【新智元導(dǎo)讀】剛剛，英偉達(dá)全新發(fā)布的開源模型 Nemotron-4 340B，有可能徹底改變訓(xùn)練 LLM 的方式！從此，或許各行各業(yè)都不再需要昂貴的真實世界數(shù)據(jù)集了。而且，Nemotron-4 340B 直接超越了 Mixtral 8x22B、Claude sonnet、Llama3 70B、Qwen 2，甚至可以和 GPT-4 掰手腕！
就在剛剛，英偉達(dá)再一次證明了自己的 AI 創(chuàng)新領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。
它全新發(fā)布的 Nemotron-4 340B，是一系列具有開創(chuàng)意義的開源模型，有可能徹底改變訓(xùn)練 LLM 的合成數(shù)據(jù)生成方式！
論文地址：https://d1qx31qr3h6wln.cloudfront.net/publications/Nemotron_4_340B_8T_0.pdf
這一突破性進(jìn)展，標(biāo)志著 AI 行業(yè)的一個重要里程碑 ——
從此，各行各業(yè)都無需依賴大量昂貴的真實世界數(shù)據(jù)集了，用合成數(shù)據(jù)，就可以創(chuàng)建性能強大的特定領(lǐng)域大語言模型！
現(xiàn)在，Nemotron-4 340B 已經(jīng)取得了輝煌戰(zhàn)績，直接超越了 Mixtral 8x22B、Claude sonnet、Llama3 70B、Qwen 2，甚至可以和 GPT-4 一較高下！
具體來說，Nemotron-4 340B 包括基礎(chǔ)模型 Base、指令模型 Instruct 和獎勵模型 Reward，并構(gòu)建了一個高質(zhì)量合成數(shù)據(jù)生成的完整流程。
模型支持 4K 上下文窗口、50 多種自然語言和 40 多種編程語言，訓(xùn)練數(shù)據(jù)截止到 2023 年 6 月。
訓(xùn)練數(shù)據(jù)方面，英偉達(dá)采用了高達(dá) 9 萬億個 token。其中，8 萬億用于預(yù)訓(xùn)練，1 萬億用于繼續(xù)訓(xùn)練以提高質(zhì)量。
值得一提的是，指令模型的訓(xùn)練是在 98% 的合成數(shù)據(jù)上完成的。
結(jié)果顯示，Nemotron-4-340B-Base 在常識推理任務(wù)，如 ARC-Challenge、MMLU 和 BigBench Hard 基準(zhǔn)測試中，可以和 Llama-3 70B、Mixtral 8x22B 和 Qwen-2 72B 模型媲美。
而 Nemotron-4-340B-Instruct，在指令跟隨和聊天能力方面也超越了相應(yīng)的指令模型。
Nemotron-4-340B-Reward 在發(fā)表時，在 RewardBench 上實現(xiàn)了最高準(zhǔn)確性，甚至超過了 GPT-4o-0513 和 Gemini 1.5 Pro-0514 這樣的專有模型。
在 BF16 精度下，模型的推理需要 8 塊 H200，或 16 塊 H100 / A100 80GB。如果是在 FP8 精度下，則只需 8 塊 H100。
除此之外，Nemotron-4 340B 還有一個非常顯著的特點 —— 對商用十分友好的許可。
高級深度學(xué)習(xí)研究工程師 Somshubra Majumdar 對此表示大贊：「是的，你可以用它生成你想要的所有數(shù)據(jù)」
無與倫比的合成數(shù)據(jù)生成
LLM 無法獲得大規(guī)模、多樣化標(biāo)注數(shù)據(jù)集，怎么破？
Nemotron-4 340B 指令模型，可以幫助開發(fā)者生成合成訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
這些多樣化的合成數(shù)據(jù)，模仿了真實世界的數(shù)據(jù)特征，因而數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯提升，從而提升了各領(lǐng)域定制 LLM 的性能和穩(wěn)定性。
而且，為了進(jìn)一步提高 AI 生成數(shù)據(jù)的質(zhì)量，開發(fā)者還可以用 Nemotron-4 340B 獎勵模型，來篩選高質(zhì)量的響應(yīng)。
它會根據(jù)有用性、正確性、一致性、復(fù)雜性和冗長性這 5 個屬性，對響應(yīng)評分。
另外，研究者可以使用自己的專用數(shù)據(jù)，再結(jié)合 HelpSteer2 數(shù)據(jù)集，定制 Nemotron-4 340B 基礎(chǔ)模型，以創(chuàng)建自己的指令或獎勵模型。
用 NeMo 微調(diào)，用 TensorRT-LLM 優(yōu)化推理
利用開源的 NVIDIA NeMo 和 NVIDIA TensorRT-LLM，開發(fā)者可以優(yōu)化指令模型和獎勵模型的效率，從而生成合成數(shù)據(jù)，并對響應(yīng)進(jìn)行評分。
所有 Nemotron-4 340B 模型都利用張量并行性經(jīng)過 TensorRT-LLM 優(yōu)化，這種模型并行性可以將單個權(quán)重矩陣分割到多個 GPU 和服務(wù)器上，從而實現(xiàn)大規(guī)模高效推理。
其中，基礎(chǔ)模型可以使用 NeMo 框架進(jìn)行定制，以適應(yīng)特定的用例或領(lǐng)域。廣泛的預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)使得我們可以對它進(jìn)行微調(diào)，并且為特定的下游任務(wù)提供更準(zhǔn)確的輸出。
通過 NeMo 框架，英偉達(dá)提供了多種定制方法，包括監(jiān)督微調(diào)和參數(shù)高效微調(diào)方法，如低秩適應(yīng)（LoRA）。
為了提高模型質(zhì)量，開發(fā)者可以使用 NeMo Aligner 和由 Nemotron-4 340B 獎勵模型標(biāo)注的數(shù)據(jù)集來對齊模型。
在各行業(yè)的潛在影響：從醫(yī)療到金融及其他領(lǐng)域
顯然，Nemotron-4 340B 對各行業(yè)的潛在影響是巨大的。
在醫(yī)療領(lǐng)域，如果能生成高質(zhì)量合成數(shù)據(jù)，可能會帶來藥物發(fā)現(xiàn)、個性化醫(yī)療和醫(yī)學(xué)影像方面的突破。
在金融領(lǐng)域，基于合成數(shù)據(jù)訓(xùn)練的定制大語言模型，則可能會徹底改變欺詐檢測、風(fēng)險評估和客戶服務(wù)。
在制造業(yè)和零售業(yè)方面，特定領(lǐng)域的 LLM 可以實現(xiàn)預(yù)測性維護、供應(yīng)鏈優(yōu)化和個性化客戶體驗。
不過，Nemotron-4 340B 的發(fā)布，也提出了一些隱憂，比如數(shù)據(jù)隱私和安全怎樣保證？
隨著以后合成數(shù)據(jù)的普及，企業(yè)是否有防護措施來保護敏感信息，并防止濫用？
如果用合成數(shù)據(jù)訓(xùn)練 AI 模型，是否會引發(fā)倫理問題，比如數(shù)據(jù)中的偏見和不準(zhǔn)確可能引發(fā)意料外的后果？
但至少在目前，越來越多跡象表明，只有合成數(shù)據(jù)才是未來。
預(yù)訓(xùn)練
下面，我們就來看看，英偉達(dá)都提出了哪些創(chuàng)新的方法：
數(shù)據(jù)
預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)是基于三種不同類型的混合，共有 9T token。其中，前 8T 用于正式預(yù)訓(xùn)練階段，最后 1T 用于繼續(xù)預(yù)訓(xùn)練階段。
英語自然語言（70%）：由不同來源和領(lǐng)域的精選文檔組成，包括網(wǎng)頁文檔、新聞文章、科學(xué)論文、書籍等。
多語種自然語言（15%）：包含 53 種自然語言，由單語語料庫和平行語料庫中的文檔構(gòu)成。
代碼（15%）：包含 43 種編程語言。
架構(gòu)
與 Nemotron-4-15B-Base 類似，Nemotron-4-340B-Base 基于的也是僅解碼器 Transformer 架構(gòu)。
具體來說，模型使用因果注意力掩碼來確保序列的一致性，并采用旋轉(zhuǎn)位置嵌入（RoPE）、SentencePiece 分詞器、分組查詢注意力（GQA），以及在 MLP 層中使用平方 ReLU 激活。
此外，模型沒有偏置項，丟棄率為零，輸入輸出嵌入不綁定。
模型超參數(shù)如表 1 所示，有 94 億個嵌入?yún)?shù)和 3316 億個非嵌入?yún)?shù)。
訓(xùn)練
Nemotron-4-340B-Base 使用 768 個 DGX H100 節(jié)點進(jìn)行訓(xùn)練，每個節(jié)點包含 8 個基于 NVIDIA Hopper 架構(gòu)的 H100 80GB SXM5 GPU。
每個 H100 GPU 在進(jìn)行 16 位浮點（BF16）運算時，峰值吞吐量為 989 teraFLOP / s（不含稀疏運算）。
英偉達(dá)采用了 8 路張量并行、12 路交錯流水線并行和數(shù)據(jù)并行相結(jié)合的方法，并使用了分布式優(yōu)化器，將優(yōu)化器狀態(tài)分片到數(shù)據(jù)并行副本上，以減少訓(xùn)練的內(nèi)存占用。
表 2 總結(jié)了批大小增加的 3 個階段，包括每次迭代時間，以及 GPU 利用率（MFU）等，其中 100% 是理論峰值。
評估
在這一部分，我們報告了 Nemotron-4-340B-Base 的評估結(jié)果。我們將該模型
表 3 是 Nemotron-4-340B-Base 與 Llama-3 70B、Mistral 8x22 和 Qwen-2 72B 三款開源模型的比較結(jié)果。
可以看到，Nemotron-4-340B-Base 在常識推理任務(wù)以及像 BBH 這樣的流行基準(zhǔn)測試中拿下了 SOTA，并在 MMLU 和 HumanEval 等代碼基準(zhǔn)測試中位列第二。
對齊
獎勵模型構(gòu)建
獎勵模型在模型對齊中起著至關(guān)重要的作用，是訓(xùn)練強指令跟隨模型時用于偏好排序和質(zhì)量過濾的重要評判者。
為了開發(fā)一個強大的獎勵模型，英偉達(dá)收集了一個包含 10k 人類偏好數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集 ——HelpSteer2。
與成對排名模型不同，多屬性回歸獎勵模型在區(qū)分真實有用性和無關(guān)偽影（如僅因長度而偏好較長但無用的回復(fù)）方面更有效。此外，回歸模型在預(yù)測細(xì)粒度獎勵、捕捉相似回復(fù)之間的有用性細(xì)微差別方面表現(xiàn)更好。
回歸獎勵模型建立在 Nemotron-4-340B-Base 模型之上，通過用一個新的獎勵「頭」替換模型的最終 softmax 層。
這個「頭」是一個線性投影，將最后一層的隱藏狀態(tài)映射到一個包含 HelpSteer 屬性（有用性、正確性、一致性、復(fù)雜性、冗長性）的五維向量。
在推理過程中，這些屬性值可以通過加權(quán)求和聚合為一個總體獎勵。
數(shù)據(jù)對齊
值得注意的是，在整個對齊過程中，英偉達(dá)僅使用了大約 20K 的人工標(biāo)注數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)生成管線則生成了用于監(jiān)督微調(diào)和偏好微調(diào)的 98% 以上的數(shù)據(jù)。
提示生成準(zhǔn)備
生成合成提示，是合成數(shù)據(jù)生成（SDG）的第一步。
這些提示在不同維度上的多樣性至關(guān)重要，包括任務(wù)多樣性（如寫作、開放問答、封閉問答）、主題多樣性（如 STEM、人文、日常生活）和指令多樣性（如 JSON 輸出、段落數(shù)量、是或否回答）。
對此，英偉達(dá)使用 Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1 作為生成器，分別對這些任務(wù)的合成提示進(jìn)行了生成。
單輪合成提示
為了收集多樣化的主題，英偉達(dá)先引導(dǎo)生成器輸出一組多樣化的宏觀主題，然后再為每個合成的宏觀主題生成相關(guān)的子主題。
加上人工收集的，最終得到的主題達(dá)到了 3K 個。
用于合成提示生成的提示如下：
合成指令跟隨提示
為了提升對于對齊模型至關(guān)重要的指令跟隨能力，就需要生成合成的指令跟隨提示（例如，「寫一篇關(guān)于機器學(xué)習(xí)的文章，你的回答應(yīng)包含三個段落」）。
具體來說，先隨機選擇一些合成提示。對于每個合成提示，從「可驗證」指令模板中隨機生成一個合成指令（例如，「你的回答應(yīng)包含三個段落」）。然后，使用手動定義的模板將提示和指令連接在一起。
除了單輪指令跟隨提示外，英偉達(dá)還構(gòu)建了多輪指令跟隨提示，這些指令適用于所有未來的對話（例如「根據(jù)以下指令回答問題和所有后續(xù)問題：[指令開始] 用三個段落回答。[指令結(jié)束]」）。
此外，英偉達(dá)還構(gòu)建了第二輪指令跟隨提示，可以根據(jù)給定的指令修改之前的回答。
合成兩輪提示
為了在偏好微調(diào)中提高模型的多輪對話能力，英偉達(dá)構(gòu)建了兩輪提示來建立偏好數(shù)據(jù)集。
具體來說，提示包含一個用戶問題，一個助手回答，和另一個用戶問題，形式為「用戶：XXX；助手：XXX；用戶：XXX；」。
英偉達(dá)從 ShareGPT 中獲取第一個用戶提示，并使用中間指令模型生成助手回答和下一輪問題。
真實世界的 LMSYS 提示
為了更好地模擬真實世界的用戶請求，英偉達(dá)將 LMSYS-Chat-1M 中的提示按平衡比例進(jìn)行組合，并將其分為兩個不同的集合，一個用于監(jiān)督學(xué)習(xí)，另一個用于偏好學(xué)習(xí)。
在監(jiān)督學(xué)習(xí)部分，英偉達(dá)移除了 LMSYS 中被標(biāo)記為潛在不安全的提示，以避免引發(fā)不良對話。但在偏好學(xué)習(xí)部分則進(jìn)行了保留，以便模型能夠?qū)W習(xí)如何區(qū)分安全和不安全的響應(yīng)。
從圖 3 中可以看到，合成提示的平均有用性高于 LMSYS 提示。由于簡單提示更容易「有用」，這意味著 LMSYS 提示比合成單輪提示平均來說更難且更復(fù)雜。
合成對話生成
通過監(jiān)督微調(diào)，模型就可以學(xué)習(xí)到，如何以對話形式與用戶互動。
英偉達(dá)通過提示指令模型生成基于輸入提示的響應(yīng)，來啟動合成對話。
為了培養(yǎng)多輪對話能力，他們把每個對話設(shè)計成包含三輪，好讓對話流程更加動態(tài)、更有互動性。
通過迭代角色扮演，模型會交替模擬助手和用戶的角色。
英偉達(dá)發(fā)現(xiàn)，為了在用戶回合中引導(dǎo)所需的行為，就需要提供明確的提示來定義不同的用戶個性。
并且，附上對話歷史是至關(guān)重要的。
他們對用戶回合進(jìn)行了后處理，排除了禮貌陳述（如「謝謝你...」，「當(dāng)然，我很高興...」）來模擬真實世界的用戶問題。
生成演示數(shù)據(jù)，是采用的貪婪采樣方法。
此外，英偉達(dá)會使用 Nemotron4-340B-Reward 評估對話質(zhì)量，為每個樣本分配一個分?jǐn)?shù)，并過濾掉那些低于預(yù)定閾值的樣本。
這就提供了額外的質(zhì)量控制層，保證保留下來的都是高質(zhì)量數(shù)據(jù)。
合成偏好數(shù)據(jù)生成
英偉達(dá)使用了 10K 人工標(biāo)注的 HelpSteer2 偏好數(shù)據(jù)，來訓(xùn)練 Nemotron-4-340B-Reward。
不過，他們還需要具有更廣泛提示領(lǐng)域、更高質(zhì)量響應(yīng)的偏好數(shù)據(jù)，這些響應(yīng)來自頂級的中間模型，并在可能的情況下包含額外的真實信號。
因此，英偉達(dá)生成了三元組形式的合成偏好數(shù)據(jù)（提示，選擇的響應(yīng)，被拒絕的響應(yīng)）。
生成響應(yīng)
偏好數(shù)據(jù)包含合成的單輪提示、指令跟隨提示、雙輪提示，以及來自真實世界的提示，包括 ShareGPT 提示、LMSYS 提示、GSM8K 和 MATH 訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的提示。
對于每個提示，英偉達(dá)都使用了隨機的中間模型生成響應(yīng)。
通過多個模型生成響應(yīng)，就能確保偏好數(shù)據(jù)集具有多樣化的響應(yīng)，以供模型學(xué)習(xí)。
此外，他們還生成了更具挑戰(zhàn)性的合成偏好示例，這些示例是根據(jù) MT-Bench 從表現(xiàn)最好的模型中多次隨機生成的響應(yīng)，這樣就可以進(jìn)一步提升模型的性能。
以基準(zhǔn)真相作為判斷標(biāo)準(zhǔn)
對于每個提示給出的多個響應(yīng)，英偉達(dá)都需要對其偏好排序進(jìn)行判斷，并選擇出被選中的響應(yīng)和被拒絕的響應(yīng)。
一些任務(wù)可以使用基準(zhǔn)真相（例如 GSM8K 和 MATH 訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的答案）或驗證器（例如指令跟隨響應(yīng)可以用 Python 程序驗證）來評估。
以 LLM / 獎勵模型為裁判
大多數(shù)提示，是沒有客觀答案的。因此，英偉達(dá)嘗試了以大語言模型為裁判和以獎勵模型為裁判。
在第一種情況中，英偉達(dá)向裁判的大語言模型提供提示和兩個響應(yīng)，并要求其比較這兩個響應(yīng)。
為了避免位置偏差，他們會交換響應(yīng)順序后，再次詢問大語言模型。當(dāng)大語言模型兩次判斷一致時，就會選出有效的三元組（提示、被選中的、被拒絕的）。
另外，為了進(jìn)一步探索了以獎勵模型為裁判的情況，英偉達(dá)要求 Nemotron-4-340B-Reward 預(yù)測每個（提示、響應(yīng)）對的獎勵，并根據(jù)獎勵決定偏好排序。
獎勵基準(zhǔn)得分顯示以，獎勵模型為裁判的準(zhǔn)確性，要高于以大語言模型為裁判。
特別是在 Chat-Hard 類別中，選擇的響應(yīng)和被拒絕的響應(yīng)難以區(qū)分，以獎勵模型為裁判的表現(xiàn)，要遠(yuǎn)優(yōu)于以大語言模型為裁判，平均準(zhǔn)確率為 0.87 對 0.54。
在這個過程中，英偉達(dá)注意到：Chat-Hard 類別的評分對于合成數(shù)據(jù)生成中的偏好排序特別重要。
因此，在后來的數(shù)據(jù)集迭代中，他們轉(zhuǎn)而使用以獎勵模型為裁判。
從弱到強的迭代對齊
如前所述，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)對于模型的對齊至關(guān)重要。
在數(shù)據(jù)合成過程中，需要一個對齊的大語言模型來準(zhǔn)確遵循指令。
這就引發(fā)了一系列重要的問題：哪個模型最適合作為生成器？生成器的強度與數(shù)據(jù)質(zhì)量之間有何關(guān)系？如何改進(jìn)數(shù)據(jù)生成器？
受到弱到強泛化的啟發(fā)，英偉達(dá)開發(fā)了一種新穎的迭代方法，逐步優(yōu)化數(shù)據(jù)。這種方法結(jié)合了對齊訓(xùn)練與數(shù)據(jù)合成的優(yōu)勢，使它們能夠相互增強，并且持續(xù)改進(jìn)。
圖 4 展示了從弱到強的迭代對齊的工作流程。
首先，使用一個初始對齊模型來生成對話和偏好數(shù)據(jù)。然后，通過監(jiān)督微調(diào)和偏好調(diào)優(yōu)，利用它們對更好的基礎(chǔ)模型進(jìn)行對齊。
有趣的是，英偉達(dá)發(fā)現(xiàn)，教師模型并不會限制學(xué)生模型的上限 ——
隨著基礎(chǔ)模型和對齊數(shù)據(jù)的改進(jìn)，新對齊的模型能夠顯著超過初始對齊模型。注意，對齊過程與基礎(chǔ)模型的預(yù)訓(xùn)練是并行進(jìn)行的。
在第一次迭代中，英偉達(dá)選擇了 Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1 作為初始對齊模型，因為它是一個具有許可的強大模型。
生成的數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練 Nemotron-4-340B-Base 的一個中間檢查點，稱為 340B-Interm-1-Base。
值得注意的是，340B-Interm-1-Base 的表現(xiàn)優(yōu)于 Mixtral 8x7B 基礎(chǔ)模型，這反過來使得最終的 340B-Interm-1-Instruct 模型，能夠超過 Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1 模型。
這就證明，可以通過弱監(jiān)督引出模型強大的能力。
在第二次迭代中，英偉達(dá)使用生成的 340B-Interm-1-Instruct 模型，作為新的數(shù)據(jù)生成器。
由于它比 Mixtral-8x7B-Instruct-v0.1 更強，第二次迭代生成的合成數(shù)據(jù)質(zhì)量就更高。
生成的數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練 340B-Interm-2-Base 模型，使其升級為 340B-Interm-2-Chat 模型。
這個迭代過程形成了一個自我強化的飛輪效應(yīng)，改進(jìn)主要來自兩個方面 ——
1）當(dāng)使用相同的數(shù)據(jù)集時，基礎(chǔ)模型的強度直接影響指令模型的強度，基礎(chǔ)模型越強，指令模型也越強；
2）當(dāng)使用相同的基礎(chǔ)模型時，數(shù)據(jù)集的質(zhì)量決定了指令模型的效果，數(shù)據(jù)質(zhì)量越高，指令模型也越強。
在整個對齊過程中，英偉達(dá)進(jìn)行了多輪數(shù)據(jù)生成和改進(jìn)，不斷提升模型的質(zhì)量。
附加數(shù)據(jù)源
此外，英偉達(dá)還結(jié)合了多個補充數(shù)據(jù)集，以賦予模型特定的能力。
主題跟隨
主題連貫性和細(xì)粒度指令跟隨是，指令模型的重要能力。
因此，英偉達(dá)結(jié)合了 CantTalkAboutThis 訓(xùn)練集，其中包括了覆蓋廣泛主題的合成對話，并故意插入干擾回合以分散聊天機器人對主要主題的注意力。
這就能幫助模型，在任務(wù)導(dǎo)向的交互中更好地專注于預(yù)定的主題。
無法完成的任務(wù)
某些任務(wù)可能由于需要特定的能力（如互聯(lián)網(wǎng)訪問或?qū)崟r知識）而無法由模型獨立完成。
為減少這種情況下的幻覺，英偉達(dá)采用少樣本方法，使用人類編寫的示例來提示大語言模型生成各種問題。
然后，他們會明確要求大語言模型以拒絕的方式回應(yīng)，收集這些回應(yīng)，并將其與相應(yīng)的問題配對。
這些配對數(shù)據(jù)就可以用于訓(xùn)練模型，讓它們能夠更好地處理無法完成的任務(wù)。
STEM 數(shù)據(jù)集
Open-Platypus 已被證明可以提高 STEM 和邏輯知識。因此，英偉達(dá)將具有許可的子集（如 PRM800K、SciBench、ARB 、openbookQA）納入訓(xùn)練數(shù)據(jù)中。
基于文檔的推理和問答
基于文檔的問答是大語言模型的重要用例。
英偉達(dá)利用 FinQA 數(shù)據(jù)集提高了數(shù)值的推理能力，使用人工標(biāo)注數(shù)據(jù)提高了上下文問答的準(zhǔn)確性，并使用 wikitablequestions 數(shù)據(jù)集，增強了模型對半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的理解。
函數(shù)調(diào)用
此外，英偉達(dá)還使用了一部分來自 Glaive AI 的樣本，以增強模型在函數(shù)調(diào)用方面的能力。
對齊算法
分階段的監(jiān)督微調(diào)
監(jiān)督微調(diào)（Supervised Fine-tuning，SFT）是模型對齊的第一步。
為了改善傳統(tǒng) SFT 方法存在的缺陷，英偉達(dá)設(shè)計了一種兩階段的 SFT 策略，使模型能夠依次、有計劃地學(xué)習(xí)不同的行為。
結(jié)果顯示，這種方法在所有下游任務(wù)中都產(chǎn)生了更好的效果。
代碼 SFT
為了在不影響其他任務(wù)的情況下提高編碼和推理能力，英偉達(dá)選擇先在編碼數(shù)據(jù)上進(jìn)行 SFT。
為了獲得大量的數(shù)據(jù)，英偉達(dá)開發(fā)了一種名為 Genetic Instruct 的全新方法 —— 通過對進(jìn)化過程的模擬，利用自我指令和向?qū)Ь幋a器突變，從少量高質(zhì)量種子生成大量合成樣本。
過程中，英偉達(dá)還引入了一種適應(yīng)度函數(shù)，利用 LLM 評估生成指令及其解決方案的正確性和質(zhì)量。
然后，通過這些評估和檢查的樣本會被添加到種群池中，進(jìn)化過程會持續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到目標(biāo)種群規(guī)模。
最終，經(jīng)過廣泛的去重和過濾后，英偉達(dá)保留了大約 80 萬條樣本用于代碼 SFT 訓(xùn)練。
通用 SFT
第二階段，就是通用 SFT 了。
這里，英偉達(dá)采用的是一個包含 20 萬樣本的混合數(shù)據(jù)集。
為了減輕遺忘的風(fēng)險，數(shù)據(jù)混合中還包括了前一個代碼 SFT 階段的 2% 的代碼生成樣本。
偏好微調(diào)
在完成監(jiān)督微調(diào)后，英偉達(dá)繼續(xù)通過偏好微調(diào)來改進(jìn)模型。
在這個階段，模型將學(xué)習(xí)偏好示例，其形式是：提示，選擇的響應(yīng)，被拒絕的響應(yīng)。
直接偏好優(yōu)化（DPO）
DPO 算法通過優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)，來最大化選擇和被拒絕響應(yīng)之間的隱含獎勵差距。
在策略學(xué)習(xí)區(qū)分選擇和被拒絕的響應(yīng)時，可以觀察到，隨著差距的增加，選擇和被拒絕響應(yīng)的概率都在一致地下降，即使選擇的響應(yīng)是高質(zhì)量的。
根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)訓(xùn)練時間足夠長時，策略網(wǎng)絡(luò)容易過擬合，一個指標(biāo)（例如，MT-Bench）的改進(jìn)通常伴隨著其他指標(biāo)（例如，零樣本 MMLU）的退化。
為了解決這些問題，英偉達(dá)在選擇的響應(yīng)上添加了加權(quán)的 SFT 損失，以補充原始的 DPO 損失。
額外的 SFT 損失有助于防止策略網(wǎng)絡(luò)大幅偏離偏好數(shù)據(jù)，特別是因為偏好數(shù)據(jù)不是從參考策略生成的。
為了避免模型學(xué)習(xí)低質(zhì)量的選擇響應(yīng)，當(dāng)沒有可用的真實值時，英偉達(dá)使用了 Nemotron-4-340B-Reward 來挑選高質(zhì)量的選擇響應(yīng)示例。最終，這產(chǎn)生了一個包含 16 萬示例的偏好數(shù)據(jù)集。
獎勵感知偏好優(yōu)化（RPO）
為了解決 DPO 存在的過擬合問題，英偉達(dá)提出了一種新算法 —— 獎勵感知偏好優(yōu)化（RPO）。它嘗試使用由策略網(wǎng)絡(luò)定義的隱含獎勵近似獎勵差距。
基于此，便得到了一個新的損失函數(shù)：
結(jié)果顯示，隨著 RPO 迭代次數(shù)的增加，模型還可以持續(xù)地在所有任務(wù)上獲得提升。
經(jīng)過三次 RPO 訓(xùn)練迭代后的檢查點，就是最終的 Nemotron-4-340B-Instruct。
指令模型評估
自動基準(zhǔn)測試
英偉達(dá)對 Nemotron-4-340B-Instruct 進(jìn)行了全面的自動基準(zhǔn)測試評估：
單輪對話：AlpacaEval 2.0 LC 和 Arena Hard
多輪對話：MT-Bench（GPT-4-Turbo）。需要注意的是，這是原始 MT-Bench 的修正版本，得分平均要低 0.8 分。
綜合基準(zhǔn)測試：MMLU（零樣本）
數(shù)學(xué)：GSM8K（零樣本）
代碼：HumanEval（零樣本）和 MBPP（零樣本）上的 Pass@1 得分
指令跟隨：IFEval
主題跟隨：TFEval
正如表 5 所示，Nemotron-4-340B-Instruct 在當(dāng)前可用的開源模型中表現(xiàn)出色，具備很強的競爭力。
對齊訓(xùn)練包括：代碼 SFT、通用 SFT、DPO 和三輪 RPO。
表 6 展示了模型最終的成績，并量化了每個對齊階段的中間模型的性能：
CodeSFT 階段顯著提高了 HumanEval 得分，從基礎(chǔ)模型的 57.3 提升到 70.7；
接下來的通用 SFT 階段大幅提升了其他類別的準(zhǔn)確性，如 MT-Bench 和 MMLU，盡管 HumanEval 得分略有下降；
DPO 階段進(jìn)一步提升了大多數(shù)指標(biāo)，但 MT-Bench 的得分略有下降；
最后的 RPO 階段均勻地提升了所有指標(biāo)。特別是，MT-Bench 得分從 7.90 增加到 8.22，IFEval Prompt-Strict-Acc 的得分從 61.7 增加到 79.9。
人類評估
除了自動評估外，英偉達(dá)模型進(jìn)行了人類評估。其中，標(biāo)注員被提供了 136 個提示，分為 10 個不同的任務(wù)類別。
基于「有用性」和「真實性」這兩個維度，英偉達(dá)詳細(xì)定義了 5 個質(zhì)量等級的具體內(nèi)容，從而在減少了主觀性的同時，提升了可靠性。
在標(biāo)注設(shè)計中，每個提示都與固定模型集合中的三個不同響應(yīng)配對。每個提示的響應(yīng)順序是隨機的，所有提示和響應(yīng)都由同一組標(biāo)注員進(jìn)行評估。
標(biāo)注完成后，將評分轉(zhuǎn)換為相對于 GPT-4-1106-preview 的相對勝 / 平 / 負(fù)率。
從圖 5 中可以看到，除了提取和重寫任務(wù)外，Nemotron-4-340B-Instruct 的勝率與 GPT-4-1106-preview 相當(dāng)或更好，特別是在多輪對話中表現(xiàn)出色。
整體來說，Nemotron-4-340B-Instruct 的勝：平：負(fù)比率為 28.19%：46.57%：25.24%。
從表 7 中則可以看到，與 GPT-4-1106-preview 相比，標(biāo)注員認(rèn)為 Nemotron-4-340B-Instruct 的響應(yīng)長度更為合適（79.41% 對 74.02%）。
值得注意的是，這一優(yōu)勢主要來自較低的長 / 冗長響應(yīng)率（20.10% 對 25.74%）。
作者
參考資料：
https://blogs.nvidia.com/blog/nemotron-4-synthetic-data-generation-llm-training/
https://venturebeat.com/ai/nvidias-nemotron-4-340b-model-redefines-synthetic-data-generation-rivals-gpt-4/
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