With increasing size of large language models (LLMs), full-parameter fine-tuning imposes substantial memory demands. To alleviate this, we propose a novel memory-efficient training paradigm called Momentum Low-rank compression (MLorc). The key idea of MLorc is to compress and reconstruct the momentum of matrix parameters during training to reduce memory consumption. Compared to LoRA, MLorc avoids enforcing a fixed-rank constraint on weight update matrices and thus enables full-parameter learning. Compared to GaLore, MLorc directly compress the momentum rather than gradients, thereby better preserving the training dynamics of full-parameter fine-tuning. We provide a theoretical guarantee for its convergence under mild assumptions. Empirically, MLorc consistently outperforms other memory-efficient training methods, matches or even exceeds the performance of full fine-tuning at small ranks (e.g., $r=4$), and generalizes well across different optimizers, all while not compromising time or memory efficiency.


翻译:随着大语言模型(LLMs)规模的持续增长,全参数微调对内存提出了极高要求。为缓解这一问题,我们提出了一种名为"动量低秩压缩"(MLorc)的新型内存高效训练范式。MLorc的核心思想是在训练过程中对矩阵参数的动量进行压缩与重构,从而降低内存消耗。与LoRA相比,MLorc避免了对权重更新矩阵施加固定秩约束,因此能够实现全参数学习。与GaLore相比,MLorc直接对动量而非梯度进行压缩,从而更好地保留全参数微调的训练动态。我们为该算法在温和假设下的收敛性提供了理论保证。实验结果表明,MLorc在性能上持续优于其他内存高效训练方法,在小秩(如$r=4$)条件下可与全微调性能持平甚至超越,且在不同优化器间具有良好的泛化能力,同时不影响时间与内存效率。

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