给定一条学习率调度,能算出整条 loss 曲线吗?

同一规模下基本可以:用两三条较短的训练拟合面积律或多幂律,就能预测没见过的调度下的 loss 曲线。跨规模还缺证据:现有拟合都在 1B 参数以内。把学习率换成有效学习率后,预测误差继续下降。在 loss 上,衰减到多低通常比衰减的形状影响更大。

WSD(warmup-stable-decay)调度由 MiniCPM 提出 [1]。它有三段:预热、恒定、衰减。用 WSD 训练语言模型时,loss 在恒定段下降很慢,在最后的衰减阶段快速下降 [2][3]。只改学习率调度,最终 loss 也会改变。

对做大规模训练的人,问题有两层。第一层:在同一规模下,能否用几条短训练拟合一个公式,在训练开始前比较候选调度?第二层:在小模型上拟合的公式,能否为大模型的长训练选出调度?2024 年以来的工作对第一层给出了基本肯定的回答。第二层的证据还不足。

本文中,“调度”指每一步的学习率序列 \(\eta_{t}\)。“名义学习率”指写在优化器配置里的 \(\eta_{t}\)。“衰减阶段”指学习率从峰值降到终值的阶段。“loss 模型”指把 loss 写成调度函数的公式。下文的 loss 模型都假设批量大小和数据分布在训练中不变。各公式中的系数只在该公式内有效。

把 loss 写成调度的泛函

Tissue 等人提出面积律 [4]。它用两个量描述一条调度。第一个量 \(S_{1}\) 是学习率曲线下的面积,也就是学习率的累加。第二个量 \(S_{2}\) 是衰减面积:每一步的学习率降幅进入一个累加器,累加器每步乘以 \(\mu\),再对累加器求和。

\[ L(s) = L_{0} + A\,S_{1}^{-\alpha} - C\,S_{2} \]
\[ S_{1} = \sum_{i=1}^{s} \eta_{i}, \qquad S_{2} = \sum_{i=1}^{s} m_{i} \]
\[ m_{i} = \mu\, m_{i-1} + \left(\eta_{i-1} - \eta_{i}\right) \]

原文把 \(\mu\) 记为 λ。本文把 λ 留给权重衰减系数。第一项描述累计的训练进度。第二项描述衰减阶段的额外下降,它使 loss 的变化滞后于学习率的变化。

作者用一个 594M 非嵌入参数的语言模型检验这个式子。他们用 2 万步的恒定和 cosine 两条曲线拟合,再预测 4 条没见过的 6 万步调度。平均预测误差为 0.2%,拟合的 \(R^{2}\) 大于 0.999。同一个式子还给出 WSD 的最优衰减比例。在论文所用的 \(\mu = 0.999\) 下,这个比例约为总步数的 10% 到 20%,并随 \(\mu\) 变化。

Luo 等人的多幂律模型(MPL)保留第一项,换掉了衰减项 [5]:

\[ L(t) = L_{0} + A\left(S_{1}(t) + S_{W}\right)^{-\alpha} - \mathrm{LD}(t) \]
\[ \mathrm{LD}(t) = B \sum_{k=1}^{t} \left(\eta_{k-1} - \eta_{k}\right) G\!\left(\eta_{k}^{-\gamma} S_{k}(t)\right) \]
\[ S_{k}(t) = \sum_{\tau=k}^{t} \eta_{\tau}, \qquad G(x) = 1 - (Cx + 1)^{-\zeta} \]

\(S_{W}\) 是预热阶段的学习率累加。指数 \(\zeta\) 在原文中记为 β,本文把 β 留给 Adam 的动量系数。每一次降幅带来的 loss 下降随之后的学习率累加逐步出现,并按幂律饱和。作者用 25M、100M 和 400M 的 Llama2 模型做实验。每个规模用最多 3 条调度拟合。测试集包括没见过的调度形状,以及长度为拟合集 3 倍的训练。在三个规模上,MPL 的测试误差都低于面积律,见下一节表 1 的前三行。

作者最小化 MPL 预测的最终 loss,得到一条接近 WSD 的调度。它的最终 loss 比调好的 WSD 略低,比 cosine 低 0.02 以上。这项工作有三个限制。所有实验都用 AdamW 和 0.1 的权重衰减。峰值学习率提高时,拟合精度下降。理论推导只覆盖二次 loss 上的 SGD。

Li 等人从理论一侧推出函数缩放律(FSL)[6]。设定是幂律核回归上的 SGD。关键变量是内禀时间 \(t\),它是调度的累加。在一定条件下,期望风险满足:

\[ \begin{aligned} \mathbb{E}\left[\mathcal{R}_{t}\right] - \frac{\sigma^{2}}{2} \asymp\; & M^{-sq} + e(t) \\ & + \int_{0}^{t} \mathcal{K}(t - z)\left[e(z) + \sigma^{2}\right] \gamma(z)\,\mathrm{d}z \end{aligned} \]

这里 \(\sigma^{2}\) 是标签噪声的方差,\(\sigma^{2}/2\) 是不可约误差。\(s\) 描述任务难度,\(s\) 越小任务越难。\(q\) 是容量指数,描述特征谱按幂律衰减的速度;原文记为 β。\(\gamma\) 由学习率除以批量大小得到,再用内禀时间表示。\(e(t)\) 是无噪声时的信号学习项,\(\mathcal{K}\) 是遗忘核,\(M\) 是模型规模。调度通过最后一项的卷积进入 loss:在时刻 \(z\) 注入的梯度噪声与 \(\gamma(z)\) 成正比,之后按 \(\mathcal{K}\) 减小。作者在 0.1B 到 1B 的语言模型上用 FSL 拟合 loss 轨迹。

这些 loss 模型有相同的结构。一项随学习率累加单调下降,描述训练进度。另一项在学习率降低后出现,描述衰减阶段的额外下降。机制研究也支持这种分解。Wen 等人把 loss 地形描述为 river valley:高学习率时参数在陡峭方向大幅振荡,学习率降低后振荡减小,loss 随之下降 [2]。凸优化的收敛界和 SGD 噪声模型也给出一致的结果 [7][8]。

有效学习率作为自变量

上面的 loss 模型都以名义学习率为输入。现代 Transformer 有大量归一化层。假设一个权重矩阵 \(W\) 满足尺度不变性,即 loss 对 \(cW\) 和 \(W\) 取相同的值。这个假设在常见架构中只部分成立,本节最后讨论。这时 \(W\) 的范数不改变输出,只改变一步更新使 \(W\) 转动的角度。

下文把限制权重范数的手段叫作范数控制方式,例如权重衰减系数取 0 或 0.1,或者使用 Hyperball。Hyperball 是一个优化器包装。它把每个权重矩阵和对应更新量的 Frobenius 范数都设为固定常数 [9]。使用 Hyperball 的 Muon 记作 MuonH。

有效学习率(ELR)把范数放进学习率。常见定义有两种。Liu 等人用学习率除以权重的 Frobenius 范数 [10]。腾讯混元预训练团队再乘上优化器更新量的范数 [11]:

\[ \eta^{\mathrm{eff}}_{t} = \frac{\eta_{t}}{\lVert W_{t} \rVert_{F}}, \qquad \eta^{\star}_{t} = \frac{\eta_{t}\,\lVert \mathrm{Opt}_{t} \rVert}{\lVert W_{t} \rVert} \]

对 Hyperball,权重范数固定,Liu 等人的定义化为学习率除以更新量范数。两个定义都描述一步更新相对于权重的大小。设更新量与权重近似正交,且一步前后权重范数近似不变。这时 \(\eta^{\star}_{t}\) 近似等于每一步权重方向的转角。Xiao 等人保留了更新量与权重的内积项,推出一个角度形式的定义 [12]。下文的每个结论只在其原论文的定义下成立。

混元团队用一个 4 参数的简化 MPL 检验 ELR [11]。简化式的衰减项是 \(-B\) 乘以全部降幅之和。这个和等于 \(\eta_{0} - \eta_{t}\),所以衰减项等于 \(-B\eta_{0} + B\eta_{t}\)。常数 \(-B\eta_{0}\) 并入 \(L_{0}'\),得到:

\[ L(t) = L_{0}' + A\left(\sum_{i=1}^{t} \eta_{i} + S_{w}\right)^{-\alpha} + B\,\eta_{t} \]

原页面最后一步写作 \(-B\,\eta_{t}\),符号有误。拟合时 \(B\) 的符号不受限制,所以数值结果不一定受影响。数据是 65 次 Muon 训练,来自线性和 WSD 调度的扫描。把 \(\eta\) 换成 \(\eta^{\star}\) 后,样本内拟合更准;依次留出 6 次指定训练时,ELR 版本每次都更准。测试调度都与拟合集属于同一类调度。

Liu 等人直接检验了 ELR [10]。他们让两次训练的 ELR 序列相同,学习率和权重范数不同,然后比较 loss 轨迹。下文把两条 loss 轨迹逐步差值的绝对值平均叫作轨迹误差,单位与 loss 相同。作为对照,在 124M 模型上只换初始化种子,轨迹误差约为 \(1.1 \times 10^{-2}\);Liu 等人也指出,优化器研究通常用 \(10^{-2}\) 量级的 loss 差来区分不同选择。在 26 组比较中,轨迹误差的中位数为 \(2.5 \times 10^{-3}\),全部低于 \(5 \times 10^{-3}\)。比较覆盖三种优化器:AdamW、Muon 和 Signum。架构包括稠密、MoE 和线性注意力,规模从 100M 到 1B。

他们再把 FSL 的输入从学习率换成 ELR。这里用的是 FSL 的一个 7 参数拟合形式。拟合集是 4 条 124M 的 Adam 曲线,权重衰减系数为 0 或 0.1。在 4 条同类留出曲线上,预测误差从 0.0239 降到 0.0133。在 2 条 Hyperball 曲线上,学习率版本出现系统偏差,误差为 0.2508。ELR 版本为 0.0212,约低 11.8 倍。这只是一个 124M 模型上的结果。Hyperball 训练的名义学习率与普通训练含义不同,峰值分别为 \(2 \times 10^{-3}\) 和 \(6 \times 10^{-4}\),所以学习率版本是一个弱基线。

Puro-2B 的报告用两条 Muon 曲线拟合 MPL,留出每条的最后 20% [13]。ELR 版本的平均误差从 0.0265 降到 0.0210。改进来自一条曲线,0.0422 降到 0.0270;另一条曲线上 ELR 版本更差,0.0108 升到 0.0149。拟合只用了 170M 模型中 FC2 矩阵组的 ELR。

改动设置基线改动后比值
面积律 → MPL25M [5]0.00600.00461.30
面积律 → MPL100M0.00950.00511.86
面积律 → MPL400M0.00940.00701.34
MPL:学习率 → ELR170M [13]0.02650.02101.26
FSL:学习率 → ELR124M [10]0.02390.01331.80
FSL:学习率 → ELR124M,Hyperball0.25080.021211.8

表 1. loss 模型在留出数据上的预测误差(RMSE),只能在行内比较。前三行比较 loss 模型的形式,MPL 原文把面积律叫作 Momentum Law。后三行比较自变量。第 4 行是两条 Muon 曲线的平均,其中一条变差。第 5 行的范数控制方式在拟合集中出现过,第 6 行的没有。比值由本文计算;第 6 行,Liu 等人正文写作 11.83 倍,图注写作 12.9 倍。

按表 1,范数控制方式在拟合集中出现过时,改用 ELR 使平均误差降到原来的 1/1.3 到 1/1.8;不在拟合集中时,降到约 1/12。原因是:在不同范数控制方式下,同一个名义学习率对应差别很大的 ELR。

ELR 的理论基础也有争议。苏剑林指出,在 pre-norm 架构里,单个矩阵的尺度不变性几乎都不成立 [14]。例外是使用 QK-Norm 时的 \(W_{q}\) 和 \(W_{k}\)。普遍成立的是联合对称性:一对参数一个乘以 \(c\)、另一个除以 \(c\),loss 不变。这样的参数对包括 \((W_{q}, W_{k})\)、\((W_{v}, W_{o})\)、\((W_{\mathrm{up}}, W_{\mathrm{down}})\),以及 RMSNorm 的增益 \(g\) 与它后面整组输入矩阵。

Liu 等人的消融结果与这个分析一致:去掉 QK-Norm 后,轨迹误差从 \(2.3 \times 10^{-3}\) 升到 \(5.2 \times 10^{-3}\);再固定 RMSNorm 增益,误差升到 \(1.84 \times 10^{-2}\) [10]。所以 ELR 作为自变量有多准,取决于架构。

ELR 调度的一部分由权重范数的平衡决定

换成 ELR 以后,问题变成:什么决定 ELR 调度?分子 \(\eta_{t}\) 由人设定。分母 \(\lVert W_{t} \rVert\) 由训练决定,权重衰减使它趋于一个平衡值。

Kosson 等人推出了 AdamW 下尺度不变权重在平衡时的范数和每步转角 [15]:

\[ \lVert W \rVert_{\mathrm{eq}} \approx \sqrt{\frac{\eta d}{2\lambda}}, \qquad \hat{\eta}_{r} \approx \sqrt{2\eta\lambda\,\frac{1 - \beta_{1}}{1 + \beta_{1}}} \]

这里 \(d\) 是权重向量的维度,\(\lambda\) 是权重衰减系数,\(\beta_{1}\) 是一阶动量系数。下文的“转角”都指 \(\hat{\eta}_{r}\),即每步权重方向的变化。混元团队用梯度下降推出同一个标度:平衡时转角约为 \(\sqrt{2\eta\lambda}\) [11]。

在平衡区,转角与 \(\eta\) 的平方根成正比。名义学习率降低 10 倍,平衡转角只降低 \(\sqrt{10} \approx 3.16\) 倍。在对数坐标中,ELR 的变化是名义学习率变化的一半,另一半被范数的变化抵消。这个关系适用于转角。在 Adam、Muon 这类更新量范数与权重范数无关的优化器下,它也适用于 \(\eta / \lVert W \rVert\)。它只在步数远大于 \(1/(\eta\lambda)\) 的平衡区成立。这是由上式推出的结论,没有论文直接测量它。

平衡需要时间。Wang 与 Aitchison 把 AdamW 的权重写成近期更新量的指数滑动平均,时间尺度是 \(1/(\eta\lambda)\) 步 [16]。例如,AdamW 取 \(\eta = 3 \times 10^{-4}\)、\(\lambda = 0.1\) 时,\(1/(\eta\lambda) \approx 3.3 \times 10^{4}\) 步,平衡区要求训练步数远多于这个值。学习率降低后,权重衰减每步缩小范数的幅度也变小。范数在剩余步数内到达不了新的平衡值。Kosson 等人在 cosine 调度的后期观察到了这种偏离 [15]。这时范数近似不变,ELR 跟随名义调度的形状。

混元团队的测量与这两段推理一致 [11]。在 WSD、cosine 和线性调度下,不同调度的转角轨迹非常接近,训练早期尤其接近。早期转角先快速上升,再急剧下降,上升阶段比名义预热更短。后期转角跟随名义调度的形状。在 16 次 GPT 训练中用 AdamW 和 Muon 实测的权重范数变化,见英文文章 A Small Cosine Sets the Weight Norm under AdamW and Muon。

干预实验检验了这个机制。Liu 等人先用权重衰减或 Hyperball 完成一次目标训练,再只调整另一次训练的名义学习率,使两者的 ELR 相同 [10]。轨迹误差分别为 \(4.8 \times 10^{-3}\) 和 \(1.2 \times 10^{-3}\)。后者从第 7.5k 步开始计算,排除了开始匹配时的瞬态。Xiao 等人只改学习率调度,就使 MuonH 和带权重衰减的 Muon 复现对方的曲线 [12]。HyperTransfer 用初始化和学习率调度构造出复现基础优化器轨迹的 Hyperball 优化器,反方向也成立 [17]。

在 1.2B 以下的 Qwen3 式模型上,MuonH(用 Hyperball 包装的 Muon)比带权重衰减的 Muon 有 20% 到 30% 的 token 等效加速 [9]。干预实验提示,这个差距可能主要来自两者的 ELR 调度不同。这是本文的推断,干预实验的规模小于 1.2B,原论文没有做这个归因。Xiao 等人的结论是:Hyperball 没有消除调度问题;更激进的衰减在训练前期有利,在后期可能有害 [12]。

早期的 ELR 峰值和平方根关系由范数平衡决定,后期的衰减主要由名义调度决定。本文引用的工作中,没有一篇测量这两部分在整个训练中各占多少。

在 loss 上,衰减到多低通常比形状影响更大

如果 loss 由调度决定,下一个问题是:调度的哪些特征对 loss 影响大?表 2 把已发表的比较放在一起。

比较规模结果来源
线性衰减到 0,对比线性衰减到峰值的 10%610M80 TPP 的前者 loss 低于 200 TPP 的后者,约省 60% 算力[18]
衰减阶段 20%:1-sqrt 对比线性1B,100B token,下游均分46.23 对比 46.20[3]
cosine:衰减到峰值的 10% 对比衰减到 0同上46.26 对比 45.88[3]
MPL 优化出的调度,对比调好的 WSD25M 到 400M最终 loss 略低[5]
1-sqrt 对比线性,MuonH;峰值和预热也不同Modded-nanoGPT Track 3达到验证 loss 3.28 用 3175 步,对比 3250 步[11]
0.4 次幂对比 1-sqrt,MuonH,峰值相同同上3150 步,对比 3175 步[11]
衰减阶段的形状,对比 AdamW 超参数210M两者带来的差异同一量级[19]
恒定或 \(1/\sqrt{t}\) 学习率加权重平均,对比调好的 cosine150M、300M,最长 32 倍 Chinchilla最终 loss 相当[20]
ScheduleFree+,对比线性衰减120M 到 2B1000 TPP(120M)少用 31% 训练时间;100 TPP 除 2B 外更优;20 TPP 较大规模略差[21]

表 2. 调度特征的影响。TPP 是每个参数对应的训练 token 数。各行的设置和度量不同,只能在行内比较。

按现有比较,影响从大到小分成三层。这个排序是定性的:各层来自不同的模型、训练长度和度量,数字不能跨层比较。第一层是终值。Bergsma 等人在 610M 模型上比较了线性衰减到 0 和线性衰减到峰值的 10% [18]。两者形状相同,只有终值不同。80 TPP 的前者比 200 TPP 的后者 loss 更低,约省 60% 算力。原文报告这个收益随 TPP 增大而增大,所以 60% 只代表这一设置。他们把 AdamW 的权重看作更新量的指数滑动平均:衰减到 0 时,后期平均更多步的更新,梯度噪声更低。第二层是范数控制方式。它通过上一节的机制改变 ELR 调度,见表 1 第 6 行和上一节的 Hyperball 结果。

第三层是衰减的形状。Hägele 等人的 1B 模型中,衰减阶段占 20% 的 1-sqrt 和线性衰减,下游均分相差 0.03 分 [3]。在 loss 上,Hägele 等人发现 1-sqrt 一致优于线性衰减,原文没有给出差距的数值。1-sqrt 衰减指学习率按 \(1 - \sqrt{x}\) 下降,\(x\) 是衰减阶段内的相对进度。在 Modded-nanoGPT Track 3 上,峰值相同的 0.4 次幂和 1-sqrt 两条 MuonH 调度只差约 0.8% 的步数 [11]。混元的 1-sqrt 调度比线性基线少用 2.3% 的步数,但它同时提高了峰值、缩短了预热,所以 2.3% 不能只归于形状。Dremov 等人在 210M 模型上发现,选衰减形状的收益与调 AdamW 超参数的收益同一量级 [19]。他们还发现,在衰减阶段提高 \(\beta_{2}\) 一致有益。

理论结果支持同一结论。Defazio 等人证明,最坏情况下的最优调度是线性衰减 \(1 - t/T\) [22]。Li 等人在 FSL 框架下证明,一大类衰减形状都达到相同的最优收敛阶,末段衰减过慢会使结果变差 [23]。

下游指标给出一个反例。Hägele 等人的 1B 实验中,cosine 衰减到峰值的 10%,与两种衰减到 0 的衰减阶段下游均分几乎相同 [3]。cosine 衰减到 0 的 loss 更低,下游均分却最低。作者认为原因是模型在训练结束前已经饱和。所以衰减到 0 对 loss 的收益明确,对下游指标的收益要单独检查。

在下游指标和较短的训练中,形状之间的差别接近种子噪声。MPL 论文中,25M 模型 3 个种子的最终 loss 标准差为 0.0007 [5]。Liu 等人在 124M 模型上测得,只换初始化种子或数据顺序,轨迹误差就达到 \(1.11 \times 10^{-2}\) 和 \(1.62 \times 10^{-2}\) [10]。所以关于形状的结论需要多个种子,或者用 loss 模型做成对比较。

衰减与权重平均

按 Bergsma 等人的解释,终值越低,AdamW 的权重平均越多步的更新。另一组工作直接平均检查点,代替学习率衰减。Schedule-Free 不使用调度,它的理论把调度和迭代平均统一起来 [24]。Song 等人用 river valley 地形分析 Schedule-Free,发现它隐式地做权重平均 [25]。WSM 把 cosine、线性和逆平方根衰减写成检查点平均方案,实验中最重要的因素是参与平均的训练区间长度 [26]。

Li 等人在最大超过 100B 参数的稠密和 MoE 模型上,合并恒定学习率阶段的检查点,性能明显提高 [27]。Anytime Pretraining 用恒定或 \(1/\sqrt{t}\) 学习率加权重平均,最终 loss 与调好的 cosine 相当(表 2)[20]。Hägele 等人在 210M 模型上发现,权重平均缩小了与衰减的差距,但没有达到衰减后的 loss [3]。所以低终值的收益有一部分可以由权重平均得到。上文的 loss 模型都没有把权重平均作为输入。

结论还可能随训练长度变化。ScheduleFree+ 相对线性衰减的优势在 1000 TPP 最大;在 20 TPP 的较大模型上,它略差于线性衰减(表 2)[21]。原文引言写作“20 到 100 TPP 没有最终 loss 优势”,表 2 按正文第 9.2 节写。混元团队在最大 6B MoE 的缩放阶梯上测试了 1-sqrt 调度 [11]。它在每个预算下都最好,但拟合缩放曲线的斜率更小,外推后优势可能消失。

按现有证据怎样设调度

下面的建议有明确的范围。本文引用的 loss 模型拟合都在 1B 参数以内。调度形状和终值的比较最大到 2B,混元的缩放阶梯到 6B MoE。只有检查点合并的结果到 100B 以上。所有结果都在固定批量大小下得到。

批量大小也可以调度。Seesaw 在简化设定下证明学习率衰减与批量增大等价,对 Adam 只用归一化 SGD 作近似 [28]。Li 与 Maddison 的 loss 模型可以处理变化的批量 [29]。所以“loss 由学习率调度决定”只在批量大小固定时成立。

在这个范围内,现有证据支持以下做法:

  1. 在训练前比较候选调度时,先拟合一个 loss 模型。用目标模型跑 2 到 3 条较短的训练,例如一条恒定、一条 cosine,拟合 MPL 或面积律,再比较候选调度的预测最终 loss。MPL 在 25M 到 400M 上用最多 3 条调度拟合,预测的长度可到拟合集的 3 倍 [5];面积律在 594M 上用 2 条 2 万步的曲线预测 6 万步 [4]。用小模型的拟合结果为大模型选调度,还没有检验过。
  2. 总步数事先确定时,线性衰减到 0。在 610M 模型上,它优于线性衰减到峰值的 10% [18]。在 1B 模型上,衰减到 0 不一定提高下游均分,所以要单独检查下游指标 [3]。
  3. 需要在多个步数结束或从中间分支续训时,用 WSD,衰减阶段取总步数的 10% 到 20%。面积律在 594M 模型上由拟合公式给出这个比例 [4];Hägele 等人在 1B 以下的模型上用 20% 的衰减阶段达到 cosine 的水平,并发现 1-sqrt 的 loss 低于线性 [3]。
  4. 比较两种形状时,用多个种子(MPL 论文用 3 个),或用拟合好的 loss 模型做成对比较。形状之间的差别小于终值的差别,在 1B 模型的下游均分上只差 0.03 分 [3]。
  5. 在衰减阶段把 Adam 的 \(\beta_{2}\) 从 0.95 调高,具体值需要扫描。这个结果来自 210M 模型 [19]。
  6. 总步数未知时,可以从恒定学习率加权重平均开始。在 150M 和 300M 模型上,它的最终 loss 与调好的 cosine 相当 [20]。在 210M 模型上,每 500 步一个窗口的权重平均缩小了与衰减的差距,但没有消除差距 [3]。
  7. 只改权重衰减系数时,保持 \(\eta\lambda\) 不变。在平衡区,转角约为 \(\sqrt{2\eta\lambda}\),所以这样做保持平衡转角;这条规则由第 3 节的公式推出,只适用于平衡区。换到 Hyperball 时,先测量原训练的 \(\eta / \lVert W \rVert\),再调新训练的学习率去匹配它。Liu 等人在 124M 模型上用这种匹配复现了原训练的 loss 曲线 [10]。
  8. 到大规模前,在 2 到 3 个规模上比较候选调度,检查优势是否随算力缩小。在最大 6B MoE 的缩放阶梯上,1-sqrt 的优势随算力增大而变小 [11]。

仍然没解决的问题

前五个问题仍然开放。后两个有部分答案。

  1. 跨优化器预测。现有的迁移测试都在一种优化器内。在 AdamW 上拟合的 ELR loss 模型,能否不重新拟合,就预测 Muon 在没见过的调度形状下的整条曲线?
  2. ELR 的坐标。每个矩阵有自己的 ELR 序列,loss 模型只接受一个标量序列。应该取均值、按参数量加权、取某一层,还是按联合对称性按参数对计算?范数形式、角度形式和按参数对的形式,在普通 pre-norm、加 QK-Norm 和完全尺度不变的架构上,哪一个作为自变量最准?上面的论文没有系统比较这些选择。
  3. 衰减项的坐标。面积律的 \(S_{2}\) 和 MPL 的 \(\mathrm{LD}(t)\) 都用名义学习率的降幅。改用 ELR 的降幅后,同一组参数能否同时描述有权重衰减和无权重衰减的衰减阶段?
  4. 跨规模迁移。MPL 和 ELR 版 FSL 的参数怎样随模型规模变化?在小模型上拟合的 loss 模型,能否为大模型的长训练选出调度?
  5. 更多输入。一个 loss 模型能否同时接受学习率序列、批量序列和权重平均?例如,WSM 的合并时长能否换算成 MPL 的衰减项?临界批量大小在训练中增长 [30],已有针对 WSD 的批量调度 [31],但它们还没有进入调度的 loss 模型。
  6. 隐式部分的大小(部分有答案)。AdamC 让后接归一化的层的权重衰减系数与学习率调度成正比,用来修正训练末期梯度范数的上升 [32]。在 Transformer 中,这包括除输出层外的全部线性层。这类修正直接改变 ELR 调度中由范数决定的部分。仍然开放的是:在整个训练中,\(\log \eta^{\star}\) 的变化有多少来自 \(\log \eta\),多少来自范数?
  7. 早期的 ELR 峰值(部分有答案)。为什么训练初期能承受更高的峰值 ELR [11]?预热文献说明预热限制早期过大的更新 [33][34],但不能预测峰值的高度。
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表 1 和表 2 的数字取自所列论文和页面。表 1 的比值列由本文用原文数字计算。