情况下, Adan在多个场景(涉及CV、NLP、RL)、多种训练方式(有监督与自监督)和多种网络结构/算法(Swin、ViT、ResNet、ConvNext、MAE、LSTM、BERT、Transformer-XL、PPO算法)上,均获得了性能提升。

    代码、配置文件、训练log均已开源。

    深度模型的训练范式与优化器

    随着ViT的提出,深度模型的训练方式变得越来越复杂。常见的训练技巧包括复杂的数据增强(如MixUp、CutMix、AutoRand)、标签的处理(如label smoothing和noise label)、模型参数的移动平均、随机网络深度、dropout等。伴随着这些技巧的混合运用,模型的泛化性与鲁棒性均得到了提升,但是随之而来的便是模型训练的计算量变得越来越大。

    在ImageNet 1k上,训练epoch数从ResNet刚提出的90已经增长到了训练ViT常用的300。甚至针对一些自监督学习的模型,例如MAE、ViT,预训练的epoch数已经达到了1.6k。训练epoch增加意味着训练时间极大的延长,急剧增加了学术研究或工业落地的成本。目前一个普遍的解决方案是增大训练的batch size并辅助并行训练以减少训练时间,但是伴随的问题便是,大的batch size往往意味着performance的下降,并且batch size越大,情况越明显。

    这主要是因为模型参数的更新次数随着batch size的增加在急剧减少。当前的优化器并不能在复杂的训练范式下以较少的更新次数实现对模型的快速训练,这进一步加剧了模型训练epoch数的增长。

    因此,是否存在一种新的优化器能在较少的参数更新次数情况下更快更好地训练深度模型?在减少训练epoch数的同时,也能缓解batch size增加带来的负面影响?

    被忽略的冲量

    要想加速优化器的收敛速度,最直接的方法便是引入冲量。近年提出的深度模型优化器均沿用着Adam中使用的冲量范式——重球法:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    其中g_k是随机噪声,m_k是moment,eta是学习率。Adam将m_k的更新由累积形式换成了移动平均的形式,并引入二阶moment(n_k)对学习率进行放缩,即:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    然而随着Adam训练原始ViT失败,它的改进版本AdamW渐渐地变成了训练ViT甚至ConvNext的首选。但是AdamW并没有改变Adam中的冲量范式,因此在当batch size超过4,096的时候,AdamW训练出的ViT的性能会急剧下降。

    在传统凸优化领域,有一个与重球法齐名的冲量技巧——Nesterov冲量算法:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    Nesterov冲量算法在光滑且一般凸的问题上,拥有比重球法更快的理论收敛速度,并且理论上也能承受更大的batch size。同重球法不同的是,Nesterov算法不在当前点计算梯度,而是利用冲量找到一个外推点,在该点算完梯度以后再进行冲量累积。

    外推点能帮助Nesterov算法提前感知当前点周围的几何信息。这种特性使得Nesterov冲量更加适合复杂的训练范式和模型结构(如ViT),因为它并不是单纯地依靠过去的冲量去绕开尖锐的局部极小点,而是通过提前观察周围的梯度,调整更新的方向。

    尽管Nesterov冲量算法拥有一定的优势,但是在深度优化器中,却鲜有被应用与探索。其中一个主要的原因就是Nesterov算法需要在外推点计算梯度,在当前点更新,期间需要多次模型参数重载以及需要人为地在外推点进行back-propagation (BP)。这些不便利性极大地限制了Nesterov冲量算法在深度模型优化器中的应用。

    Adan优化器

    通过结合改写的Nesterov冲量与自适应优化算法,并引入解耦的权重衰减,可以得到最终的Adan优化器。利用外推点,Adan可以提前感知周围的梯度信息,从而高效地逃离尖锐的局部极小区域,以增加模型的泛化性。

    1) 自适应的Nesterov冲量

    为了解决Nesterov冲量算法中多次模型参数重载的问题,研究人员首先对Nesterov进行改写:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    可以证明,改写的Nesterov冲量算法与原算法等价,两者的迭代点可以相互转化,且最终的收敛点相同。可以看到,通过引入梯度的差分项,已经可以避免手动的参数重载和人为地在外推点进行BP。

    将改写的Nesterov冲量算法同自适应类优化器相结合——将m_k的更新由累积形式替换为移动平均形式,并使用二阶moment对学习率进行放缩:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    至此已经得到了Adan的算法的基础版本。

    2) 梯度差分的冲量

    可以发现,m_k的更新将梯度与梯度的差分耦合在一起,但是在实际场景中,往往需要对物理意义不同的两项进行单独处理,因此研究人员引入梯度差分的冲量v_k:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    这里对梯度的冲量和其差分的冲量设置不同的冲量/平均系数。梯度差分项可以在相邻梯度不一致的时候减缓优化器的更新,反之,在梯度方向一致时,加速更新。

    3) 解耦的权重衰减

    对于带L2权重正则的目标函数,目前较流行的AdamW优化器通过对L2正则与训练loss解耦,在ViT和ConvNext上获得了较好的性能。但是AdamW所用的解耦方法偏向于启发式,目前并不能得到其收敛的理论保证。

    基于对L2正则解耦的思想,也给Adan引入解耦的权重衰减策略。目前Adan的每次迭代可以看成是在最小化优化目标F的某种一阶近似:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    由于F中的L2权重正则过于简单且光滑性很好,以至于不需要对其进行一阶近似。因此,可以只对训练loss进行一阶近似而忽略L2权重正则,那么Adan的最后一步迭代将会变成:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    有趣的是,可以发现AdamW的更新准则是Adan更新准则在学习率eta接近0时的一阶近似。因此,可从proximal 算子的角度给Adan甚至AdamW给出合理的解释而不是原来的启发式改进。

    4)   Adan优化器

    将2)和3)两个改进结合进Adan的基础版本,可以得到如下的Adan优化器。

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    Adan结合了自适应优化器、Nesterov冲量以及解耦的权重衰减策略的优点,能承受更大的学习率和batch size,以及可以实现对模型参数的动态L2正则。

    5)   收敛性分析

    这里跳过繁复的数学分析过程,只给出结论:

    定理:在给定或未给定Hessian-smooth条件的两种情况下,Adan优化器的收敛速度在非凸随机优化问题上均能达到已知的理论下界,并且该结论在带有解耦的权重衰减策略时仍然成立。

    实验结果

    一、CV场景

    1)有监督学习——ViT模型

    针对ViT模型,研究人员分别在ViT和Swin结构上,测试了Adan的性能。

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    可以看到,例如在ViT-small、ViT-base、Swin-tiny以及Swin-base上,Adan仅仅消耗了一半的计算资源就获得了同SoTA优化器接近的结果,并且在同样的计算量下,Adan在两种ViT模型上均展现出较大的优势。

    此外,也在大batch size下测试了Adan的性能:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    可以看到,Adan在各种batch size下都表现得不错,且相对于专为大batch size设计的优化器(LAMB)也具有一定的优势。

    2)有监督学习——CNN模型

    除了较难训练的ViT模型,研究人员也在尖锐局部极小点相对较少的CNN模型上也测试了Adan的性能——包括经典的ResNet与较先进的ConvNext。结果如下:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    可以观察到,不管是ResNet还是ConvNext,Adan均能在大约2/3训练epoch以内获得超越SoTA的性能。

    3) 无监督学习

    在无监督训练框架下,研究人员在最新提出的MAE上测试了Adan的表现。其结果如下:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    同有监督学习的结论一致,Adan仅消耗了一半的计算量就追平甚至超过了原来的SoTA优化器,并且当训练epoch越小,Adan的优势就越明显。

    二、NLP场景

    1) 有监督学习

    在NLP的有监督学习任务上,分别在经典的LSTM以及先进的Transformer-XL上观察Adan的表现。

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    Adan在上述两种网络上,均表现出一致的优越性。并且对于Transformer-XL,Adan在一半的训练步数内就追平了默认的Adam优化器。

    2)   无监督学习

    为了测试Adan在NLP场景下无监督任务上的模型训练情况。研究人员从头开始训练BERT:在经过1000k的预训练迭代后,在GLUE数据集的7个子任务上测试经过Adan训练的模型性能,结果如下:

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    Adan在所测试的7个词句分类任务上均展现出较大的优势。值得一提的是,经过Adan训练的BERT-base模型,在一些子任务上(例如RTE、CoLA以及SST-2)的结果甚至超过了Adam训练的BERT-large.

    三、RL场景

    研究人员将RL常用的PPO算法里的优化器替换为了Adan,并在MuJoCo引擎中的4个游戏上测试了Adan的性能。在4个游戏中,用Adan作为网络优化器的PPO算法,总能获得较高的reward。

    训练ViT和MAE减少一半计算量!Sea和北大联合提出高效优化器Adan,深度模型都能用

    Adan在RL的网络训练中,也表现出较大的潜力。

    结论与展望

    Adan优化器为目前的深度模型优化器引入了新的冲量范式。在复杂的训练范式下以较少的更新次数实现对模型的快速训练。

    实验显示,Adan仅需1/2-2/3的计算量就能追平现有的SoTA优化器。

    Adan在多个场景(涉及CV、NLP、RL)、多个训练方式(有监督与自监督)和多种网络结构(ViT、CNN、LSTM、Transformer等)上,均展现出较大的性能优势。此外,Adan优化器的收敛速度在非凸随机优化上也已经达到了理论下界。

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    业界资讯 模型
    相关文章 更多
    云调用AI太贵:开发者自建48台Mac mini集群,撑起Overcast播客转录
    云调用AI太贵:开发者自建48台Mac mini集群,撑起Overcast播客转录

    云调用AI太贵:开发者自建48台Mac mini集群,撑起Overcast播客转录 最近科技圈里有件挺有意思的事。播客应用Overcast的开发者马可·阿门特,成功搭建了一个由48台苹果Mac mini组成的服务器集群。关键点在于,他用这套硬件集群,绕过了云端AI服务,直接在本地运行语音识别模型来处

    索尼推出“Playerbase”计划:将真实玩家扫描植入PS第一方游戏
    索尼推出“Playerbase”计划:将真实玩家扫描植入PS第一方游戏

    索尼推出“玩家基地”计划:将真实玩家扫描植入PS第一方游戏 最近,游戏界有个大动作值得关注。索尼正式宣布启动名为“玩家基地”的新计划,准备推出一套完整的流程,将真实玩家的形象扫描并植入到PlayStation工作室的游戏之中。这套创新的流程,背后是摄影测量、动作捕捉与玩家数据技术的融合。 索尼互动娱

    华为盘古 Ultra MoE 模型发布
    华为盘古 Ultra MoE 模型发布

    5月30日,华为推出了全新的AI模型——盘古UltraMoE,该模型的参数量达到了7180亿。作为一款接近万亿参数的MoE(MixtureofExperts)模型,它在整个训练过程中完全基于华为的昇腾AI平台完成,标志着华为在超大规模模型训练方面取得了重要进展。盘古UltraMoE的成功训练离不开盘古团队研发的一系列创新技术。例如,Depth-ScaledSandwich-Norm(DSSN)稳定架构的引入,显著改善了超大规模模型训练期间出现的梯度异常及

    阿里开源14B电影级视频模型,实测可玩
    阿里开源14B电影级视频模型,实测可玩

    AI视频生成正迎来属于“通义”的高光时刻!就在昨晚,阿里巴巴悄然推出了一款由音频驱动的14B视频大模型——Wan2.2-S2V。只需上传一张静态图片和一段音频,就能生成出面部表情生动、口型精准匹配、肢体动作流畅自然的电影级数字人视频,效果惊艳。实际效果展示如下:△来自@AIMIRAI46487更令人振奋的是,这款新模型一经发布便全面开源,现在所有人都可以免费在通义万相官网体验使用。据官方介绍,Wan2.2-S2V的核心优势包括:支持最长分钟级的单次视频生成,画面稳定且具有一致性;具备影院级别的音

    特斯拉FSD新增滑板识别模型
    特斯拉FSD新增滑板识别模型

    近日,有汽车领域博主爆料,特斯拉的FSD(完全自动驾驶)辅助系统将迎来一次重要升级,或将实现更真实的环境场景还原。在最新曝光的软件代码中,发现了大量新增的渲染模型,涵盖多种车辆与行人类型。这些新增模型包括救护车、消防车、垃圾清运车、校车、半挂式卡车、高尔夫球车、骑电动滑板车的行人、使用轮椅的行人、玩滑板的行人、推婴儿车的行人,以及道路清扫车、三轮车、拖车、火车和有轨电车等。这一系列高精度建模意味着FSD系统将能更准确识别并响应复杂交通参与者的行为。据CNMO掌握的消息,日本方面已为特斯拉FSD系统的落地扫

    SOTA大模型加密数据评测:Qwen3仅破10%
    SOTA大模型加密数据评测:Qwen3仅破10%

    大语言模型面对加密数据,即便最新的Qwen3也会感到压力!尽管当下各类推理模型在多种基准测试中表现优异,但在密码学这样对逻辑严谨性和细节准确性要求极高的专业领域,模型的推理能力还有待深入挖掘。密码学不仅要求模型具备高级数学运算能力和严密的逻辑推理链,还需要其能够精准辨识复杂加密模式中的潜在规律;成功解密要求模型拥有极强的综合推理能力。上海AILab等联合推出的CipherBank测评,使用大量真实隐私场景数据和多种密码算法,严苛挑战当前最先进的大模型。CipherBank的测评结果显示,目前的大语言模型

    每2秒解一道高数题!华为揭秘万亿MoE训练系统全流程
    每2秒解一道高数题!华为揭秘万亿MoE训练系统全流程

    现在,请大家一起来数一下"1"、"2"。OK,仅仅2秒的时间,一个接近万亿规模的MoE大模型就已经掌握了如何解答一道高等数学难题的方法!而且呢,这个大模型还是完全依靠国产设备进行训练的,整个流程都体现了浓浓的“国产”特色。这就是华为借助"昇腾+PanguUltraMoE"这一组合实现的成果——不仅达成了国产算力与国产模型在全流程上的自主可控训练闭环,还在集群训练系统的性能方面达到了行业顶尖水平。有多顶尖?来看一组数据:预训练阶段:昇腾Atlas800TA2万卡集群的MFU提升

    美团推出首个语音GUI智能体,端到端语音训练更优
    美团推出首个语音GUI智能体,端到端语音训练更优

    只需动动嘴,就能操控GUI代理?由美团与浙江大学联合推出的GUIRoboTron-Speech——让你彻底解放双手,直接对设备“发号施令”。这是首个可以直接通过语音指令和屏幕截图进行端到端(End-to-End)决策的自主GUI智能体,致力于为用户提供更自然、高效且无障碍的人机交互方式。从文本到语音,智能代理的新一轮进化目前,基于大语言模型(LLMs)的自主GUI智能体已经能够通过文本指令自动完成跨应用、多步骤的复杂操作,显著提升用户效率。然而,这种依赖文本输入的方式在某些场景中存在明显局限

    超级智能体生命力觉醒!可自我更新的AI来了,妈妈再也不用担心数据瓶颈难题
    超级智能体生命力觉醒!可自我更新的AI来了,妈妈再也不用担心数据瓶颈难题

    哭死啊,全球狂炼大模型,一互联网的数据不够用,根本不够用。训练模型搞得跟《饥饿游戏》似的,全球AI研究者,都在苦恼怎么才能喂饱这群数据大胃王。尤其在多模态任务中,这一问题尤为突出。一筹莫展之际,来自人大系的初创团队,用自家的新模型,率先在国内把“模型生成数据自己喂自己”变成了现实。而且还是理解侧和生成侧双管齐下,两侧都能生成高质量、多模态的新数据,对模型本身进行数据反哺。模型是啥?中关村论坛上刚刚露面的多模态大模型Awaker1.0。团队是谁?智子引擎。由人大高瓴人工智能学院博士生高一钊创立,高瓴人工智能

    通义千问新技能!用“扮演”方式提升推理能力,不再依赖搜索API
    通义千问新技能!用“扮演”方式提升推理能力,不再依赖搜索API

    强化学习(RL)结合真实搜索引擎可以显著提升大模型的检索和推理能力。然而,这一方法面临两大挑战:搜索引擎返回的文档质量不稳定,导致训练过程中的噪音和不稳定性;RL训练需要频繁部署,产生大量API开销,限制了可扩展性。针对这些问题,阿里通义实验室推出了开源解决方案ZeroSearch,这是一个无需与真实搜索引擎交互的强化学习框架。实验表明,ZeroSearch只需使用3B参数的LLM作为检索模块,就能有效提升搜索能力,并大幅节省API成本。ZeroSearch让LLM实现自给自足

    查看更多
    精品专题 更多
    装机必备
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows
    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程
    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    Mac软件 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    Aperty macOS版
    Aperty macOS版
    macOS

    Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

    WINDOWS 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    PixTV 网页版
    PixTV 网页版
    Windows

    PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。