Deep learning using large models have achieved great success in a wide range of domains. However, training these models on billions of parameters is very challenging in terms of the training speed, memory cost, and communication efficiency, especially under the privacy-preserving regime with differential privacy (DP). On the one hand, DP optimization has comparable efficiency to the standard non-private optimization on a single GPU, but on multiple GPUs, existing DP distributed learning (such as pipeline parallel) has suffered from significantly worse efficiency. On the other hand, the Zero Redundancy Optimizer (ZeRO) is a state-of-the-art solution to the standard distributed learning, exhibiting excellent training efficiency on large models, but to work compatibly with DP is technically complicated. In this work, we develop a new systematic solution, DP-ZeRO, (I) to scale up the trainable DP model size, e.g. to GPT-100B, (II) to obtain the same computation and communication efficiency as the standard ZeRO, and (III) to enable mixed-precision DP training. Our DP-ZeRO, like the standard ZeRO, has the potential to train models with arbitrary size and is evaluated on the world's largest DP models in terms of the number of trainable parameters.


翻译:使用大模型的深度学习在众多领域取得了巨大成功。然而,在隐私保护机制下,针对数十亿参数训练这些模型面临着训练速度、内存成本和通信效率的严峻挑战,尤其是在结合差分隐私(DP)时。一方面,DP优化在单GPU上具有与标准非私有优化相当的效率,但在多GPU上,现有的DP分布式学习(如流水线并行)效率显著降低。另一方面,零冗余优化器(ZeRO)是标准分布式学习的最先进解决方案,在大模型训练中展现出卓越的效率,但与DP的兼容性在技术上较为复杂。在本工作中,我们开发了一种新的系统性解决方案——DP-ZeRO,旨在(I)扩展可训练的DP模型规模,例如达到GPT-100B,(II)获得与标准ZeRO相同的计算和通信效率,以及(III)实现混合精度DP训练。我们的DP-ZeRO与标准ZeRO类似,具有训练任意规模模型的潜力,并在可训练参数数量方面,对全球最大的DP模型进行了评估。

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