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显存优化策略篇

来自： AiGC面试宝典

宁静致远 2024年01月27日 20:47

一、介绍一下 gradient accumulation 显存优化方式？

正常情况下是一个batch之后统一计算梯度大小，gradient accumulation可以再指定个batch之后一起更新梯度，

这种情况下，可以再batch_size很小的时候，提升真正的batch_size，是一种显存占用的优化算法。随着模型和

数据规模越来越大，显存紧张的时候，需要把batch_size设置的很小，使用gradient accumulation的技术可以在

实际上提高真正的batch_size【如果batch_size很小的话，会导致训练不稳定，收敛更慢】

梯度累积（Gradient Accumulation）是深度学习训练中的一种技术，用于在一次反向传播（backpropagation）

中累积多个小批量数据的梯度，然后一次性更新模型参数。这个技术的主要目的是在内存有限的情况下，能够有

效地使用大批量数据进行训练，从而提高模型性能。以下是梯度累积的详细解释：

尽管梯度累积可以提供上述优势，但也需要注意一些问题。较大的累积步数可能导致更新频率过低，从而降低训

练速度。此外，累积梯度可能会导致一些优化算法的性能下降，因为一次性更新参数可能会影响动量和学习率等

参数的计算。总之，梯度累积是一种有效的技术，可以在内存有限的情况下，充分利用大批量数据进行深度学习

模型的训练，从而提高性能和效率。在使用梯度累积时，需要根据具体情况进行参数的设置和调整。

传统的梯度更新方式，对于每一个batch都进行损失计算和梯度更新：

• 显存优化策略篇

• 一、介绍一下 gradient accumulation 显存优化方式？

• 二、介绍一下 gradient checkpointing 显存优化方式？

• 致谢

1. 背景：在深度学习中，通常会使用小批量随机梯度下降（Mini-batch Stochastic Gradient Descent，简称

SGD）来训练模型。每个小批量数据都会计算一次梯度，并用这个梯度来更新模型参数。然而，在某些情况

下，由于显存（GPU内存）的限制，无法一次性处理大批量数据。这可能会限制了模型的批量大小，从而影

响了训练效率和性能。

2. 梯度累积的原理：梯度累积的基本思想是，将多个小批量数据的梯度累积起来，然后一次性更新模型参数。

具体操作是，对于每个小批量数据，计算其梯度，并将这些梯度累积在一起。当累积的梯度达到一定数量时

（通常称为累积步数），才执行一次参数更新操作。

3. 作用：梯度累积的主要作用有以下几点：

a. 内存效率：梯度累积允许在内存有限的情况下，使用更大的批量数据进行训练。虽然每个小批量数据

的梯度会被累积，但累积的过程不会占用额外的内存空间，因此可以充分利用计算资源，提高训练效

率。

b. 稳定性：大批量数据可能包含更全面和丰富的信息，可以减少梯度的方差，从而在训练过程中提供更

稳定的梯度信号，有助于更快地收敛到较好的模型状态。

c. 参数更新频率控制：通过设置累积步数，可以控制参数更新的频率。这可以在训练过程中进行灵活的

调整，以适应不同的硬件限制和训练需求。

for (inputs, labels) in data_loader:

# extract inputs and labels

inputs = inputs.to(device)

labels = labels.to(device)

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