最近，英伟达团队推出了全新的模型Nemotron-4，150亿参数，在8T token上完成了训练。
值得一提的是，Nemotron-4在英语、多语言和编码任务方面令人印象深刻。
论文地址：https://arxiv.org/abs/2402.16819
在7个评估基准上，与同等参数规模的模型相比，Nemotron-4 15B表现出色。
甚至，其性能超过了4倍大的模型，以及专用于多语言任务的模型。
如今LLM已经非常多了，英伟达新发布的语言模型，有何不同？
打造最强通用LLM，单个A100/H100可跑
最近发表的LLM研究受到了Chinchilla模型「缩放定律」的启发——给定固定计算预算，数据和模型大小一同优化。
而过去，研究主要针对模型大小进行缩放。
研究表明，给定两个数据分布类似的IsoFLOP GPT模型，一个是在1.4万亿token上的65亿参数模型，另一个是3000亿token上的2800亿参数模型。
显然，65B的模型在下游任务上的准确性更高。
从推理的角度来看，将计算分配给更多数据的训练，而不是增加模型大小特别有吸引力，可以减少延迟和服务模型所需的计算量。
因此，语言建模训练工作的主要焦点已转向从CommonCrawl等公共资源中，收集高质量的数万亿token数据集。
对此，英伟达研究人员提出了Nemotron-4 15B，来延续这一趋势。
具体来说，Nemotron-4 15B是在8万亿个token，包括英语、多语种、编码文本的基础上进行训练。
英伟达称，Nemotron-4 15B的开发目的：
成为能在单个英伟达A100或H100 GPU上运行的最佳「通用大模型」。
架构介绍
Nemotron-4采用了标准的纯解码器Transformer架构，并带有因果注意掩码。
核心的超参数，如表1所示。
Nemotron-4有32亿个嵌入参数和125亿个非嵌入参数。
研究人员使用旋转位置编码（RoPE）、SentencePiece分词器、MLP层的平方ReLU激活、无偏置项（bias terms）、零丢失率，以及无限制的输入输出嵌入。
通过分组查询关注（GQA），可实现更快的推理和更低的内存占用。
数据
研究人员在包含8万亿个token的预训练数据集上训练Nemotron-4 15B。
分为三种不同类型的数据：英语自然语言数据（70%）、多语言自然语言数据（15%）和源代码数据（15%）。
英语语料库由来自各种来源和领域的精选文档组成，包括网络文档、新闻文章、科学论文、书籍等。
代码和多语言数据包括一组多样化的自然语言和编程语言。
研究人员发现，从这些语言中适当地采样token是在这些领域获得高准确度的关键。
此外，研究人员分别在图3和图4中共享预训练数据集中用于代码和多语言标记的分布。
预训练
Nemotron-4使用384个DGX H100节点进行训练。每个节点包含8个基于英伟达Hopper架构的H100 80GB SXM5 GPU。
在执行无稀疏性的16位浮点（bfloat16）算术时，每个H100 GPU的峰值吞吐量为989 teraFLOP/s。
每个节点内，GPU通过NVLink和NVSwitch（nvl）连接；GPU到GPU的带宽为900 GB/s（每个方向450 GB/s）。
每个节点都有8个NVIDIA Mellanox 400 Gbps HDR InfiniBand主机通道适配器（HCA），用于节点间通信。
研究人员使用8路张量并行和数据并行的组合来训练模型，还使用了分布式优化器，将优化器状态分片到数据并行副本上。随着批大小的增加，数据并行度从96增加到384。
表2总结了批大小提升的3个阶段，包括每次迭代时间和模型FLOP/s利用率（MFU）。MFU量化了GPU在模型训练中的利用效率。训练大约在13天内完成。
再训练
与最近的研究类似，研究人员发现在模型训练结束时，切换数据分布和学习率衰减时间表，可以极大地提高模型质量。
具体来说，在对整个8T预训练数据集进行训练之后，使用相同的损失目标，并对与预训练token相比的较少的token进行持续训练。
在这一额外的继续训练阶段，利用两种不同的数据分布。
第一个分布是，从持续训练期间大部分token采样。它利用在预训练期间已经引入的token，但其分布将更大的采样权重放在更高质量来源上。
第二个分布，引入了少量基准式对齐示例，以更好地让模型在下游评估中回答此类问题，同时还增加来自模型性能较低区域的数据源的权重。
实验结果
研究人员在涵盖各种任务和领域的下游评估领域评了 Nemotron-4 15B。
常识推理
作者使用LM-Evaluation Harness在所有上述任务中评估Nemotron-4 15B。
表3显示了Nemotron-4 15B在这组不同的任务中实现了最强的平均性能。
热门的综合基准
从表4可以看出，Nemotron-4 15B在现有模型中获得了BBH的最佳分数，增长了近7%。
此外，Nemotron-4在BBH基准测试中明显优于LLaMA-2 70B模型，其中LLaMA-2 70B的得分为51.2，Nemotron-4的得分为58.7。
Nemotron-4 15B另外还获得了极具竞争力的MMLU分数。
数学和代码
表5重点介绍了Nemotron-4 15B在数学和代码任务上的性能。
具体来说，在数学推理上，Nemotron-4 15B表现强劲，得分与Gemma 7B相似，但落后于Baichuan-2和QWEN等模型。
在代码任务中，Nemotron-4的性能与QWEN 14B相当，但略落后于Gemma 7B。
在这两种类型的任务中，Nemotron-4 15B的性能均优于Mistral 7B和LlaMA-213B/34B。
几乎所有类似规模的开放模型都只根据Python相关任务的性能来确定其代码能力，而忽略了对其他编程语言能力的评估。
在表6中，展示了Nemotron-4 15B在Multiple-E基准上的结果，涉及11种不同的编程语言。
结果发现，Nemotron-4 15B在各种编程语言中都有很强的编码性能，平均性能优于Starcoder和Mistral 7B。
研究人员特别强调了Nemotron-4 15B在Scala、Julia和R等低资源编程语言上的卓越性能。
多语言
分类
在表7中，可以清楚地看到Nemotron-4在所有模型中实现了最佳性能，在4次设置中实现了近12%的改进。
生成
表8显示Nemotron-4 15B实现了最佳性能。
令人印象深刻的是，Nemotron-4 15B能够显著改进下一个最佳模型PaLM 62B-cont。
表9显示了MGSM上的性能，进一步证明了Nemotron-4 15B令人印象深刻的多语言能力。
在这项评估数学和多语言能力交集的挑战性任务中，Nemotron-4 15B在比较模型中实现了最佳性能，并且比最接近的分数提高了近30%。
机器翻译
如表10所示，Nemotron-4 15B的性能远远优于LLaMA-2 13B和Baichuan-2 13B，性能分别提高了90.2%和44.1%。
Nemotron-4 15B不仅在中文翻译成英文方面表现出色，而且在中文直接翻译成其他语言方面也能取得令人印象深刻的效果。
这种能力凸显了Nemotron-4 15B对广泛的自然语言的深刻理解。
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