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• 目录
• TinyBERT概述
• 模型架构
• 数据集
• 环境要求
• 快速入门
• 脚本说明
  • 脚本和样例代码
  • 脚本参数
    • 一般蒸馏
    • 任务蒸馏
  • 选项及参数
    • 选项
    • 参数
  • 训练流程
    • 用法
      • Ascend处理器上运行
      • 在GPU处理器上运行
    • 分布式训练
      • Ascend处理器上运行
      • GPU处理器上运行
  • 评估过程
    • 用法
      • 基于SST-2数据集进行评估
      • 基于MNLI数据集进行评估
      • 基于QNLI数据集进行评估
  • 模型描述
  • 性能
    • 评估性能
      • 推理性能
• 随机情况说明
• ModelZoo主页

TinyBERT概述

从推理角度看，TinyBERT比BERT-base（BERT模型基础版本）体积小了7.5倍、速度快了9.4倍，自然语言理解的性能表现更突出。TinyBert在预训练和任务学习两个阶段创新采用了转换蒸馏。

论文: Xiaoqi Jiao, Yichun Yin, Lifeng Shang, Xin Jiang, Xiao Chen, Linlin Li, Fang Wang, Qun Liu. TinyBERT: Distilling BERT for Natural Language Understanding. arXiv preprint arXiv:1909.10351.

模型架构

TinyBERT模型的主干结构是转换器，转换器包含四个编码器模块，其中一个为自注意模块。一个自注意模块即为一个注意模块。

数据集

• 下载zhwiki或enwiki数据集进行一般蒸馏。使用WikiExtractor提取和整理数据集中的文本。如需将数据集转化为TFRecord格式。详见BERT代码库中的create_pretraining_data.py文件。
• 下载GLUE数据集进行任务蒸馏。将数据集由JSON格式转化为TFRecord格式。详见BERT代码库中的run_classifier.py文件。

环境要求

• 硬件（Ascend或GPU）
  • 使用Ascend或GPU处理器准备硬件环境。如需试用昇腾处理器，请发送申请表到ascend@huawei.com。申请通过后，即可获得资源。
• 框架
  • MindSpore
• 更多关于Mindspore的信息，请查看以下资源：
  • MindSpore教程
  • MindSpore Python API

快速入门

从官网下载安装MindSpore之后，可以开始一般蒸馏。任务蒸馏和评估方法如下：

# 单机运行一般蒸馏示例
bash scripts/run_standalone_gd.sh

Before running the shell script, please set the `load_teacher_ckpt_path`, `data_dir`, `schema_dir` and `dataset_type` in the run_standalone_gd.sh file first. If running on GPU, please set the `device_target=GPU`.

# Ascend设备上分布式运行一般蒸馏示例
bash scripts/run_distributed_gd_ascend.sh 8 1 /path/hccl.json

Before running the shell script, please set the `load_teacher_ckpt_path`, `data_dir`, `schema_dir` and `dataset_type` in the run_distributed_gd_ascend.sh file first.

# GPU设备上分布式运行一般蒸馏示例
bash scripts/run_distributed_gd_gpu.sh 8 1 /path/data/ /path/schema.json /path/teacher.ckpt

# 运行任务蒸馏和评估示例
bash scripts/run_standalone_td.sh

Before running the shell script, please set the `task_name`, `load_teacher_ckpt_path`, `load_gd_ckpt_path`, `train_data_dir`, `eval_data_dir`, `schema_dir` and `dataset_type` in the run_standalone_td.sh file first.
If running on GPU, please set the `device_target=GPU`.

若在Ascend设备上运行分布式训练，请提前创建JSON格式的HCCL配置文件。 详情参见如下链接： https:gitee.com/mindspore/mindspore/tree/master/model_zoo/utils/hccl_tools.

如需设置数据集格式和参数，请创建JSON格式的视图配置文件，详见TFRecord 格式。

For general task, schema file contains ["input_ids", "input_mask", "segment_ids"].

For task distill and eval phase, schema file contains ["input_ids", "input_mask", "segment_ids", "label_ids"].

`numRows` is the only option which could be set by user, the others value must be set according to the dataset.

For example, the dataset is cn-wiki-128, the schema file for general distill phase as following:
{
 "datasetType": "TF",
 "numRows": 7680,
 "columns": {
  "input_ids": {
   "type": "int64",
   "rank": 1,
   "shape": [256]
  },
  "input_mask": {
   "type": "int64",
   "rank": 1,
   "shape": [256]
  },
  "segment_ids": {
   "type": "int64",
   "rank": 1,
   "shape": [256]
  }
 }
}

脚本说明

脚本和样例代码

.
└─bert
  ├─README.md
  ├─scripts
    ├─run_distributed_gd_ascend.sh       # Ascend设备上分布式运行一般蒸馏的shell脚本
    ├─run_distributed_gd_gpu.sh          # GPU设备上分布式运行一般蒸馏的shell脚本
    ├─run_standalone_gd.sh               # 单机运行一般蒸馏的shell脚本
    ├─run_standalone_td.sh               # 单机运行任务蒸馏的shell脚本
  ├─src
    ├─__init__.py
    ├─assessment_method.py               # 评估过程的测评方法
    ├─dataset.py                         # 数据处理
    ├─gd_config.py                       # 一般蒸馏阶段的参数配置
    ├─td_config.py                       # 任务蒸馏阶段的参数配置
    ├─tinybert_for_gd_td.py              # 网络骨干编码
    ├─tinybert_model.py                  # 网络骨干编码
    ├─utils.py                           # util函数
  ├─__init__.py
  ├─run_general_distill.py               # 一般蒸馏训练网络
  ├─run_task_distill.py                  # 任务蒸馏训练评估网络

脚本参数

一般蒸馏

用法：run_general_distill.py   [--distribute DISTRIBUTE] [--epoch_size N] [----device_num N] [--device_id N]
                                [--device_target DEVICE_TARGET] [--do_shuffle DO_SHUFFLE]
                                [--enable_data_sink ENABLE_DATA_SINK] [--data_sink_steps N]
                                [--save_ckpt_path SAVE_CKPT_PATH]
                                [--load_teacher_ckpt_path LOAD_TEACHER_CKPT_PATH]
                                [--save_checkpoint_step N] [--max_ckpt_num N]
                                [--data_dir DATA_DIR] [--schema_dir SCHEMA_DIR] [--dataset_type DATASET_TYPE] [train_steps N]

选项：
    --device_target            代码实现设备，可选项为Ascend或CPU。默认为Ascend
    --distribute               是否多卡预训练，可选项为true（多卡预训练）或false。默认为false
    --epoch_size               轮次，默认为1
    --device_id                设备ID，默认为0
    --device_num               使用设备数量，默认为1
    --save_ckpt_path           保存检查点文件的路径，默认为""
    --max_ckpt_num             保存检查点文件的最大数，默认为1
    --do_shuffle               是否使能轮换，可选项为true或false，默认为true
    --enable_data_sink         是否使能数据下沉，可选项为true或false，默认为true
    --data_sink_steps          设置数据下沉步数，默认为1
    --save_checkpoint_step     保存检查点文件的步数，默认为1000
    --load_teacher_ckpt_path   加载检查点文件的路径，默认为""
    --data_dir                 数据目录，默认为""
    --schema_dir               schema.json的路径，默认为""
    --dataset_type             数据集类型，可选项为tfrecord或mindrecord，默认为tfrecord

任务蒸馏

usage: run_general_task.py  [--device_target DEVICE_TARGET] [--do_train DO_TRAIN] [--do_eval DO_EVAL]
                            [--td_phase1_epoch_size N] [--td_phase2_epoch_size N]
                            [--device_id N] [--do_shuffle DO_SHUFFLE]
                            [--enable_data_sink ENABLE_DATA_SINK] [--save_ckpt_step N]
                            [--max_ckpt_num N] [--data_sink_steps N]
                            [--load_teacher_ckpt_path LOAD_TEACHER_CKPT_PATH]
                            [--load_gd_ckpt_path LOAD_GD_CKPT_PATH]
                            [--load_td1_ckpt_path LOAD_TD1_CKPT_PATH]
                            [--train_data_dir TRAIN_DATA_DIR]
                            [--eval_data_dir EVAL_DATA_DIR]
                            [--task_name TASK_NAME] [--schema_dir SCHEMA_DIR] [--dataset_type DATASET_TYPE]

options:
    --device_target            代码实现设备，可选项为Ascend或CPU。默认为Ascend
    --do_train                 是否使能训练任务，可选项为true或false，默认为true
    --do_eval                  是否使能评估任务，可选项为true或false，默认为true
    --td_phase1_epoch_size     td phase1的epoch size大小，默认为10
    --td_phase2_epoch_size     td phase2的epoch size大小，默认为3
    --device_id                设备ID，默认为0
    --do_shuffle               是否使能轮换，可选项为true或false，默认为true
    --enable_data_sink         是否使能数据下沉，可选项为true或false，默认为true
    --save_ckpt_step           保存检查点文件的步数，默认为1000
    --max_ckpt_num             保存的检查点文件的最大数，默认为1
    --data_sink_steps          设置数据下沉步数，默认为1
    --load_teacher_ckpt_path   加载teacher检查点文件的路径，默认为""
    --load_gd_ckpt_path        加载通过一般蒸馏生成的检查点文件的路径，默认为""
    --load_td1_ckpt_path       加载通过任务蒸馏阶段1生成的检查点文件的路径，默认为""
    --train_data_dir           训练数据集目录，默认为""
    --eval_data_dir            评估数据集目录，默认为""
    --task_name                分类任务，可选项为SST-2、QNLI、MNLI，默认为""
    --schema_dir               schema.json的路径，默认为""
    --dataset_type             数据集类型，可选项为tfrecord或mindrecord，默认为tfrecord

选项及参数

gd_config.py and td_config.py 包含BERT模型参数与优化器和损失缩放选项。

选项

batch_size                          输入数据集的批次大小，默认为16
Parameters for lossscale:
    loss_scale_value                损失放大初始值，默认为
    scale_factor                    损失放大的更新因子，默认为2
    scale_window                    损失放大的一次更新步数，默认为50

Parameters for optimizer:
    learning_rate                   学习率
    end_learning_rate               结束学习率，取值需为正数
    power                           幂
    weight_decay                    权重衰减
    eps                             增加分母，提高小数稳定性

参数

Parameters for bert network:
    seq_length                      输入序列的长度，默认为128
    vocab_size                      各内嵌向量大小，需与所采用的数据集相同。默认为30522
    hidden_size                     BERT的encoder层数
    num_hidden_layers               隐藏层数
    num_attention_heads             注意头的数量，默认为12
    intermediate_size               中间层数
    hidden_act                      所采用的激活函数，默认为gelu
    hidden_dropout_prob             BERT输出的随机失活可能性
    attention_probs_dropout_prob    BERT注意的随机失活可能性
    max_position_embeddings         序列最大长度，默认为512
    save_ckpt_step                  保存检查点数量，默认为100
    max_ckpt_num                    保存检查点最大数量，默认为1
    type_vocab_size                 标记类型的词汇表大小，默认为2
    initializer_range               TruncatedNormal的初始值，默认为0.02
    use_relative_positions          是否采用相对位置，可选项为true或false，默认为False
    dtype                           输入的数据类型，可选项为mstype.float16或mstype.float32，默认为mstype.float32
    compute_type                    Bert Transformer的计算类型，可选项为mstype.float16或mstype.float32，默认为mstype.float16

训练流程

用法

Ascend处理器上运行

运行以下命令前，确保已设置load_teacher_ckpt_path、data_dir和schma_dir。请将路径设置为绝对全路径，例如/username/checkpoint_100_300.ckpt。

bash scripts/run_standalone_gd.sh

以上命令后台运行，您可以在log.txt文件中查看运行结果。训练结束后，您可以在默认脚本文件夹中找到检查点文件。得到如下损失值：

# grep "epoch" log.txt
epoch: 1, step: 100, outpus are (Tensor(shape=[1], dtype=Float32, 28.2093), Tensor(shape=[], dtype=Bool, False), Tensor(shape=[], dtype=Float32, 65536))
epoch: 2, step: 200, outpus are (Tensor(shape=[1], dtype=Float32, 30.1724), Tensor(shape=[], dtype=Bool, False), Tensor(shape=[], dtype=Float32, 65536))
...

注意训练过程中会根据device_num和处理器总数绑定处理器内核。如果您不希望预训练中绑定处理器内核，请在scripts/run_distributed_gd_ascend.sh脚本中移除相关操作。

在GPU处理器上运行

运行以下命令前，确保已设置load_teacher_ckpt_path、data_dir、schma_dir和device_target=GPU。请将路径设置为绝对全路径，例如/username/checkpoint_100_300.ckpt。

bash scripts/run_standalone_gd.sh

以上命令后台运行，您可以在log.txt文件中查看运行结果。训练结束后，您可以在默认脚本路径下脚本文件夹中找到检查点文件。得到如下损失值：

# grep "epoch" log.txt
epoch: 1, step: 100, outpus are 28.2093
...

分布式训练

Ascend处理器上运行

运行以下命令前，确保已设置load_teacher_ckpt_path、data_dir和schma_dir。请将路径设置为绝对全路径，例如/username/checkpoint_100_300.ckpt。

bash scripts/run_distributed_gd_ascend.sh 8 1 /path/hccl.json

以上命令后台运行，您可以在log.txt文件中查看运行结果。训练后，可以得到默认log*文件夹路径下的检查点文件。 得到如下损失值：

# grep "epoch" LOG*/log.txt
epoch: 1, step: 100, outpus are (Tensor(shape=[1], dtype=Float32, 28.1478), Tensor(shape=[], dtype=Bool, False), Tensor(shape=[], dtype=Float32, 65536))
...
epoch: 1, step: 100, outpus are (Tensor(shape=[1], dtype=Float32, 30.5901), Tensor(shape=[], dtype=Bool, False), Tensor(shape=[], dtype=Float32, 65536))
...

GPU处理器上运行

输入绝对全路径，例如："/username/checkpoint_100_300.ckpt"。

bash scripts/run_distributed_gd_gpu.sh 8 1 /path/data/ /path/schema.json /path/teacher.ckpt

以上命令后台运行，您可以在log.txt文件中查看运行结果。训练结束后，您可以在默认LOG*文件夹下找到检查点文件。得到如下损失值：

# grep "epoch" LOG*/log.txt
epoch: 1, step: 1, outpus are 63.4098
...

评估过程

用法

如需运行后继续评估，请设置do_train=true和do_eval=true；如需单独运行评估，请设置do_train=false和do_eval=true。如需在GPU处理器上运行，请设置device_target=GPU。

基于SST-2数据集进行评估

bash scripts/run_standalone_td.sh

以上命令后台运行，您可以在log.txt文件中查看运行结果。得出如下测试数据集准确率：

# grep "The best acc" log.txt
The best acc is 0.872685
The best acc is 0.893515
The best acc is 0.899305
...
The best acc is 0.902777
...

基于MNLI数据集进行评估

运行如下命令前，请确保已设置加载与训练检查点路径。请将检查点路径设置为绝对全路径，例如，/username/pretrain/checkpoint_100_300.ckpt。

bash scripts/run_standalone_td.sh

以上命令将在后台运行，请在log.txt文件中查看结果。测试数据集的准确率如下：

# grep "The best acc" log.txt
The best acc is 0.803206
The best acc is 0.803308
The best acc is 0.810355
...
The best acc is 0.813929
...

基于QNLI数据集进行评估

运行如下命令前，请确保已设置加载与训练检查点路径。请将检查点路径设置为绝对全路径，例如/username/pretrain/checkpoint_100_300.ckpt。

bash scripts/run_standalone_td.sh

以上命令后台运行，您可以在log.txt文件中查看运行结果。测试数据集的准确率如下：

# grep "The best acc" log.txt
The best acc is 0.870772
The best acc is 0.871691
The best acc is 0.875183
...
The best acc is 0.891176
...

模型描述

性能

评估性能

参数	Ascend	GPU
模型版本	TinyBERT	TinyBERT
资源	Ascend 910, cpu:2.60GHz 192核, 内存:755G	NV SMX2 V100-32G, cpu:2.10GHz 64核, 内存:251G
上传日期	2020-08-20	2020-08-24
MindSpore版本	0.6.0	0.7.0
数据集	cn-wiki-128	cn-wiki-128
训练参数	src/gd_config.py	src/gd_config.py
优化器	AdamWeightDecay	AdamWeightDecay
损耗函数	SoftmaxCrossEntropy	SoftmaxCrossEntropy
输出	概率	概率
损失	6.541583	6.6915
速度	35.4毫秒/步	98.654毫秒/步
总时长	17.3 小时 (3轮, 8卡)	48小时 (3轮, 8卡)
参数 (M)	15分钟	15分钟
任务蒸馏检查点	74M(.ckpt 文件)	74M(.ckpt 文件)

推理性能

参数	Ascend	GPU
模型版本
资源	Ascend 910	NV SMX2 V100-32G
上传日期	2020-08-20	2020-08-24
MindSpore版本	0.6.0	0.7.0
数据集	SST-2,	SST-2
batch_size	32	32
准确率	0.902777	0.9086
速度
总时长
推理模型	74M(.ckpt 文件)	74M(.ckpt 文件)

随机情况说明

run_standaloned_td.sh脚本中设置了do_shuffle来轮换数据集。

gd_config.py和td_config.py文件中设置了hidden_dropout_prob和attention_pros_dropout_prob，使网点随机失活。

run_general_distill.py文件中设置了随机种子，确保分布式训练初始权重相同。

ModelZoo主页

请浏览官网主页。