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本文档介绍如何使用 `DiffSynth-Studio` 进行模型训练。
`DiffSynth-Studio` 为 Diffusion 模型提供训练框架支持,每个模型架构的训练代码位于 [`examples`](https://github.com/modelscope/DiffSynth-Studio/tree/main/examples) 中独立编写的 `train.py`,我们为每个模型提供了用于模型训练的 `.sh` 脚本。以 Z-Image 为例,文件结构如下:
```shell
diffsynth/diffusion/ # 基础训练框架
examples/z_image/
├── model_inference
├── model_inference_low_vram
└── model_training
├── train.py # Z-Image 架构的模型训练代码在这里
├── full
│ └── Z-Image.sh # 启动全量训练
├── validate_full
│ └── Z-Image.py # 全量训练完成后,运行这个脚本加载模型,验证效果
├── lora
│ └── Z-Image.sh # 启动 LoRA 训练
└── validate_lora
└── Z-Image.py # LoRA 训练完成后,运行这个脚本加载模型,验证效果
```
## 脚本参数
训练脚本通常包含以下参数:
* 数据集基础配置
* `--dataset_base_path`: 数据集的根目录。
* `--dataset_metadata_path`: 数据集的元数据文件路径。
* `--dataset_repeat`: 每个 epoch 中数据集重复的次数。
* `--dataset_num_workers`: 每个 Dataloder 的进程数量。
* `--data_file_keys`: 元数据中需要加载的字段名称,通常是图像或视频文件的路径,以 `,` 分隔。
* 模型加载配置
* `--model_paths`: 要加载的模型路径。JSON 格式。
* `--model_id_with_origin_paths`: 带原始路径的模型 ID,例如 `"Qwen/Qwen-Image:transformer/diffusion_pytorch_model*.safetensors"`。用逗号分隔。
* `--extra_inputs`: 模型 Pipeline 所需的额外输入参数,例如训练图像编辑模型 Qwen-Image-Edit 时需要额外参数 `edit_image`,以 `,` 分隔。
* `--fp8_models`:以 FP8 格式加载的模型,格式与 `--model_paths` 或 `--model_id_with_origin_paths` 一致,目前仅支持参数不被梯度更新的模型(不需要梯度回传,或梯度仅更新其 LoRA)。
* `--quant_options`:对加载的模型进行动态量化。以 `;` 分隔多个条目,每个为 `<模型字符串>:<method>[/<exclude_modules>]`,`<模型字符串>` 需与 `--model_paths`/`--model_id_with_origin_paths` 中的一致,`method` 为已注册的量化方法(如 `bitsandbytes_nf4`),`exclude_modules` 为可选的保持全精度的层。
* `--resume_from_checkpoint`:从 checkpoint 文件中加载模型权重并继续训练。目前仅支持非 LoRA 的单模型加载。
* 训练基础配置
* `--learning_rate`: 学习率。
* `--num_epochs`: 轮数(Epoch)。
* `--trainable_models`: 可训练的模型,例如 `dit`、`vae`、`text_encoder`。
* `--find_unused_parameters`: DDP 训练中是否存在未使用的参数,少数模型包含不参与梯度计算的冗余参数,需开启这一设置避免在多 GPU 训练中报错。
* `--weight_decay`:权重衰减大小,详见 [torch.optim.AdamW](https://docs.pytorch.org/docs/stable/generated/torch.optim.AdamW.html)。
* `--task`: 训练任务,默认为 `sft`,部分模型支持更多训练模式,请参考每个特定模型的文档。
* 输出配置
* `--output_path`: 模型保存路径。
* `--remove_prefix_in_ckpt`: 在模型文件的 state dict 中移除前缀。
* `--save_steps`: 保存模型的训练步数间隔,若此参数留空,则每个 epoch 保存一次。
* LoRA 配置
* `--lora_base_model`: LoRA 添加到哪个模型上。
* `--lora_target_modules`: LoRA 添加到哪些层上。
* `--lora_rank`: LoRA 的秩(Rank)。
* `--lora_checkpoint`: LoRA 检查点的路径。如果提供此路径,LoRA 将从此检查点加载。
* `--preset_lora_path`: 预置 LoRA 检查点路径,如果提供此路径,这一 LoRA 将会以融入基础模型的形式加载。此参数用于 LoRA 差分训练。
* `--preset_lora_model`: 预置 LoRA 融入的模型,例如 `dit`。
* 梯度配置
* `--use_gradient_checkpointing`: 是否启用 gradient checkpointing。
* `--use_gradient_checkpointing_offload`: 是否将 gradient checkpointing 卸载到内存中。
* `--gradient_accumulation_steps`: 梯度累积步数。
* CPU Offload 训练配置
* `--enable_model_cpu_offload`: 启用 CPU offload 训练,权重保留在 CPU,逐层加载到 GPU 进行计算。
* `--enable_optimizer_cpu_offload`: 当 `--enable_model_cpu_offload` 启用时,在 CPU 上执行 optimizer。所有参数都 offload 到 CPU。默认为 False(可训练参数和 optimizer 留在 GPU)。
* `--cpu_offload_split_threshold`: (实验性)当 `--enable_model_cpu_offload` 启用时,参数总量超过此阈值(单位 MB)的模块会被递归拆分为子模块。None 表示直接以叶子模块为单位 offload。默认:None。
* 图像宽高配置(适用于图像生成模型和视频生成模型)
* `--height`: 图像或视频的高度。将 `height` 和 `width` 留空以启用动态分辨率。
* `--width`: 图像或视频的宽度。将 `height` 和 `width` 留空以启用动态分辨率。
* `--max_pixels`: 图像或视频帧的最大像素面积,当启用动态分辨率时,分辨率大于这个数值的图片都会被缩小,分辨率小于这个数值的图片保持不变。
部分模型的训练脚本还包含额外的参数,详见[各模型的文档](../README.md#section-2-模型详解),也可以通过 `python xxx/train.py -h` 查看支持的脚本参数。
## 准备数据集
`DiffSynth-Studio` 采用通用数据集格式,数据集包含一系列数据文件(图像、视频等),以及标注元数据的文件,我们建议您这样组织数据集文件:
```
data/example_image_dataset/
├── metadata.csv
├── image_1.jpg
└── image_2.jpg
```
其中 `image_1.jpg`、`image_2.jpg` 为训练用图像数据,`metadata.csv` 为元数据列表,例如
```
image,prompt
image_1.jpg,"a dog"
image_2.jpg,"a cat"
```
我们构建了样例数据集,以方便您进行测试。了解通用数据集架构是如何实现的,请参考 [`diffsynth.core.data`](../API_Reference/core/data.md)。
<details>
<summary>样例数据集</summary>
> ```shell
> modelscope download --dataset DiffSynth-Studio/diffsynth_example_dataset --local_dir ./data/diffsynth_example_dataset
> ```
>
> 适用于 Qwen-Image、FLUX 等图像生成模型的训练。
</details>
## 加载模型
类似于[推理时的模型加载](../Pipeline_Usage/Model_Inference.md#加载模型),我们支持多种方式配置模型路径,两种方式是可以混用的。
<details>
<summary>从远程下载模型并加载</summary>
> 如果在推理时我们通过以下设置加载模型
>
> ```python
> model_configs=[
> ModelConfig(model_id="Qwen/Qwen-Image", origin_file_pattern="transformer/diffusion_pytorch_model*.safetensors"),
> ModelConfig(model_id="Qwen/Qwen-Image", origin_file_pattern="text_encoder/model*.safetensors"),
> ModelConfig(model_id="Qwen/Qwen-Image", origin_file_pattern="vae/diffusion_pytorch_model.safetensors"),
> ]
> ```
>
> 那么在训练时,填入以下参数即可加载对应的模型。
>
> ```shell
> --model_id_with_origin_paths "Qwen/Qwen-Image:transformer/diffusion_pytorch_model*.safetensors,Qwen/Qwen-Image:text_encoder/model*.safetensors,Qwen/Qwen-Image:vae/diffusion_pytorch_model.safetensors"
> ```
>
> 模型文件默认下载到 `./models` 路径,该路径可通过[环境变量 DIFFSYNTH_MODEL_BASE_PATH](../Pipeline_Usage/Environment_Variables.md#diffsynth_model_base_path) 修改。
>
> 默认情况下,即使模型已经下载完毕,程序仍会向远程查询是否有遗漏文件,如果要完全关闭远程请求,请将[环境变量 DIFFSYNTH_SKIP_DOWNLOAD](../Pipeline_Usage/Environment_Variables.md#diffsynth_skip_download) 设置为 `True`。
</details>
<details>
<summary>从本地文件路径加载模型</summary>
> 如果从本地文件加载模型,例如推理时
>
> ```python
> model_configs=[
> ModelConfig([
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00001-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00002-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00003-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00004-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00005-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00006-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00007-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00008-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00009-of-00009.safetensors"
> ]),
> ModelConfig([
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00001-of-00004.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00002-of-00004.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00003-of-00004.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00004-of-00004.safetensors"
> ]),
> ModelConfig("models/Qwen/Qwen-Image/vae/diffusion_pytorch_model.safetensors")
> ]
> ```
>
> 那么训练时需设置为
>
> ```shell
> --model_paths '[
> [
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00001-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00002-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00003-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00004-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00005-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00006-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00007-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00008-of-00009.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/transformer/diffusion_pytorch_model-00009-of-00009.safetensors"
> ],
> [
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00001-of-00004.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00002-of-00004.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00003-of-00004.safetensors",
> "models/Qwen/Qwen-Image/text_encoder/model-00004-of-00004.safetensors"
> ],
> "models/Qwen/Qwen-Image/vae/diffusion_pytorch_model.safetensors"
> ]' \
> ```
>
> 请注意,`--model_paths` 是 json 格式,其中不能出现多余的 `,`,否则无法被正常解析。
</details>
## 设置可训练模块
训练框架支持任意模型的训练,以 Qwen-Image 为例,若全量训练其中的 DiT 模型,则需设置为
```shell
--trainable_models "dit"
```
若训练 DiT 模型的 LoRA,则需设置
```shell
--lora_base_model dit --lora_target_modules "to_q,to_k,to_v" --lora_rank 32
```
我们希望给技术探索留下足够的发挥空间,因此框架支持同时训练任意多个模块,例如同时训练 text encoder、controlnet,以及 DiT 的 LoRA:
```shell
--trainable_models "text_encoder,controlnet" --lora_base_model dit --lora_target_modules "to_q,to_k,to_v" --lora_rank 32
```
此外,由于训练脚本中加载了多个模块(text encoder、dit、vae 等),保存模型文件时需要移除前缀,例如在全量训练 DiT 部分或者训练 DiT 部分的 LoRA 模型时,请设置 `--remove_prefix_in_ckpt pipe.dit.`。如果多个模块同时训练,则需开发者在训练完成后自行编写代码拆分模型文件中的 state dict。
## 启动训练程序
训练框架基于 [`accelerate`](https://huggingface.co/docs/accelerate/index) 构建,训练命令按照如下格式编写:
```shell
accelerate launch xxx/train.py \
--xxx yyy \
--xxxx yyyy
```
我们为每个模型编写了预置的训练脚本,详见各模型的文档。
默认情况下,`accelerate` 会按照 `~/.cache/huggingface/accelerate/default_config.yaml` 的配置进行训练,使用 `accelerate config` 可在终端交互式地配置,包括多 GPU 训练、[`DeepSpeed`](https://www.deepspeed.ai/) 等。
我们为部分模型提供了推荐的 `accelerate` 配置文件,可通过 `--config_file` 设置,例如 Qwen-Image 模型的全量训练:
```shell
accelerate launch --config_file examples/qwen_image/model_training/full/accelerate_config_zero2offload.yaml examples/qwen_image/model_training/train.py \
--dataset_base_path data/example_image_dataset \
--dataset_metadata_path data/example_image_dataset/metadata.csv \
--max_pixels 1048576 \
--dataset_repeat 50 \
--model_id_with_origin_paths "Qwen/Qwen-Image:transformer/diffusion_pytorch_model*.safetensors,Qwen/Qwen-Image:text_encoder/model*.safetensors,Qwen/Qwen-Image:vae/diffusion_pytorch_model.safetensors" \
--learning_rate 1e-5 \
--num_epochs 2 \
--remove_prefix_in_ckpt "pipe.dit." \
--output_path "./models/train/Qwen-Image_full" \
--trainable_models "dit" \
--use_gradient_checkpointing \
--find_unused_parameters
```
## 训练注意事项
* 数据集的元数据除 `csv` 格式外,还支持 `json`、`jsonl` 格式,关于如何选择最佳的元数据格式,请参考[](../API_Reference/core/data.md#元数据)
* 通常训练效果与训练步数强相关,与 epoch 数量弱相关,因此我们更推荐使用参数 `--save_steps` 按训练步数间隔来保存模型文件。
* 当数据量 * `dataset_repeat` 超过 $10^9$ 时,我们观测到数据集的速度明显变慢,这似乎是 `PyTorch` 的 bug,我们尚不确定新版本的 `PyTorch` 是否已经修复了这一问题。
* 学习率 `--learning_rate` 在 LoRA 训练中建议设置为 `1e-4`,在全量训练中建议设置为 `1e-5`。
* 训练框架不支持 batch size > 1,原因是复杂的,详见 [Q&A: 为什么训练框架不支持 batch size > 1?](../QA.md#为什么训练框架不支持-batch-size--1)
* 少数模型包含冗余参数,例如 Qwen-Image 的 DiT 部分最后一层的文本编码部分,在训练这些模型时,需设置 `--find_unused_parameters` 避免在多 GPU 训练中报错。出于对开源社区模型兼容性的考虑,我们不打算删除这些冗余参数。
* Diffusion 模型的损失函数值与实际效果的关系不大,因此我们在训练过程中不会记录损失函数值。我们建议把 `--num_epochs` 设置为足够大的数值,边训边测,直至效果收敛后手动关闭训练程序。
* `--use_gradient_checkpointing` 通常是开启的,除非 GPU 显存足够;`--use_gradient_checkpointing_offload` 则按需开启,详见 [`diffsynth.core.gradient`](../API_Reference/core/gradient.md)。
* 如需加载前一次训练好的模型 checkpoint 文件并继续训练,请使用 `--lora_checkpoint` 加载 LoRA checkpoint,使用 `--resume_from_checkpoint` 加载基础模型,目前仅支持单模型的加载。
## 低显存训练
框架支持多种方式减少训练所需的显存,包括:
|名称|开启方式|技术原理|使用效果|何时启用|参考文档|
|-|-|-|-|-|-|
|Gradient Checkpointing|通过 `--use_gradient_checkpointing` 开启|在前向传播时不保留梯度相关参数,在反向传播时重新计算这些参数|显著减少显存占用,增加计算时间|在大部分情况下,我们推荐开启这个功能|[文档](../API_Reference/core/gradient.md)|
|Gradient Checkpointing Offload|通过 `--use_gradient_checkpointing_offload` 开启)|在 Gradient Checkpointing 的基础上,将 Gradient Checkpointing 的参数从显存移至内存中|进一步减少显存占用和增加计算时间,同时增加内存占用|仅推荐在视频生成模型的训练中考虑开启这个功能|[文档](../API_Reference/core/gradient.md)|
|DeepSpeed|通过 `accelerate config` 交互式地配置|DeepSpeed 支持将梯度、Optimizer 等参数分拆到多 GPU 上|减少显存占用,增加多 GPU 与多机之间的通信成本,增加计算时间|仅推荐在多 GPU 与多机集群训练中启用|[文档](../Training/DeepSpeed.md)|
|FP8 训练|通过 `--fp8_models` 设置将哪些模型组件切换为 FP8 模式|将模型参数以 FP8 精度存储在显存中,在推理时临时转换为更高精度,仅支持不需要梯度更新参数的模型|减少显存占用,少量增加计算时间,引入少量训练误差|仅推荐在 `text_encoder`、`vae` 等非训练模块上启用,也可在 LoRA 训练时对 `dit` 启用|[文档](../Training/FP8_Precision.md)|
|自定义量化精度|通过 `--quant_options` 设置每个模型组件的量化配置|FP8 训练的高阶版,将模型参数以任意量化精度存储在显存中|减少显存占用,少量增加计算时间,引入少量训练误差|仅推荐在 `text_encoder`、`vae` 等非训练模块上启用,也可在 LoRA 训练时对 `dit` 启用|[文档](./Quantization.md)|
|两阶段拆分训练|较为复杂,请参考[文档](../Training/Split_Training.md)|将训练过程拆分为两个阶段,第一阶段进行无梯度计算并将中间结果保存至硬盘,第二阶段计算梯度并更新模型参数。|减少显存占用,增加计算速度,占用额外硬盘空间|部分模型的两阶段训练功能未验证,请谨慎使用|[文档](../Training/Split_Training.md)|
|CPU Offload|通过 `--enable_model_cpu_offload` 启用|在训练时将模型保存在内存中,逐层移至显存中进行前向和后向传播|减少显存占用,增加计算时间,增加内存占用|仅推荐在单 GPU 且显存极为有限的设备上启用|[文档](../Training/Offload_Training.md)|
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