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大规模预训练模型的呈现，为自然语言解决工作带来了新的求解范式，也显著地晋升了各类 NLP 工作的基准成果。自 2020 年，OPPO 小布助手团队开始对预训练模型进行摸索和落地利用，从“可大规模工业化”的角度登程，先后自研了一亿、三亿和十亿参数量的预训练模型 OBERT。
近期，OPPO 小布助手团队和机器学习部联结实现了十亿参数模型“OBERT”的预训练，该模型通过 5 种 mask 机制从 TB 级语料中学习语言常识，在业务上获得了 4% 以上的晋升；在行业比照评测中，OBERT 跃居中文语言了解测评基准 CLUE1.1 总榜第五名、大规模常识图谱问答 KgCLUE1.0 排行榜第一名，在十亿级模型上进入第一梯队，多项子工作得分与排前 3 名的百亿参数模型成果十分靠近，而参数量仅为后者的十分之一，更有利于大规模工业化利用。
图 1 CLUE1.1 总榜，共 9 个子工作
图 2 KgCLUE1.0，常识图谱问答榜
背景
随着 NLP 畛域预训练技术的疾速倒退，“预训练 + 微调”逐步成为解决用意辨认等问题的新范式，通过小布助手团队后期的摸索和尝试，在百科技能分类、闲聊语义匹配、浏览了解答案抽取、FAQ 精排等场景曾经上线了自研一亿级模型并获得了显著的收益，并仍有晋升的空间，验证了进一步自研十亿级模型并推广落地的必要性。
小布助手场景波及用意了解、多轮聊天、文本匹配等 NLP 工作，联合工作 [6,14] 的教训，小布助手团队预训练到业务落地会按图 3 所示的形式进行，包含 Pretraining、Futher-Pretraing、Fine-tuning&Deployment 等阶段。次要有四个特点：
一是表征解耦，对立表征器适配不同上游工作，能够同时满足上游了解类工作和多轮聊天生成工作，更好地满足小布助手丰盛的利用场景；
二是检索加强，检索对象包含常识图谱，以及指标工作相干的通用文本片段等；
三是多阶段，从数据、工作的维度逐渐适应指标场景进行训练，均衡自监督训练和上游成果，定向获取指标场景相干的无监督、弱监督语料数据，进行进一步预训练调优；
四是模型量级以一亿、三亿、十亿级为主，更敌对地反对大规模利用落地。
图 3 预训练模型开发 & 利用计划
OBERT 预训练模型
预训练语料
从开源工作 [1] 试验后果来看，语料的数量和内容多样性越大，上游工作成果会进一步晋升。基于此，小布助手团队收集并荡涤出 1.6TB 语料，内容蕴含百科、社区问答、新闻等。预处理过程如图 4 所示。在此特别感谢浪潮共享了源 1.0 的局部预训练语料，为 OBERT 模型的训练补充了更充沛的数据资源。
图 4 大规模语料预处理流程
预训练任务
得益于数据获取的低成本性和语言模型弱小的迁徙能力，目前 NLP 预训练支流的工作还是基于分布式假如的语言模型，在单向生成式语言模型（LM），前缀 - 单向生成式语言模型（Prefix-LM）和双向掩码语言模型（MLM）的抉择上，受工作 [2,3] 的启发，抉择了 MLM 作为预训练任务，因为其在上游自然语言了解类（NLU）工作上有更好的成果。
图 5 OBERT 预训练应用的 mask 策略示意
一是全词、实体、关键词、短语、短句等词句掩码，能够从不同粒度学习文本表征，是比拟罕用的做法。须要阐明的是，mask 局部与应用的上下文图片 Context/w 来自同一段落，指标如式（1）。
P (w | Context/w)（1）
二是思考内部常识加强的表征学习，与 REALM[4]、内存加强 [5]、ERNIE3.0[6] 的做法相似，冀望通过检索与输出相干的天然文本 / 常识图谱三元组，作为输出的扩大信息，以更好地学习文本表征。对于目前常识加强的预训练范式，次要差别点在知识库 k 的设置，以及常识检索形式。在 OBERT 的常识掩码策略中，设置了百科词条（含摘要、关键词等字段）作为知识库，相当于常识图谱中的（Entity，Description，Content）三元组信息，实体链接作为常识检索形式，具体地，给定初始文本，将文本中的实体链接到百度百科等知识库，并将其摘要文本作为上下文的补充，更充沛地学习文本表征，指标如式（2）。
P (w | Context/w , kw)（2）
小布助手团队首先在一亿级模型上验证了上述 mask 策略的有效性，其 Zero-shot 效果显著优于开源 base 级模型，上游利用时也获得了收益，随后将其利用到十亿级模型训练中。
图 6 ZeroCLUE 榜单
预训练策略
次要采纳了课程学习，由易到难地晋升训练难度，从而进步训练稳定性[7]。一方面，seqence length 从 64 逐步增大到 512，batch size 从 64 减少到 5120；另一方面，训练初期 mask 策略以字词粒度为主（masked span 长度小，学习难度低），逐步增大到短语、短句粒度。
训练减速
为了减速 OBERT 模型的预训练，在分布式训练框架上面临两项挑战：
显存挑战：大模型训练须要存储模型参数、梯度、优化器状态等参数，同时有训练过程产生的两头后果 Activation 等开销，十 / 百亿规模参数规模下远超常规 GPU 显存（V100-32GB）；
计算效率挑战：随着训练节点规模的减少，如何联合节点 / 网络拓扑构造和模型混合并行形式，更大程度施展出节点的算力，放弃训练吞吐量的线性 / 超线性拓展。
面对上述挑战，基于开源 AI 训练框架，OPPO StarFire 机器学习平台团队研发并利用了以下计划：
1、混合并行：数据并行 + 模型并行 + Zero Redundancy Optimizer (ZeRO)[8]；
2、基于节点拓扑感知通信优化；
3、梯度累积。
通过以上优化办法，相比基线训练计划获得 29%+ 的训练吞吐量晋升，能够更疾速地进行 OBERT 模型的训练迭代，同时也使得百亿甚至更大规模参数模型的预训练变得可行与高效。
微调策略
CLUE1.1 工作
小布助手团队围绕预训练模型开发了微调框架，蕴含了 FGM[9]、PGD[10]、R-Drop[11]、Noise-tune[12]、Multi-Sample Dropout[13]等晋升微调鲁棒性的形式，也蕴含为上游主工作减少词法辅助工作的配置，应用该框架，只需批改配置文件即可在文本分类、类似度、提槽等不同上游工作中应用上述优化形式，疾速拿到不同优化形式的后果。
KgCLUE1.0 工作
小布助手团队复用语音助手的常识问答计划，利用到 KgCLUE 的常识图谱问答评测工作上；在计划上，基于具备内部常识加强的 OBERT 大模型，交融 ner+similar 的 pipeline 办法和基于生成的计划，获得了第一名的问题。更加难能可贵的是，小布助手仅仅应用单模型而未应用集成就达到了上述问题。
落地计划
在预训练落地实际上，小布助手应用多个 NLU（如常识问答 NLU、零碎设置 NLU、闲聊 NLU）来解决各种畛域的问答工作，多个 NLU 都须要独自应用预训练做上游工作的微调，会带来微小的 GPU 计算压力。
为了解决上述问题，小布助手提出对立表征计划，如下图 7。该计划包含下述三个步骤：
1、预训练
2、多任务微调：实际发现，为了升高全局的计算量，能够固定 BERT 模型的 topM 层 transformer，只针对工作微调后 N 层，成果仅比全微调的最优解相差 1% 以内
3、多任务合并：推理时，在调用 NLU 前，先进行一次骨干网络的推理后，由各个 NLU 应用对应的骨干网络层作为上游工作的输出，再进行单任务的推理。
在小布助手的实际落地表明，当上游 NLU 为 10、上游工作均匀微调层数 N = 3 时，对立表征计划下的全局计算量约为全微调计划的 27%。
图 7 对立表征计划
将来方向
小布助手团队会联合智能助手场景特点继续优化预训练技术，包含利用检索加强范式优化短文本表征、开掘和利用反馈信息构建无监督预训练任务、以及摸索模型轻量化技术减速大模型的落地等。
团队简介
OPPO 小布助手团队以小布助手为 AI 技术落地的要害载体，致力于提供多场景、智慧有度的用户体验。小布助手是 OPPO 智能手机和 IoT 设施上内置的智能助手，蕴含语音、倡议、指令、识屏和扫一扫五大能力模块。作为多终端、多模态、对话式的智能助手，小布助手的技术笼罩语音辨认、语义了解、对话生成、常识问答零碎、凋谢域聊天、举荐算法、数字人、多模态等多个外围畛域，为用户提供更敌对天然的人机交互体验。小布助手的技术实力在技术创新及利用上始终保持当先，以后已在多个自然语言解决、语音辨认相干的行业权威赛事及榜单中取得亮眼问题。
OPPO 机器学习团队致力于利用 ML 技术构建一体化平台，晋升 AI 工程师的全链路开发体验。面向 OPPO 开发者，提供轻量化、规范的、全栈式的人工智能开发服务平台，在数据处理、模型构建、模型训练、模型部署、模型治理的全链路 AI 开发环节提供托管式服务及 AI 工具，笼罩个性化举荐、广告算法、手机影像优化、语音助手举荐、图学习风控、搜寻 NLP 等几十种落地场景，帮忙用户疾速创立和部署 AI 利用，治理全周期 AI 解决方案，从而助力减速数字化转型并促成 AI 工程化建设。
参考文献
[1] Cloze-driven Pretraining of Self-attention Networks
[2] Pre-trained Models for Natural Language Processing: A Survey
[3] YUAN 1.0: LARGE-SCALE PRE-TRAINED LANGUAGE MODEL IN ZERO-SHOT AND FEW-SHOT LEARNING
[4] REALM: Retrieval-Augmented Language Model Pre-Training
[5] Training Language Models with Memory Augmentation
[6] ERNIE 3.0: LARGE-SCALE KNOWLEDGE ENHANCED PRE-TRAINING FOR LANGUAGE UNDERSTANDING AND GENERATION
[7] Curriculum Learning: A Regularization Method for Efficient and Stable Billion-Scale GPT Model Pre-Training
[8] ZeRO: Memory Optimizations Toward Training Trillion Parameter Models
[9] FGM: Adversarial Training Methods for Semi-Supervised Text Classification
[10] Towards Deep Learning Models Resistant to Adversarial Attacks
[11] R-Drop: Regularized Dropout for Neural Networks
[12] NoisyTune: A Little Noise Can Help You Finetune Pretrained Language Models Better
[13] Multi-Sample Dropout for Accelerated Training and Better Generalization
[14] Mengzi: Towards Lightweight yet Ingenious Pre-trained Models for Chinese