斯坦福开源一个性能相当于90%ChatGPT的聊天机器人：Vicuna

自从Meta公司发布LLaMA以来，围绕它微调和开发的模型越来越多，这得益于它的性能和效果，2023年3月份发布的草泥马（Alpaca）是由Meta的LLaMA 7B微调而来的全新模型，仅用了52k数据，性能约等于GPT-3.5。斯坦福发布了一个由LLaMA 7B微调的模型Alpaca（羊驼），训练3小时，性能比肩GPT-3.5

最近，UC伯克利学者联手CMU、斯坦福等，再次推出一个全新模型——130亿参数的Vicuna，俗称「小羊驼」（骆马）。

代码：https://github.com/lm-sys/FastChat

在线体验地址：https://chat.lmsys.org/

Vicuna介绍

Vicuna目前已经发布了两个版本：Vicuna-13B和Vicuna-7B.

Vicuna-13B是一款开源聊天机器人，通过对从ShareGPT（目前已禁止爬取）收集的用户70K共享对话进行LLaMA微调来训练。使用GPT-4作为评判标准的初步评估显示，Vicuna-13B在OpenAI ChatGPT和Google Bard的质量方面达到了90%以上，而在90%以上的情况下优于LLaMA和Stanford Alpaca等其他模型。训练Vicuna-13B的费用约为300美元。

模型的整理架构如下图2所示：

首先，研究人员从ChatGPT对话分享网站ShareGPT上，收集了大约70K对话；

接下来，研究人员优化了Alpaca提供的训练脚本，使模型能够更好地处理多轮对话和长序列；

之后利用PyTorch FSDP在8个A100 GPU上进行了一天的训练；

Alpaca VS Vicuna

Vicuna的效果到底如何呢？下面使用一个测试案例进行对比，并且使用GPT-4进行评估。

问：写一篇关于最近去夏威夷旅行的有趣的旅游博客文章，强调文化体验和必看景点。

Alpaca的回答可以说是一个浓缩版，短短几行就写完了，没有按照要求完成任务。它仅是提到了自己写了一篇博客，并对博客内容做了一个概述。

然而Vicuna撰写了一篇详细且引人入胜的旅行博客文章，不仅内容有趣，还详细地介绍了夏威夷的文化体验和必看景点。

Vicuna 模型训练

Vicuna是通过使用来自ShareGPT公共API收集的约70K用户分享对话数据微调创建的。 为了确保数据质量，研究人员将HTML转换回markdown，并过滤掉一些不适当或质量较低的样本。另外，研究人员将较长的对话划分为较小的片段，以适应模型的最大上下文长度。

Vicuna的训练方法建立在斯坦福的Alpaca基础上，并进行了以下改进：

• 内存优化：

为了使Vicuna能够理解长上下文，将最大上下文长度从Alpaca的512扩展到2048，这大大增加了GPU内存需求。在此，研究人员通过使用梯度检查点和闪存注意力来解决内存压力。

• 多轮对话：

通过调整训练损失以考虑多轮对话，并仅在聊天机器人的输出上计算微调损失。

• 通过Spot实例降低成本：

40倍的数据集和4倍的序列长度对训练带来了相当大的挑战。研究人员采用SkyPilot托管的Spot实例来降低成本，通过利用自动恢复抢占与自动区域切换进而减少成本。 这种解决方案将7B模型的训练成本从500美元降低到约140美元，将13B模型的训练成本从约1000美元降低到300美元。

Vicuna 模型评估

评估AI聊天机器人是一项具有挑战性的任务，因为它需要检查语言理解、推理和上下文意识。随着AI聊天机器人变得越来越先进，现有的开放基准可能不再足够。例如，斯坦福Alpaca中使用的评估数据集self-instruct，可以被SOTA聊天机器人有效地回答，这使得人类难以分辨性能差异。更多的限制包括训练/测试数据污染和创建新基准的潜在高成本。为了解决这些问题，研究人员提出了一个基于GPT-4的评估框架，从而实现对聊天机器人性能的自动评估。

首先，通过精心设计的提示，让GPT-4能够生成多样化且具有挑战性的问题。并利用8个不同类别共80道题，如角色扮演、编码/数学任务等，来测试这些模型（LLaMA、Alpaca、ChatGPT、Bard和Vicuna）在不同领域上表现出的性能。然后，研究人员要求GPT-4根据帮助程度、相关性、准确性和细节对答案的质量进行评分。结果显示，GPT-4不仅可以产生相对一致的分数，还可以提供详细的解释来说明为什么给出这样的分数。但是，GPT-4并不擅长评判编码/数学任务。

基于GPT-4的初步评估，如图1所示，表明Vicuna达到了Bard/ChatGPT的90%的能力。

图3显示了所有baselines 和Vicuna之间的比较结果。在90%以上的问题中，GPT-4更喜欢Vicuna，而不是最先进的开源模型（LLaMA、Alpaca），并且它实现了与专有模型（ChatGPT、Bard）相比具有竞争力的性能。在45%的问题中，GPT-4认为Vicuna的回答优于或等于ChatGPT的回答。由于GPT-4以10为尺度为每个回答分配定量分数，我们通过将每个模型在80个问题上获得的分数相加来计算每个（基线，Vicuna）比较对的总分。如表2所示，Vicuna的总分为ChatGPT的92%。尽管最近取得了进步，但这些聊天机器人仍然面临着局限性，例如难以解决基本的数学问题或编码能力有限。

服务部署

研究人员构建了一个服务系统，能够为具有分布式工作者的多个模型提供服务。它支持来自内部部署集群和云的GPU工作人员的灵活插件。通过利用SkyPilot中的容错控制器和托管点功能，该服务系统可以很好地与来自多个云的更便宜的点实例一起工作，以降低服务成本。参考论文：《 AlpaServe: Statistical Multiplexing with Model Parallelism for Deep Learning Serving 》

Vicuna 模型局限性

研究人员指出，与其他大语言模型类似，Vicuna也存在着一定的局限性。比如，Vicuna在涉及编程、推理、数学以及事实准确性的任务上表现不佳。此外，它也没有经过充分优化以保证安全性或减轻潜在的毒性或偏见。为解决安全方面的问题，研究人员在demo中采用了OpenAI的审查API来过滤掉不适当的用户输入。

怎么使用 Vicuna

安装

方法一 ：使用pip安装

          
# Install FastChat
          
pip3 install fschat
          

          
# Install the latest main branch of huggingface/transformers
          
pip3 install git+https://github.com/huggingface/transformers
      

方法二 ：从源码安装

          
git clone https://github.com/lm-sys/FastChat.git
          
cd FastChat
          
# mac使用如下安装命令，否则跳过此行代码
          
brew install rust cmake
          
# 安装包
          
pip3 install --upgrade pip  # enable PEP 660 support
          
pip3 install -e .
      

获取模型权重

根据LLaMA模型的许可，权重将以delta的形式发布。只需将其加到原来的LLaMA权重上，就可以获得最终的Vicuna权重。

1. 按照huggingface上的说明，获得原始的LLaMA权重

2. 通过脚本，自动从团队的Hugging Face账户上下载delta权重

          
# 大约 60 GB 的 CPU RAM 如果内存不足，可以创建一个大型交换文件，
          
# 使操作系统能够自动将磁盘用作虚拟内存。
          
python3 -m fastchat.model.apply_delta \
          
    --base /path/to/llama-13b \
          
    --target /output/path/to/vicuna-13b \
          
    --delta lmsys/vicuna-13b-delta-v0
      

          
# 大约 30 GB 的 CPU RAM 如果内存不足，可以创建一个大型交换文件，
          
# 使操作系统能够自动将磁盘用作虚拟内存。
          
python3 -m fastchat.model.apply_delta \
          
    --base /path/to/llama-7b \
          
    --target /output/path/to/vicuna-7b \
          
    --delta lmsys/vicuna-7b-delta-v0
      

· 单个GPU

Vicuna-13B需要大约28GB的GPU显存。

        
            

          python3 -m fastchat.serve.cli --model-name /path/to/vicuna/weights
        
      

· 多个GPU

如果没有足够的显存，则可以使用模型并行来聚合同一台机器上多个GPU的显存。

        
            

          python3 -m fastchat.serve.cli --model-name /path/to/vicuna/weights --num-gpus 2
        
      

· 仅用CPU

如果想在CPU上运行，则需要大约60GB的内存。

        
            

          python3 -m fastchat.serve.cli --model-name /path/to/vicuna/weights --device cpu
        
      

· Metal Backend (Mac Computers with Apple Silicon or AMD GPUs)

使用--device mps参数可以GPU加速（torch版本需要大于2.0），--load-8bit参数可以量化8bit

        
            

          python3 -m fastchat.serve.cli --model-name /path/to/vicuna/weights --device mps --load-8bit
        
      

启动WEB UI

使用web UI提供服务，需要三个主要组件：1）与用户接口的web服务器；2）托管一个或多个模型的模型worker；3）协调web服务器和模型worker的控制器。操作步骤如下：

· 启动控制器

      
 

 
 `python3 -m fastchat.serve.controller` 
 
 
    

· 启动model worker

        
            

          python3 -m fastchat.serve.model\_worker --model-path /path/to/vicuna/weights
        
      

当进程完成模型的加载后，会看到「Uvicorn running on ...」。

· 发送测试消息

        
            

          python3 -m fastchat.serve.test\_message --model-name vicuna-13b
        
      

· 启动gradio网络服务器

      
 

 
 `python3 -m fastchat.serve.gradio\_web\_server` 
 
 
      
 现在，就可以打开浏览器和模型聊天了。
 
      
 
  **模型微调**  
 
 
  
 
 
    

· 数据

Vicuna是通过使用从ShareGPT收集到的大约7万个用户共享的对话与公共API来微调一个LLaMA基础模型而创建的。

为了确保数据质量，团队将HTML转换回markdown，并过滤掉一些不合适或低质量的样本。此外，团队还将冗长的对话分成较小的片段，以符合模型的最大上下文长度。

· 代码和超参数

团队使用斯坦福大学Alpaca的代码对模型进行微调，并做了一些修改以支持梯度检查点和Flash注意力。此外，团队也使用与斯坦福Alpaca相似的超参数。

· 用SkyPilot在云服务上进行微调

SkyPilot是由加州大学伯克利分校建立的一个框架，可以在任何与一个云服务（AWS、GCP、Azure、Lambda等）上轻松、经济地运行ML工作负载。

安装说明：https://skypilot.readthedocs.io/en/latest/getting-started/installation.html

          
# Install skypilot from the master branch
          
pip install git+https://github.com/skypilot-org/skypilot.git
      

Vicuna可以在8个拥有80GB内存的A100 GPU上进行训练。下面的命令将自动启动一个满足要求的节点，在上面设置并运行训练作业。

      
 

 
 `sky launch -c vicuna -s scripts/train-vicuna.yaml --env WANDB\_API\_KEY` 
 
 
    

对于Alpaca来说，训练作业会在具有4个A100-80GB GPU的单一节点上启动。

        
            

          sky launch -c alpaca -s scripts/train-alpaca.yaml --env WANDB\_API\_KEY
        
      

· 使用本地GPU进行微调

Vicuna也可以用以下代码在8个A100 GPU上训练，显存为80GB。

如果要在更少的GPU上训练，则可以减少per_device_train_batch_size，并相应地增加gradient_accumulation_steps，以保持全局批大小不变。要设置环境，可以参见scripts/train-vicuna.yaml中的设置部分。

      
 

 
  `torchrun --nnodes=1 --nproc_per_node=8 --master_port=<your_random_port> \`
  `fastchat/train/train_mem.py \`
  `--model_name_or_path <path-to-llama-model-weight> \`
  `--data_path <path-to-data> \`
  `--bf16 True \`
  `--output_dir ./checkpoints \`
  `--num_train_epochs 3 \`
  `--per_device_train_batch_size 4 \`
  `--per_device_eval_batch_size 4 \`
  `--gradient_accumulation_steps 1 \`
  `--evaluation_strategy "no" \`
  `--save_strategy "steps" \`
  `--save_steps 1200 \`
  `--save_total_limit 100 \`
  `--learning_rate 2e-5 \`
  `--weight_decay 0. \`
  `--warmup_ratio 0.03 \`
  `--lr_scheduler_type "cosine" \`
  `--logging_steps 1 \`
  `--fsdp "full_shard auto_wrap" \`
  `--fsdp_transformer_layer_cls_to_wrap 'LlamaDecoderLayer' \`
  `--tf32 True \`
  `--model_max_length 2048 \`
  `--gradient_checkpointing True \`
  `--lazy_preprocess True`
 
 
    

模型评估

使用GPT-4进行评估，参考文档：https://github.com/lm-sys/FastChat/blob/main/fastchat/eval

评估步骤如下：

Step1 ：从不同的模型生成答案：对于ChatGPT或者特定的checkpoint运行qa_baseline_gpt35.py；对于Vicuna 或者其他模型，运行get_model_answer.py

Step2 ：使用GPT-4生成review结果；

Step3 ：生成可视化数据：运行generate_webpage_data_from_table.py生成数据的统计结果；

Step4 ：可视化数据：在webpage目录下运行命令python3 -m http.server启动静态服务；

评估数据格式是JSON格式，具体参考：

[1] https://github.com/lm-sys/FastChat/blob/main/fastchat/eval/table

[2] https://github.com/lm-sys/FastChat/blob/main/fastchat/eval

参考文献：

[1] https://vicuna.lmsys.org/