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不保留 fp32 主副本的全权重 VLA 微调会悄然抹除大部分更新

文章摘要

一篇 arXiv 论文指出,多数开源 VLA 代码库在微调时让 bf16 权重直接接收 AdamW 更新,导致大量小幅更新被舍入抹除;作者通过在训练中保留 fp32 主副本,在 LIBERO 基准上把 SmolVLA 与 π0.5 的成功率大幅提升。

来源arXiv Robotics作者: Shubham Singh
不保留 fp32 主副本的全权重 VLA 微调会悄然抹除大部分更新
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一篇新提交到 arXiv 的论文《Full-Weight VLA Fine-Tuning Without an fp32 Master Copy Silently Erases Most Updates》(作者 Shubham Singh)指出,视觉-语言-动作(VLA)模型在微调过程中存在一个容易被忽视、却影响显著的数值精度问题:当可训练权重以 bfloat16(bf16)存储、且不保留 fp32 主副本时,优化器 AdamW 会把每次更新直接写入 bf16,凡小于权重值 1/512 的更新都会被静默舍入掉,相当于没有生效。

作者对开源生态做了系统排查。在 12 个公开 VLA 代码库中,有 9 个的默认配置或文档给出的训练配方采用了这种不含 fp32 主副本的训练方式,其中 4 个把该方式用于完整的权重矩阵,包括 LeRobot 的 SmolVLA 默认设置以及其 π0 和 π0.5 使用指南。这说明问题并非个别项目的疏漏,而是广泛存在于主流工具链之中。

实验层面,作者在 LIBERO 基准上运行了不带 fp32 副本的微调,并每 100 步对权重更新做一次探测,结果显示至少 79% 写入 bf16 权重的更新被抹除,绝大多数训练信号实际上没有落到模型参数上。这一现象在训练日志和损失曲线上很难被察觉,因此属于“静默”失效。

论文还考察了模型分享平台的现状。在 Hugging Face Hub 上抽样的全权重 SmolVLA 微调模型中,99% 把动作专家以 bf16 形式存储;在近期设置了训练配置的 π0.5 微调中,84% 开启了 bf16 标志。这意味着大量公开可用的微调成果可能都带有同样的精度损失。

为了量化影响,作者预先固定了评估规则,在 LIBERO-Object 任务上比较有无 fp32 主副本的差异。在两者都尚未充分训练、学习率低十倍的设定下,fp32 副本把 SmolVLA 的成功率从 LeRobot 存储方式的 4.3% 提升到 49.3%,把 π0.5 的成功率从 5.1% 提升到 80.9%。在 π0.5 的默认学习率下,成功率也从 89.0% 提升到 97.7%。对于 SmolVLA 的默认学习率,若采用开环的 50 动作块执行,提升约 10.2 个百分点;若每 10 个动作重新规划一次,提升缩小到 4.2 个百分点。

统计上,在包括上述五次比较在内的七组对照(另两组对比的是所有可训练权重均为 bf16 的 SmolVLA)中,每一个保留 fp32 副本的运行都优于对应的无副本运行,显著性水平 p < 0.05。除 8.7 点和 4.2 点两处差距外,其余差距都超过了作者设定的 10 个百分点阈值。

作者给出的修复方案非常简单:训练期间把可训练权重保持在 fp32。对 LeRobot 中的 SmolVLA 而言,这只需改动一行代码。考虑到这一设置对最终策略成功率的影响可达数十个百分点,论文建议 VLA 微调实践者和模型发布者重新审视默认的精度配置,并在发布微调权重时明确说明训练过程中是否保留了 fp32 主副本。

展开要点与分析

文章情报

工程师进阶

要点

  • 9/12 开源 VLA 代码库的默认或文档化配方采用无 fp32 主副本的 bf16 训练,其中 4 个作用于完整权重矩阵。
  • 在无 fp32 副本的 LIBERO 运行中,每 100 步探测发现至少 79% 的 bf16 权重更新被抹除。
  • Hugging Face Hub 上 99% 抽样的全权重 SmolVLA 微调把动作专家存为 bf16,84% 近期 π0.5 微调开启 bf16 标志。
  • LIBERO-Object 上保留 fp32 副本使 SmolVLA 成功率从 4.3% 升至 49.3%,π0.5 在低学习率下从 5.1% 升至 80.9%,在默认学习率下从 89.0% 升至 97.7%。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。