cann-recipes-train 仓库深度解读：昇腾平台下 DeepSeek-R1 与 Qwen2.5 强化学习训练优化实践

2025-11-30 20:05:41 分类：前端 热度：8 评论： 0

cann-recipes-train 仓库深度解读：昇腾平台下 DeepSeek-R1 与 Qwen2.5 强化学习训练优化实践

前言

自 DeepSeek-R1 发布以来，大模型的强化学习（RL）训练掀起了新一轮的技术热潮。各大厂商与开源社区纷纷投入实践，持续探索更高效的 RL 训练体系。本文将基于 cann-recipes-train 仓库，解读两个实践样例：DeepSeek-R1 的 RL 训练优化实践样例、基于 verl 框架的 Qwen2.5 强化学习实践样例

cann-recipes-train 仓库全景解析：昇腾训练优化的"实战底座"

大模型训练拼效率的阶段，CANN 直接帮我们搞定了底层异构硬件适配、资源调度这些麻烦事，不用再从零研究 GPU 和 NPU 怎么协同，现有模型代码也不用大改就能对接，训 LLM 或多模态模型时还能通过算子优化、内存复用提升速度、减少资源浪费

cann-recipes-train 仓库不搞抽象理论，全是能直接复用的代码样例，比如具体 LLM 的训练优化步骤、多模态模型的算子调试方法，帮我们跳过 “看官方文档懂了但不会用” 的坑，不用自己反复试错，快速掌握 CANN 的优化技巧，把精力集中在模型本身。

方便广大开发者在昇腾环境中高效开展大模型的微调与续训，将开源的 cann-recipes-train 仓库面向典型的 LLM 与多模态模型训练任务，提供基于 CANN 平台优化样例与实践指南，帮助开发者简单、快速、高效在昇腾平台上完成模型训练与优化部署。首批版本中，cann-recipes-train 将上线两个基于 Verl 强化学习框架 的典型训练样例，分别覆盖 Qwen2.5 与 DeepSeek-R1-671B 两大模型

  • DeepSeek-R1 RL训练优化样例：基于开源veRL框架，搭配MindSpeed+vLLM-Ascend框架，在Atlas A3集群实现GRPO算法的高吞吐RL训练，并达到120TPS/卡的系统吞吐量

  • 基于verl框架的Qwen2.5强化学习（入门样例）：基于Qwen2.5-1.5B-Instruct模型，采用verl强化学习框架，在MATH-lighteval数学推理数据集上进行了训练，只需要单卡Atlas A2环境，快速上手使用昇腾NPU完成RL训练任务

cann-recipes-train 仓库 GitCode NoteBook 部署准备

1、NoteBook 资源配置

  • 计算资源：NPU：1*NPU 910B 32vCPU + 64GB 内存
  • 容器镜像：ubuntu22.04-py3.11-cann8.2.rc1-sglang-main-notebook

2、NoteBook 启动成功后使用 npu-smi 查看 NPU 状态、利用率

npu-smi info
  • 当前 Notebook 的昇腾 910B3 NPU 状态正常，功耗 96.5W、温 46℃，HBM 显存仅用 3.3G（总 64G），无运行进程，资源低负载

3、cann-recipes-train 克隆到本地

git clone https://gitcode.***/cann/cann-recipes-train.git

4、进入 cann-recipes-train/rl_train 目录，可以看到特定模型的 RL（强化学习）训练相关样例集合

deepseek：DeepSeek-R1 RL训练优化实践样例
qwen2_5：基于verl框架的Qwen2.5强化学习实践样例

DeepSeek-R1 RL训练优化实践样例

GitCode Notebook 部署

针对DeepSeek-R1模型，基于 verl 开源框架，配合MindSpeed-LLM和vLLM-Ascend框架，完成RL训练全流程的优化适配

基础模型 机器型号 GBS n_samples step max_prompt_length max_response_length 端到端TPS
DeepSeek-V3-671B Atlas A3 128卡 512 16 2 1024 3072 120

硬件要求：

  • 产品型号：Atlas A3 系列
  • 最少卡数：128张A3

1、安装样例依赖基础环境适配（安装核心依赖（如verl、torch_npu等）

pip install -r requirements.txt
  • 虽有部分版本冲突，但不影响核心功能

2、下载依赖的开源框架代码：拉取 Verl（指定 ***mit）、vLLM（v0.9.1）、vLLM-Ascend（打补丁）及 Megatron-LM、MindSpeed 等多个指定版本的 AI 相关依赖框架，将其复制到 cann-recipes-train/rl_train/deepseek/ 目录，为该目录下的 deepseek 样例运行搭建适配的依赖环境

# 返回cann-recipes-train项目代码上级目录
cd ../../..

# 下载verl源码
git clone https://github.***/volcengine/verl.git
cd verl
git checkout 54c9b7364c2d188b2ba4107404cfa3c2b446df19
cp -r verl ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/
cd ..

# 下载vLLM源码
git clone https://github.***/vllm-project/vllm.git
cd vllm
git checkout v0.9.1
cp -r vllm ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/
cd ..

# 下载vLLM-Ascend源码
git clone -b v0.9.1rc2 https://github.***/vllm-project/vllm-ascend.git
cd vllm-ascend
git apply ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/vllm_ascend_patches/0001-FIX-KVcache-NZ.patch
cp -r vllm_ascend ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/
cd ..

# 下载Megatron-LM源码
git clone https://github.***/NVIDIA/Megatron-LM.git
cd Megatron-LM
git checkout core_r0.8.0
cp -r megatron ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/
cd ..

# 下载MindSpeed源码
git clone https://gitcode.***/ascend/MindSpeed.git
cd MindSpeed
git checkout v2.0.0_core_r0.8.0
cp -r mindspeed ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/
cd ..

# 下载MindSpeed-LLM源码
git clone https://gitcode.***/ascend/MindSpeed-LLM.git
cd MindSpeed-LLM
git checkout v2.0.0
cp -r mindspeed_llm ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/

# 回到项目目录
cd ../cann-recipes-train/rl_train/deepseek/

3、修改verl代码（为了使能patch修改，需要修改以下verl源码）

# 在verl/workers/megatron_workers.py: line21处插入以下代码
from verl_patches import prelude_patch
DeepSeek-R1 RL训练优化点解读

如图是基于Atlas A3 SuperPoD超节点128卡集群，加载真实权重和随机初始化权重的两个场景中性能效果

框架适配：Verl × vLLM-Ascend 适配

vLLM-Ascend 社区已经做好了 DeepSeek-R1 的昇腾适配，能直接用它提推理性能，但要让 verl 和它兼容，得改关键接口，主要是初始化 vLLMRollout 对象的 vllm_rollout_spmd.py 文件：

  • 手动加 vLLM-Ascend 的 patch：导入 vLLM 前得先引这个 patch，不然有些类和函数不匹配
# 1. 先应用vLLM-Ascend patch（必须在导入vLLM前）
from vllm_ascend_patch import apply_ascend_patch
apply_ascend_patch()
  • 配 DP 通信参数：设 VLLM_DP_MASTER_PORT 和 IP，保证每个 DP 组有独立通信端口，适应集群环境
# 2. 配置DP通信参数（多机分布式）
import os
os.environ["VLLM_DP_MASTER_IP"] = "主节点IP"  # 如集群主节点实际IP
os.environ["VLLM_DP_MASTER_PORT"] = str(29500 + dp_rank)  # 每个DP组独立端口
from vllm.distributed import initialize_distributed_environment
initialize_distributed_environment(backend="h***l", world_size=总DP数, rank=当前DP秩, master_addr=os.environ["VLLM_DP_MASTER_IP"], master_port=int(os.environ["VLLM_DP_MASTER_PORT"]))
  • 关 sleep 模式：NPU 多机下 sleep 会导致显存释放不了，还得避免显存被 vLLM 内存池接管，后续没法手动卸载
# 3. 关闭NPU sleep模式及显存池接管
os.environ["ASCEND_NPU_SLEEP_DISABLE"] = "1"  # 禁用NPU sleep
os.environ["VLLM_DISABLE_MEMORY_POOL"] = "1"  # 避免vLLM接管显存池
  • 调 token 参数：加载真实权重时，默认 max_num_batched_token=8192 容易 OOM，改成 1024 再开 chunked_prefill 就行
# 4. 调整Token参数（避免OOM）
from vllm import EngineArgs, LLM
engine_args = EngineArgs(
    model="模型路径",
    max_num_batched_tokens=1024,  # 降低批处理Token量
    chunked_prefill=True,  # 启用分块预填充
    device="npu"
)
llm = LLM(engine_args=engine_args)
性能优化（一）：训推一体化与参数重排（Reshard/Offload）实践

大模型 RL 的时候，训练和推理时，模型在显卡上的分片方式完全不一样，训练时 8 张卡分成两组各 4 张（EP4），流水线也拆成多段（PP2）；推理时得把 8 张卡合并成一组（EP8），流水线也不分段了（PP1）

模型训练完更新参数后，得把参数从训练的分片方式改成推理能用的（reshard），在训练组内用 alltoallv 通信，参数重排的时候没冗余数据传输，这一步快了不少

另外Actor、Rollout、Ref 三个模型挤在同一批卡上，切换的时候，前一个模型占着显存呢，不挪走新模型根本装不下，所以得先把不用的模型挪到主机内存（offload）腾地方，再把要用的加载到显卡，这部分昇腾团队专门调了显存管理和数据迁移的细节，切换耗时降了不少

这两部分优化下来，训推切换会更加顺畅，迭代效率也会明显提高。

reshard 优化核心：

  • 专家参数用 AlltoAllV 定向传：只给目标推理 rank 发参数，不做全量广播，大幅减少带宽冗余，单卡增量内存从 14G 压到 0.0547G，降低 OOM 风险
  • PP 域通信调顺序：先在 TP 域聚合参数，再用 PP 域 AlltoAll 广播，减少通信量如 p=8、t=4 时第一步通信量减半和通信次数

offload 优化核心：

  • 替代 vLLM 有问题的功能：用 onload/offload_model_weight、init/free_cache_engine，替换 NPU 多机下不好使的 vLLM wake_up/sleep
  • 省冗余步骤 + 后置初始化：省去训练后到推理前的冗余卸载 / 加载，把推理 init_cache_engine 放到 reshard、卸载训练权重之后，降内存峰值、提 vLLM 利用率
性能优化（二）：训练侧优化策略与算子融合技术
  • 复用MindSpeed训练优化

verl 目前对接了MindSpeed，因此训练侧主要复用了MindSpeed在内存、通信和计算方面的许多优化技术，包含Ascend Swap Optimizer和使能融合算子等，对应的配置脚本片段大概是这样

+actor_rollout_ref.actor.megatron.override_transformer_config.use_flash_attn=True \
+actor_rollout_ref.actor.megatron.override_transformer_config.moe_token_dispatcher_type='alltoall' \
+actor_rollout_ref.actor.megatron.override_transformer_config.moe_grouped_gemm=True \
+actor_rollout_ref.actor.megatron.override_transformer_config.use_fused_rotary_pos_emb=True \
+actor_rollout_ref.actor.megatron.override_transformer_config.use_fused_swiglu=True \
+actor_rollout_ref.actor.megatron.override_transformer_config.swap_optimizer=True
  • old_log_prob免计算

GRPO 这类 on-policy 算法里，有个关键特性：训练时模型参数未更新前，old_log_prob 的计算结果，和 update_actor 环节前向计算得到的 log_prob 完全一致，毕竟两者依赖的是同一套模型参数

所以昇腾团队用 log_prob.detach () 直接替代 old_log_prob，省去一次训练模型的前向计算大幅节省耗时，考虑到 verl 原生不支持这一优化，团队专门为其补充实现了该功能，目前只需要将配置项 config.actor_rollout_ref.actor.re***pute_old_log_prob 设为 False，就可以启用优化

性能优化（三）：推理侧加速与吞吐率提升路径

DeepSeek-R1 “1K 推 3K” 的 RL 推理场景中，昇腾团队以 162 token/p/s 的基础吞吐为起点，通过多轮技术迭代实现推理性能的阶梯式跃升：

  • 基于 TorchAir 图模式 + AIV 加速 + vLLM-V1 框架 优化，吞吐提升至 419 token/p/s
  • 消除大 EP 场景下的 Transpose 冗余算子 + Cumsum 冗余计算，进一步提升至 456 token/p/s
  • 引入 MoE/MLA 多流并行 + router 逻辑优化，突破至 487 token/p/s
  • 优化零冗余 TP 转 EP 通信机制，性能达 519 token/p/s
  • 通过 DP 间 EOS 检测调度优化，推理吞吐成功突破 618 token/p/s

一系列优化大幅压缩了长序列 RL 推理的耗时占比，成为昇腾团队推动 RL 训练整体性能提升的核心突破口！

基于verl框架的Qwen2.5强化学习实践样例

基于 Qwen2.5-1.5B-Instruct 模型，搭配 verl 强化学习框架，在 MATH-lighteval 数学推理数据集上开展训练

  • 训练目标：提升小模型复杂数学问题的分步推理能力，生成逻辑严密、结果可验证的推理过程
  • 硬件门槛：最低仅需单卡 Atlas A2 环境，助力快速上手昇腾 NPU 的 RL 训练任务
配套优化版 MATH 任务奖励函数

针对原生奖励函数 “字符串等价性误判、奖励信号稀疏” 的问题，通过多维度分级评分引导模型精准学习

verl 框架下 MATH 任务的奖励函数总分 1 分，遵循 “答案正确性优先” 原则：

答案错误直接得 0 分，答案正确则分三维度打分：

  • math_verify 做数学语义验证的准确度占 0.7 分
  • 符合指定标签样式且规范的格式占 0.2 分
  • 包含有序思考步骤与逻辑关键词的思维链占 0.1 分

同时答案错误时不评估格式、思维链，避免模型偏离精准求解目标，既解决了原生函数的误判问题，也通过多维度评分缓解了奖励稀疏，同时能引导模型生成更规范的表达、更完整的推理过程

cann-recipes-train 仓核心定位：连接 CANN 能力与训练业务的"桥梁"

从个人角度来看，Cann仓库诞生源于大模型训练的两大痛点：一是 CANN 平台的底层优化能力如算子调度、内存管理需要结合具体模型场景才能发挥价值，开发者缺乏场景化参考；二是强化学习等复杂训练流程的工程化落地难度高，需兼顾框架整合、硬件适配与性能调优，而 cann-recipes-train 通过 “典型模型 + 优化算法 + 可运行样例” 的组合，直接打通了 “CANN 能力→训练业务” 的链路，对开发者来说 cann-recipes-train 不算通用训练框架，更像 CANN 平台训练优化的实战手册。

✅场景聚焦：专门针对 LLM 与多模态模型的训练业务，覆盖强化学习（RL）核心训练场景，解决大模型训练中 高吞吐、易部署、低硬件门槛的实际需求

✅技术适配：深度整合 CANN 平台的异构计算能力，将抽象的加速算法转化为可直接运行的代码样例，避免重复造轮子

✅分层支持：提供单卡入门级样例，也包含集群高性能样例，覆盖不同阶段开发者的需求

总结与展望：cann-recipes-train 助力昇腾生态加速 AI 训练落地

cann-recipes-train 仓库针对 LLM、多模态训练场景中的典型模型、算法，提供基于 CANN 平台的优化样例，方便开发者简单、快速、高效等使用 CANN 进行模型训练

  • 首批开源样例

入门样例：基于 ver1 开源框架 & A2 单卡，Qwen2.5-1.5B RL 训练样例，低成本快速上手

优化样例：基于 ver1 开源框架 & A3 集群，DeepSeek-V3 RL 训练样例，实现大集群高吞吐训练

  • 沟通渠道：👉GitCode：CANN/cann-recipes-train

欢迎大家到仓库提交 ISSUE/PR，复现、捉虫、贡献新样例，和广大开发者交流讨论

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