Mindspore 公开课 - CodeGeeX

CodeGeeX: 多语言代码生成模型

CodeGeeX 是一个具有130亿参数的多编程语言代码生成预训练模型。CodeGeeX采用华为MindSpore框架实现，在鹏城实验室“鹏城云脑II”中的192个节点（共1536个国产昇腾910 AI处理器）上训练而成。截至2022年6月22日，CodeGeeX历时两个月在20多种编程语言的代码语料库（>8500亿Token）上预训练得到。CodeGeeX有以下特点：

高精度代码生成：支持生成 Python、C++、Java、JavaScript 和 Go 等多种主流编程语言的代码，在HumanEval-X代码生成任务上取得47%~60%求解率，较其他开源基线模型有更佳的平均性能。代码生成示例
跨语言代码翻译：支持代码片段在不同编程语言间进行自动翻译转换，翻译结果正确率高，在HumanEval-X代码翻译任务上超越了其它基线模型。代码翻译示例
自动编程插件：CodeGeeX插件现已上架VSCode插件市场（完全免费），用户可以通过其强大的少样本生成能力，自定义代码生成风格和能力，更好辅助代码编写。插件下载
模型跨平台开源: 所有代码和模型权重开源开放，用作研究用途。CodeGeeX同时支持昇腾和英伟达平台，可在单张昇腾910或英伟达V100/A100上实现推理。申请模型权重
全新多编程语言评测基准HumanEval-X：HumanEval-X是第一个支持功能正确性评测的多语言、多任务的基准，包含820个人工编写的高质量代码生成题目、测试用例与参考答案，覆盖5种编程语言（Python、C++、Java、JavaScript、Go），支持代码生成与代码翻译能力的评测。

使用指南

CodeGeeX 最初使用Mindspore框架实现，并在昇腾 910AI 芯片上进行训练。为适配更多平台，我们将其转换到 Megatron-LM 框架，支持 Pytorch+GPU 环境。

需要Python 3.7+ / CUDA 11+ / PyTorch 1.10+ / DeepSpeed 0.6+，通过以下命令安装 codegeex:

git clone git@github.com:THUDM/CodeGeeX.git
cd CodeGeeX
pip install -e .

模型权重

通过 该链接 申请权重，您将收到一个包含临时下载链接文件urls.txt的邮件。推荐使用 aria2 通过以下命令快速下载（请保证有足够的硬盘空间存放权重（～26GB））：

aria2c -x 16 -s 16 -j 4 --continue=true -i urls.txt 

使用以下命令合并得到完整的权重：

cat codegeex_13b.tar.gz.* > codegeex_13b.tar.gz
tar xvf codegeex_13b.tar.gz

用GPU进行推理

尝试使用CodeGeeX模型生成第一个程序吧！首先，在配置文件configs/codegeex_13b.sh中写明存放权重的路径。其次，将提示（可以是任意描述或代码片段）写入文件tests/test_prompt.txt，运行以下脚本即可开始推理（需指定GPU序号）：

# On a single GPU (with more than 27GB RAM)
bash ./scripts/test_inference.sh <GPU_ID> ./tests/test_prompt.txt

# With quantization (with more than 15GB RAM)
bash ./scripts/test_inference_quantized.sh <GPU_ID> ./tests/test_prompt.txt

# On multiple GPUs (with more than 6GB RAM, need to first convert ckpt to MP_SIZE partitions)
bash ./scripts/convert_ckpt_parallel.sh <LOAD_CKPT_PATH> <SAVE_CKPT_PATH> <MP_SIZE>
bash ./scripts/test_inference_parallel.sh <MP_SIZE> ./tests/test_prompt.txt

插件使用指南

基于CodeGeeX，我们开发了免费的插件，支持 VS Code 与 Jetbrains IDEs，未来会支持更多平台。

VS Code版本，在应用市场搜索“codegeex”或通过 该链接 安装。详细的使用指南在CodeGeeX VS Code插件使用指南。

Jetbrains版本，在Plugins市场搜索“codegeex”或通过 该链接 安装。 请确保IDE版本在2021.1或更高。CodeGeeX目前支持 IntelliJ IDEA, PyCharm, GoLand, CLion, Android Studio, AppCode, Aqua, DataSpell, DataGrip, Rider, RubyMine, WebStorm。

CodeGeeX: 多语言代码生成模型

架构：CodeGeeX是一个基于transformers的大规模预训练编程语言模型。它是一个从左到右生成的自回归解码器，将代码或自然语言标识符（token）作为输入，预测下一个标识符的概率分布。CodeGeeX含有40个transformer层，每层自注意力块的隐藏层维数为5120，前馈层维数为20480，总参数量为130亿。模型支持的最大序列长度为2048。

语料：CodeGeeX的训练语料由两部分组成。第一部分是开源代码数据集，The Pile 与 CodeParrot。The Pile包含GitHub上拥有超过100颗星的一部分开源仓库，我们从中选取了23种编程语言的代码。第二部分是补充数据，直接从GitHub开源仓库中爬取Python、Java、C++代码；为了获取高质量数据，我们根据以下准则选取代码仓库：1)至少拥有1颗星；2)总大小<10MB；3)不在此前的开源代码数据集中。我们还去掉了符合下列任一条件的文件：1)平均每行长度大于100字符；2)由自动生成得到；3)含有的字母不足字母表内的40%；4)大于100KB或小于1KB。为了让模型区分不同语言，我们在每个样本的开头加上一个前缀，其形式为[注释符] language: [语言]，例如：# language: Python。我们使用与GPT-2相同的分词器，并将空格处理为特殊标识符，词表大小为50400。整个代码语料含有23种编程语言、总计1587亿个标识符（不含填充符）。

国产平台实现与训练
我们在Mindspore 1.7框架上实现了CodeGeeX模型，并使用鹏城实验室的全国产计算平台上进行训练。具体来说，CodeGeeX使用了其一个计算集群中的1536个昇腾910 AI处理器（32GB）进行了两个月左右的训练（2022年4月18日至6月22日）。除了Layer-norm与Softmax使用FP32格式以获得更高的精度与稳定性，模型参数整体使用FP16格式，最终整个模型需要占用约27GB显存。为了增加训练效率，我们使用8路模型并行和192路数据并行的训练策略，微批大小为16、全局批大小为3072，并采用ZeRO-2优化器降低显存占用。

在开发与训练过程中，我们和华为Mindspore团队合作，对MindSpore框架进行了部分优化，进而大幅度提升训练效率。比如，我们发现矩阵乘法的计算时间占比仅为22.9%，大量时间被用于各类其它算子，因此实现了一系列算子融合，包括单元素算子融合、层归一化算子融合、FastGelu与矩阵乘法融合、批量矩阵乘法与加法融合等；再比如我们还对矩阵乘法算子的维度实现自动搜索调优，使其搜索出效率最高的计算维度组合。这些优化为训练速度带来了显著提升，在同等GPU卡数规模下（128卡），昇腾910对CodeGeeX这一模型的训练效率从约为NVIDIA A100的16.7%提升至43%；在千卡规模下，昇腾910训练效率相比自身优化前提升近300%。使用优化后的软硬件训练时，CodeGeeX单日训练量可达到54.3B个标识符（含填充符），证明了国产深度学习平台与工具的快速迭代能力以及强大竞争力。

HumanEval-X: 多语言代码生成基准

为了更好地评测代码生成模型的多语言生成能力，我们构建了一个新基准HumanEval-X。此前，多语言代码生成能力是基于语义相似度（比如CodeBLEU）衡量的，具有一定误导性；HumanEval-X则可用于衡量生成代码的功能正确性。HumanEval-X包含820个高质量手写样本，覆盖Python、C++、Java、JavaScript、Go，可用于多种任务。

HumanEval-X中每个语言的样本，包含了声明、描述和解答，它们之间的组合可以支持不同的下游任务，包括生成、翻译、概括等。我们目前关注两个任务：代码生成与代码翻译。对于代码生成任务，模型将函数声明与文档字符串作为输入，输出函数实现；对于代码翻译任务，模型将两种语言的函数声明与源语言的实现作为输入，输出目标语言上的实现。我们在代码翻译任务中不将文档字符串输入模型，以避免模型直接通过描述生成答案。在两种任务下，我们都采用Codex所使用的无偏pass@k指标，判断生成代码的功能正确性:$\text{pass}@k:=\mathbb{E}[1?\frac{\left(\genfrac{}{}{0ex}{}{n?c}{k}\right)}{\left(\genfrac{}{}{0ex}{}{n}{k}\right)}]$，$k\in (1,10,100)$

多语言代码生成

我们将CodeGeeX与另外两个开源代码生成模型进行比较，分别为Meta的 InCoder 与Salesforce的 CodeGen，选取InCoder-6.7B、CodeGen-Multi-6B 与 CodeGen-Multi-16B。CodeGeeX能获得最佳的平均性能，显著超越了参数量更小的模型(7.5%~16.3%的提升)，与参数量更大的模型CodeGen-Multi-16B表现相当（平均性能 54.76% vs. 54.39%）。

对于CodeGeeX，评测了未经微调的CodeGeeX-13B与经过微调的CodeGeeX-13B-FT（使用XLCoST中代码翻译任务的训练集与一部分Go语言数据微调）。如上表显示，模型对特定语言存在偏好，比如CodeGeeX擅长将其他语言翻译为Python与C++，而CodeGen-Multi-16B擅长翻译为JavaScript和Go，这可能是由于训练集中的语料占比存在差异。在20个翻译对中，我们还观察到两种语言互相翻译的表现常常是呈负相关的，这可能说明现有的模型还不足以学好所有的语言。