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由于first stage的Embedding計算和last stage的Loss計算，以及Pipeline Buffer的存在，流水并行下均勻切分Layer時的各stage計算負載和顯存負載均有較明顯的不均衡情況。昆侖萬維提出了非均勻的流水并行切分和重計算Layer分配方式，使得總體的計算/顯存負載更均衡，約有10%左右的端到端訓練吞吐提升。

一個可以遵循的經(jīng)驗規(guī)則是：如果訓練MoE模型的FLOPs是訓練Dense模型的2倍以上，那么選擇from Scratch訓練MoE會更好，否則的話，選擇Upcycling訓練MoE 可以明顯減少訓練成本。

為了解決MoE模型訓練困難，泛化性能差的問題，相較于Mixtral-MoE， Skywork-MoE設計了兩種訓練優(yōu)化算法：

有別于傳統(tǒng)的固定系數(shù)(固定超參)的aux loss，昆侖萬維在MoE訓練的不同階段讓模型自適應的選擇合適的aux loss超參系數(shù)，從而讓Drop Token Rate保持在合適的區(qū)間內(nèi)，既能做到expert分發(fā)的平衡，又能讓expert學習具備差異化，從而提升模型整體的性能和泛化水平。在MoE訓練的前期，由于參數(shù)學習不到位，導致Drop Token Rate太高(token分布差異太大)，此時需要較大的aux loss幫助token load balance；在MoE訓練的后期，昆侖萬維希望Expert之間仍保證一定的區(qū)分度，避免 Gating傾向為隨機分發(fā)Token，因此需要較低的aux loss降低糾偏。

昆侖萬維基于目前各大主流模型評測榜單評測了Skywork-MoE，在相同的激活參數(shù)量20B(推理計算量)下，Skywork-MoE能力在行業(yè)前列，接近70B的Dense模型，使得模型的推理成本有近3倍的下降。同時Skywork-MoE的總參數(shù)大小比DeepSeekV2的總參數(shù)大小要小1/3，用更小的參數(shù)規(guī)模做到了相近的能力。

本次開源的Skywork-MoE模型隸屬于天工3.0的研發(fā)模型系列，是其中的中檔大小模型(Skywork-MoE-Medium)，模型的總參數(shù)量為146B，激活參數(shù)量22B，共有16個Expert，每個Expert大小為13B，每次激活其中的2個Expert。

如何對MoE模型高效的進行大規(guī)模分布式訓練是一個有難度的挑戰(zhàn)，目前社區(qū)還沒有一個最佳實踐。Skywork-MoE提出了兩個重要的并行優(yōu)化設計，從而在千卡集群上實現(xiàn)了MFU 38%的訓練吞吐，其中MFU以22B的激活參數(shù)計算理論計算量。

昆侖萬維在Gating Layer的token分發(fā)邏輯處新增了一個normalization操作，使得Gating Layer的參數(shù)學習更加趨向于被選中的top-2 experts，增加MoE模型對于top-2的置信度：

Skywork-MoE是目前能在8x4090服務器上推理的最大的開源MoE模型。8x4090服務器一共有192GB的GPU顯存，在FP8量化下(weight占用146GB)，使用昆侖萬維首創(chuàng)的非均勻Tensor Parallel并行推理方式，Skywork-MoE可以在合適的batch size 內(nèi)達到2200 tokens/s的吞吐。

昆侖萬維希望本次開源的Skywork-MoE模型、技術報告和相關的實驗結果可以給開源社區(qū)貢獻更多的MoE訓練經(jīng)驗和Know-how，包括模型結構、超參選擇、訓練技巧、訓練推理加速等各方面，探索用更低的訓練推理成本訓更大更強的模型，在通往AGI的道路上貢獻一點力量。

區(qū)別于Megatron-LM社區(qū)已有的EP(Expert Parallel)和ETP(Expert Tensor Parallel)設計，昆侖萬維提出了一種稱之為Expert Data Parallel的并行設計方案，這種并行方案可以在Expert數(shù)量較小時仍能高效的切分模型，對Expert引入的 all2all通信也可以最大程度的優(yōu)化和掩蓋。相較于EP對GPU數(shù)量的限制和ETP在千卡集群上的低效， EDP可以較好的解決大規(guī)模分布式訓練MoE的并行痛點，同時EDP的設計簡單、魯棒、易擴展，可以較快的實現(xiàn)和驗證。

九州ku酷游app下载6月3日，昆侖萬維宣布開源2千億稀疏大模型Skywork-MoE，性能強勁，同時推理成本更低。Skywork-MoE基于之前昆侖萬維開源的Skywork-13B模型中間checkpoint擴展而來，是首個完整將MoE Upcycling技術應用并落地的開源千億MoE大模型，也是首個支持用單臺4090服務器推理的開源千億MoE大模型。

此外，Skywork-MoE還通過一系列基于Scaling Laws的實驗，探究哪些約束會影響Upcycling和From Scratch訓練MoE模型的好壞。