概念定义
模型并行是一种分布式训练技术,将单个模型的不同部分(层、张量或专家)分配到不同的计算设备上,使得超大规模模型能够突破单个设备的内存限制进行训练。详细解释
与数据并行不同,模型并行解决的核心问题是”模型太大,单个GPU装不下”。当模型参数量达到数百亿甚至万亿级别时,即使是最先进的GPU(如H100的80GB显存)也无法容纳完整模型。模型并行通过将模型的不同部分分配到多个GPU上,实现了超大规模模型的训练。 2025年的模型并行技术已经发展出多种成熟方案:张量并行(Tensor Parallelism)、流水线并行(Pipeline Parallelism)、序列并行(Sequence Parallelism)以及专家并行(Expert Parallelism)。这些技术常常组合使用,形成多维度的并行策略。工作原理
张量并行(Tensor Parallelism)
将单个层的权重矩阵分割到多个GPU:流水线并行(Pipeline Parallelism)
将模型按层划分,形成流水线:序列并行(Sequence Parallelism)
在序列维度上分割激活值,减少内存占用:Megatron-LM实现(2025版本)
实际应用
内存计算公式
性能优化策略
- 带宽优先原则:张量并行需要频繁通信,优先部署在高带宽互联(NVLink)的节点内
- 流水线平衡:确保各阶段计算量均衡,避免流水线气泡
- 混合并行:结合数据并行,形成3D并行策略
- 通信优化:使用All-Gather和Reduce-Scatter优化通信模式
2025年最新进展
- FP8支持:NVIDIA Hopper架构原生支持FP8,显著提升吞吐量
- 自动并行:框架可自动搜索最优并行配置
- 动态调度:根据负载动态调整并行策略
- 跨节点优化:InfiniBand NDR 400Gb/s支持更大规模张量并行
典型配置示例
训练175B参数模型(类GPT-3):- 张量并行:8路(节点内)
- 流水线并行:16路(跨节点)
- 数据并行:8路
- 总GPU数:1024个A100
- 单次迭代:32秒
- GPU利用率:44%(138 TFLOPS/GPU)