实例化大型模型⚓︎

当你想使用一个非常大的预训练模型时，一个挑战是尽量减少对内存的使用。通常从PyTorch开始的工作流程如下：

用随机权重创建你的模型。
加载你的预训练权重。
将这些预训练权重放入你的随机模型中。

步骤1和2都需要完整版本的模型在内存中，这在大多数情况下不是问题，但如果你的模型开始达到几个GB的大小，这两个副本可能会让你超出内存的限制。更糟糕的是，如果你使用torch.distributed来启动分布式训练，每个进程都会加载预训练模型并将这两个副本存储在内存中。

请注意，随机创建的模型使用“空”张量进行初始化，这些张量占用内存空间但不填充它（因此随机值是给定时间内该内存块中的任何内容）。在第3步之后，对未初始化的权重执行适合模型/参数种类的随机初始化（例如正态分布），以尽可能提高速度！

在本指南中，我们将探讨 Transformers 提供的解决方案来处理这个问题。请注意，这是一个积极开发的领域，因此这里解释的API在将来可能会略有变化。

分片checkpoints⚓︎

自4.18.0版本起，占用空间超过10GB的模型检查点将自动分成较小的片段。在使用model.save_pretrained(save_dir)时，您最终会得到几个部分checkpoints（每个的大小都小于10GB）以及一个索引，该索引将参数名称映射到存储它们的文件。

您可以使用max_shard_size参数来控制分片之前的最大大小。为了示例的目的，我们将使用具有较小分片大小的普通大小的模型：让我们以传统的BERT模型为例。

from transformers import AutoModel

model = AutoModel.from_pretrained("bert-base-cased")

如果您使用 PreTrainedModel.save_pretrained 进行保存，您将得到一个新的文件夹，其中包含两个文件：模型的配置和权重：

>>> import os
>>> import tempfile

>>> with tempfile.TemporaryDirectory() as tmp_dir:
...     model.save_pretrained(tmp_dir)
...     print(sorted(os.listdir(tmp_dir)))
['config.json', 'pytorch_model.bin']

现在让我们使用最大分片大小为200MB：

>>> with tempfile.TemporaryDirectory() as tmp_dir:
...     model.save_pretrained(tmp_dir, max_shard_size="200MB")
...     print(sorted(os.listdir(tmp_dir)))
['config.json', 'pytorch_model-00001-of-00003.bin', 'pytorch_model-00002-of-00003.bin', 'pytorch_model-00003-of-00003.bin', 'pytorch_model.bin.index.json']

在模型配置文件最上方，我们可以看到三个不同的权重文件，以及一个index.json索引文件。这样的checkpoint可以使用[~PreTrainedModel.from_pretrained]方法完全重新加载：

>>> with tempfile.TemporaryDirectory() as tmp_dir:
...     model.save_pretrained(tmp_dir, max_shard_size="200MB")
...     new_model = AutoModel.from_pretrained(tmp_dir)

对于大型模型来说，这样做的主要优点是在上述工作流程的步骤2中，每个checkpoint的分片在前一个分片之后加载，从而将内存中的内存使用限制在模型大小加上最大分片的大小。

在后台，索引文件用于确定checkpoint中包含哪些键以及相应的权重存储在哪里。我们可以像加载任何json一样加载该索引，并获得一个字典：

>>> import json

>>> with tempfile.TemporaryDirectory() as tmp_dir:
...     model.save_pretrained(tmp_dir, max_shard_size="200MB")
...     with open(os.path.join(tmp_dir, "pytorch_model.bin.index.json"), "r") as f:
...         index = json.load(f)

>>> print(index.keys())
dict_keys(['metadata', 'weight_map'])

目前元数据仅包括模型的总大小。我们计划在将来添加其他信息：

>>> index["metadata"]
{'total_size': 433245184}

权重映射是该索引的主要部分，它将每个参数的名称（通常在PyTorch模型的state_dict中找到）映射到存储该参数的文件：

>>> index["weight_map"]
{'embeddings.LayerNorm.bias': 'pytorch_model-00001-of-00003.bin',
 'embeddings.LayerNorm.weight': 'pytorch_model-00001-of-00003.bin',
 ...

如果您想直接在模型内部加载这样的分片checkpoint，而不使用 PreTrainedModel.from_pretrained，您应该使用 [modeling_utils.load_sharded_checkpoint]：

>>> from transformers.modeling_utils import load_sharded_checkpoint

>>> with tempfile.TemporaryDirectory() as tmp_dir:
...     model.save_pretrained(tmp_dir, max_shard_size="200MB")
...     load_sharded_checkpoint(model, tmp_dir)

低内存加载⚓︎

分片checkpoints在上述工作流的第2步中降低了内存使用，但为了在低内存环境中使用该模型，我们建议使用基于 Accelerate 库的工具。

请阅读以下指南以获取更多信息：使用 Accelerate 进行大模型加载

最后更新: November 25, 2023
创建日期: November 25, 2023