LLMs selbst auf Deutsch trainieren

Slides: https://slides.com/johann-peterhartmann/

Warum überhaupt?

Das geht doch mit GPT-4o.

SML - Small Language
Models

• Zugänglichkeit: jeder kann sie verwenden
• Spezialisierung: Gut für spezielle Aufgaben
  • RAG
  • Summarization
  • Tool Calling & Agent Reasoning
     
• Bei hohem Read/Write-Quotienten statt RAG
   
• Ressourcenbedarf : Training und Inferenz
• Kosten & Sustainability

Ressourcenbedarf in $

Privacy & Security

• Microsoft ist so mittel in Cloud Security
• Offline Access
• Datensouveränität
• Unabhängigkeit
• Vendor Control
   
• GDPR ist kein Argument! 

Schwere Sprache

• Sprach-Corpora der LLMS sind 🇬🇧
• Chinesisch folgt langsam mit Qwen & Co
• Resultat: 
  • Reasoning in einer anderen Sprache
  • Komplexe und englische Strukturen im Reasoning
  • Grammatikfehler

German NLG/GermEval 🇩🇪

https://medium.com/@lars.chr.wiik/claude-opus-vs-gpt-4o-vs-gemini-1-5-multilingual-performance-1b092b920a40

Multilingual Performance 🇩🇪

Multilingual Performance 🇩🇪

https://ellamind.com/de/

Selbst trainieren:
Eigentlich sind wir zu arm.

• GPT-4: 63.000.000$
   
• Llama3 Hardware costs: 720.000.000$
   
• 6.400.000 GPU-Stunden H100 80GB
   
• ... für die kleinen LLama3-Modelle
  400B kommt noch.

Pretraining

• Die Grundlage eines jeden Sprachmodells

• (meist) next-token-Training für Text Generation

• Unsupervised

• Früher galten die Chinchilla-Laws 

  • optimale Zahl Token für das Trainung zur Parameterzahl

  • Bei LLama3-8b Faktor 75 über Chinchilla

Daten fürs
Pretraining

• Aktuell: meist Common-Crawl-basiert

• Im Fall von GPT-3.5ff, Gemini, LLama, ...: 

  • dazugekaufte Daten von Verlägen etc 

• sehr ausführliche Daten-Aufbereitungs und -filtrierstrecken

• Seit 3 Wochen:

  • Hugging Face fineweb 

Deutsch

• Corpora anreichern für deutsches "Sprachgefühl"
   
• LeoLM 65B aus OSCAR-2301-Korpus
   
• Analog dazu DiscoLM und OcciGlot-Modelle
   
• Eigenes Dataset:
  https://huggingface.co/datasets/occiglot/occiglot-fineweb-v0.5

Deutsches Pretraining

• Tokenizer vs Deutsch
  • Oft sind Tokenizer ineffizient für deutsche Texte
     
• Foundation Models mit deutschen Pre-Training
  • Mistral/Mixtral
  • LLama3
  • Gemma
  • Aber: LLama 2
    • Platz 1: 89,7% Englisch
    • Platz 2: 0.17% Deutsch 

OK, es spricht Deutsch.

Aber es macht nicht, was ich ihm sage.

 

<|im_start|>system
Du bist ein hilfreicher Assistent.

<|im_end|>
<|im_start|>user
Was ist 5+5?

<|im_end|>
<|im_start|>assistant
Die Addition von 5 und 5 ergibt 10.
<|im_end|>

Instruction Tuning/SFT

Instruction Tuning/SFT

Supervised Fine-Tuning

Full Finetuning

• Instruction Tuning mit Propagation über das ganze Modell
• Teuer!

https://cobusgreyling.medium.com/catastrophic-forgetting-in-llms-bf345760e6e2

https://pub.towardsai.net/parameter-efficient-fine-tuning-peft-inference-and-evaluation-of-llm-model-using-lora-03cf9f027c34

Parameter Efficient Finetuning

• Freeze des Original-Models
• Finetuning nur weniger Parameter
• Faktor 3 weniger Speicher
• Faktor 10.000 weniger trainierte Parameter
• Gemeinsame Inference

Freeze des Basismodels

Trainieren von zusätzlichen, kleineren Parametern

LoRA vs Model

model.embed_tokens.weight
model.layers.0.self_attn.q_proj.weight
model.layers.0.self_attn.k_proj.weight
model.layers.0.self_attn.v_proj.weight
model.layers.0.self_attn.o_proj.weight
model.layers.0.mlp.gate_proj.weight
model.layers.0.mlp.up_proj.weight
model.layers.0.mlp.down_proj.weight
model.layers.0.input_layernorm.weight
model.layers.0.post_attention_layernorm.weight

...

model.layers.31.post_attention_layernorm.weight
model.norm.weight
lm_head.weight

LoRA targets

q_proj, k_proj

"systematically identify and eliminate less important components in the model's layers"

LaserRMT / Spectrum

• dort ändern, wo redundantes Wissen vorliegt.

• Iterativ Trainieren ohne Einbußen

Current State

• Faktor 3 weniger Speicher

• Faktor 10.000 weniger Parameter

• Aber: ca 4-6% Verlust der Akkuratheit vs. Full Fine-Tune.

Mistral 7B vorher: 112 GB
Mit LoRA: ca 40 GB

QLoRA "Quantized LoRA"

https://towardsdatascience.com/qlora-fine-tune-a-large-language-model-on-your-gpu-27bed5a03e2b

QLoRA-Outcome

• 7B ist bequem auf 24G trainierbar

• 70B ist auf 48G trainierbar(!)

• Ergebnis: das gleiche LoRA-Safetensors-File

• (Fast) kein Effekt auf die Performance

Title Text

Und weiter: Unsloth.AI

1 GPU Apache licensed

 warnings.warn(
    f"Unsloth: 'CUDA_VISIBLE_DEVICES' is currently {devices} \n"\
    "Multiple CUDA devices detected but we require a single device.\n"\
    f"We will override CUDA_VISIBLE_DEVICES to first device: {first_id}."
)

Aber :Llama-3 8B auf 16G trainierbar.

GaLore

• Full Parameter Finetuning
• Memoryeffizienz wie LoRA
• eigene Gradient-Projection

DoRA/QDoRA

• Modifizierter LoRA
• plus Magnitude-Vektoren
• ein wenig mehr Speicher
• Wir bekommen die 4-6% wieder

https://cameronrwolfe.substack.com/p/understanding-and-using-supervised

https://cameronrwolfe.substack.com/p/understanding-and-using-supervised

https://cameronrwolfe.substack.com/p/understanding-and-using-supervised

• Basis von GPT-3.5 etc
   
• Viel Personaleinsatz
• 
  Komplex durch
  Reward-Model

Reward Model

https://github.com/RLHFlow/Online-RLHF

DPO

Direct Preference Optimization

Freeze, Score, Calculate Loss & Update

https://medium.com/@joaolages/direct-preference-optimization-dpo-622fc1f18707

ORPO

• Odds Ratio Preference Optimization
• Statt SFT plus DPO
• In einem Schritt
• Gleiche Daten wie DPO

SimPO

DPO ohne Referenz-Modell

Reward mit Length-Penalty und Margin

Und wo wir schon beim trainieren sind ...

RoPE-Scaling

Context-Length ist kein Differenzkriterium mehr.

Dank

• peft/lora

• qlora

• unsloth                                  

können wir 70B auf 24G.
Aber es dauert noch immer Stunden.

Das klassische 4chan-Problem:

• Bilder von Frauen generieren
• im Anime-Stil
• aber unglaublich realistisch

Lösung:

• Anime-Modell trainieren
• Realistisches Modell trainieren
• Mittelwerte bilden

Es funktionierte tatsächlich.

Eigenschaften in LLMs mergen

• Startpunkt: ein gemeinsames BaseModel
• Step 1: Task-Vektoren sind die Differenz zu  Finetunes ausrechnen
• Step 2: Entfernen unnötiger Task-Vektoren
• Step 3: Conflict-Resolution/ Merging der Task-Vektoren
• Step 4: Addition der Vektoren zum Basismodell.

https://github.com/arcee-ai/mergekit

Viele Methoden

Beispiel Dare Ties

• Step 2: Reduktion der Task-Vektoren per Zufall
  random pruning + rescaling
• Step 3: 
  • Trim unveränderter Parameter
  • Vorzeichendifferenzen nullen
  • Merge der alignten Parameter
    
    ​
• Beispiel: Deutsches Modell und StarCoder mergen.

AutoMerger

• Einfach mal per Zufall mergen.
   
• Deutsche Experimente:
  https://huggingface.co/cstr
   
• mergekit-evolve

Chat-Templates

Llama2/Mistral: <<SYS>> und [INST]

Llama3: <|start_header_id|> ...

Phi3/Zephyr: <|user|> ...
Gemma: <start_of_turn>...
ChatML: <|im_start|>assistant

Token

Es könnte so einfach sein ... 

mergekit-tokensurgeon zur Anpassung

https://huggingface.co/blog/moe

Mixture of
Experts

• Ursprünglich MIT 1991
• Google 2022 für LLMs
• OpenAI GPT-4 als Kernidee
• n Experten mit Router
• m aus n aktiv
• Trainieren pro Experte
• Inference pro m Experten

• Mixture of Experts selbst bauen
   
• Mixture of LoRAs
   
• Support für 
  • Llama(3)
  • Mistral
  • Phi3
  • Bert
     
• Wahlweise einfaches Routing
  oder Training

• Kraken: Mixture of Experts in Software per trust_remote_code
   
• "Collection of Experts": trainierter Router auf einen Lora
   
• einfachst anzupassen
   
• Kraken-LoRA: Mixture of LoRAs
   
• 5 Tage alt

Gute Modelle für den Start

• Direkt auf den Basismodellen von Mistral und LLama3, Gemma
  Andere Modelle gehen, haben aber wenig deutsches Pretraining
   
• occiglot-Modelle von Occiglot :-)
  Opensource, staatlich (europäisch) gefördert
   
• DiscoLM-Modelle von ellamind
  Startup mit FOSS-Background
   
• SauerkrautLMs von VagoSolutions
  Startup mit FOSS-Background
   
• KafkaLM von SeedboxAI
   

Datasets 1: einfach nutzen :-)

• PreTraining:
  https://huggingface.co/datasets/occiglot/occiglot-fineweb-v0.5
   
• Meist automatisierte Übersetzungen existierender DataSets
   
• Zum Teil manuell nachbearbeitet
   
• https://t.ly/EsIT0

Datasets 2: selbst Übersetzen

• Übersetzung durch OpenSource-Modelle per Instruktion
   
• Übersetzung durch Services
   
• Übersetzung durch APIs wie GPT-4, Mistral, Claude
   
• Achtung: GPT-4 erlaubt den Einsatz für Konkurrenten nicht.
   
• Zum Teil etwas irreführend
  "SME" zu "KMU" oder "Fachmann" übersetzen?

Datasets 3: Herstellen

• Auf Basis von existierenden Dokumenten / RAG
   
• Auf Basis synthetisch generierter Prompts zu Themen
   
• Auf Basis von Varianten existierender (englischer) Datasets
   
• Als normales SFT oder als DPO/ORPO/SimPO-Dataset
   
• Unter Nutzung von AI-Feedback und verschiedenen Modellen
   
• https://distilabel.argilla.io/

Trainingswerkzeuge

• 8,4 TRL von Huggingface
  
  
   
• 6,3 Axolotl vom OpenAI Collective
  
  
   
• 23,1 LLama_Factory von Yaowei Zheng
  
   
• Jeweils mit skypilot/dstack-Support

Hugging Face TRL

Features

• SFT, DPO, PPO, ORPO
• Unsloth-Support
• Eingebettet in HF-Stack

Axolotl

Features

• SFT, Lora, qlora, flashattn
• Config-Getrieben
• Viele Beispiele
• Gute Community

LLaMA-Factory

Features

• Sehr grosse Community ...
• ... in Asien
• adaptiert unglaublich schnell
• Web-Interface & Config
• praktisch alle Algorithmen enthalten, inkl. Unsloth
• Diverse deutsche Datasets enthalten

Evaluieren der Modelle

https://github.com/occiglot/euro-lm-evaluation-harness

Occiglot-Version des EleutherAI-Frameworks

Internationale Standard-Evals auf Deutsch

https://github.com/mayflower/FastEval
 

Deutsche Übersetzung vom mt-bench mit LLM-as-a-judge

https://github.com/ScandEval/ScandEval

Skandinavische Test-Suite mit Support für Deutsch

https://github.com/EQ-bench/EQ-Bench
 

Benchmark mit EQ und Kreativität im Fokus. Mit deutschem Translation-Support.

Wo Trainieren?

• Beste Variante: jemand spendet die GPU 
• Zweitbeste Variante: Runpod, Vast.ai, Lambdalabs, AWS, ...
• Drittbeste Variante: Eigene Nvidia-Karten 
• Viertbeste Variante: Merging

Beispiel

• Kurzzeitig das best-performende deutsche Modell der 7B-Klasse
   
• DARE_TIES-Merge per Mergekit von 4 bekannten deutschen Modellen auf Mistral-7B-Basis
  • "die Sprachkompetenz zusammenmergen"
     
• Überarbeites DPO-Dataset auf Basis von Intel-Orca
  • Übersetzt mit AzureML
  • Chosen mit GPT-4 generiert
  • Rejected mit Standard-Mistral-7B generiert

Where to start

Maxime Labonnes LLM-Kurs
https://github.com/mlabonne/llm-course
LazyMergekit
LazyAxolotl

Deutsche Community bei DiscoLM
https://discord.gg/S8W8B5nz3v
 

Englische Community bei Eric Hartford

https://discord.gg/2ZzR4X9F