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Stable Diffusion Model 从零训练代码

本教程带领大家如何从零预训练Stable Diffusion模型。

1 本地运行

1.1 安装依赖

在运行这个训练代码前，我们需要安装下面的训练依赖。

# paddlepaddle-gpu>=2.5.0rc1
pip install -r requirements.txt

1.2 准备工作

1.2.1 准备数据

laion400m_en.filelist文件内部格式如下所示

自己准备好处理后的数据，并且将文件放置于/data/laion400m/目录，其中里面的每个part的前三列为caption文本描述, 占位符空, base64编码的图片，caption, _, img_b64 = vec[:3]。

注意，当前laion400m_en.filelist只存放了10条数据路径，如果想要更多数据的话，请运行python write_filelist.py代码，运行后会生成6万条数据路径。

/data/laion400m/part-00000.gz
/data/laion400m/part-00001.gz
/data/laion400m/part-00002.gz
/data/laion400m/part-00003.gz
/data/laion400m/part-00004.gz
/data/laion400m/part-00005.gz
/data/laion400m/part-00006.gz
/data/laion400m/part-00007.gz
/data/laion400m/part-00008.gz
/data/laion400m/part-00009.gz

train.filelist.list训练文件内部格式如下所示

我们提供了laion400m_en.filelist，当然也可以存放其他filelist

./data/filelist/laion400m_en.filelist

Tips: 我们可以选择下载demo数据

  • 删除当前目录下的data;
  • 下载demo数据wget https://paddlenlp.bj.bcebos.com/models/community/junnyu/develop/laion400m_demo_data.tar.gz；
  • 解压demo数据tar -zxvf laion400m_demo_data.tar.gz

1.2.2 准备权重

使用预先处理好的随机权重文件

这里我们将使用预先处理好的本地权重文件进行训练，该权重是基于sd1-4处理得到，由于是要进行预训练，我们将unet部分替换成了随机初始化的权重。

# 下载权重
wget https://bj.bcebos.com/paddlenlp/models/community/CompVis/CompVis-stable-diffusion-v1-4-paddle-init-pd.tar.gz
# 解压
tar -zxvf CompVis-stable-diffusion-v1-4-paddle-init-pd.tar.gz

1.3 使用trainner开启训练

1.3.1 硬件要求

Tips：

  • FP32 和 BF16 在 40GB 的显卡上可正常训练。

1.3.2 单机单卡训练

export FLAG_FUSED_LINEAR=0
export FLAGS_conv_workspace_size_limit=4096
# 是否开启ema
export FLAG_USE_EMA=0
# 是否开启recompute
export FLAG_RECOMPUTE=1
# 是否开启xformers
export FLAG_XFORMERS=1
python -u train_txt2img_laion400m_trainer.py \
    --do_train \
    --output_dir ./laion400m_pretrain_output_trainer \
    --per_device_train_batch_size 64 \
    --gradient_accumulation_steps 1 \
    --learning_rate 1e-4 \
    --weight_decay 0.01 \
    --max_steps 200000 \
    --lr_scheduler_type "constant" \
    --warmup_steps 0 \
    --image_logging_steps 1000 \
    --logging_steps 10 \
    --resolution 256 \
    --save_steps 10000 \
    --save_total_limit 20 \
    --seed 23 \
    --dataloader_num_workers 8 \
    --pretrained_model_name_or_path ./CompVis-stable-diffusion-v1-4-paddle-init \
    --file_list ./data/filelist/train.filelist.list \
    --model_max_length 77 \
    --max_grad_norm -1 \
    --disable_tqdm True \
    --bf16 True

train_txt2img_laion400m_trainer.py代码可传入的参数解释如下：

  • --vae_name_or_path: 预训练vae模型名称或地址，CompVis/stable-diffusion-v1-4/vae为kl-8.ckpt，程序将自动从BOS上下载预训练好的权重，默认值为None。
  • --text_encoder_name_or_path: 预训练text_encoder模型名称或地址，当前仅支持CLIPTextModel，默认值为None。
  • --unet_name_or_path: 预训练unet模型名称或地址，默认值为None。
  • --pretrained_model_name_or_path: 加载预训练模型的名称或本地路径，如CompVis/stable-diffusion-v1-4，vae_name_or_path, text_encoder_name_or_path和unet_name_or_path的优先级高于pretrained_model_name_or_path。
  • --per_device_train_batch_size: 训练时每张显卡所使用的batch_size批量，当我们的显存较小的时候，需要将这个值设置的小一点。
  • --gradient_accumulation_steps: 梯度累积的步数，用户可以指定梯度累积的步数，在梯度累积的step中。减少多卡之间梯度的通信，减少更新的次数，扩大训练的batch_size。
  • --learning_rate: 学习率。
  • --unet_learning_rate: unet的学习率，这里的学习率优先级将会高于learning_rate，默认值为None。
  • --train_text_encoder: 是否同时训练text_encoder，默认值为False。
  • --text_encoder_learning_rate: text_encoder的学习率，默认值为None。
  • --weight_decay: AdamW优化器的weight_decay。
  • --max_steps: 最大的训练步数。
  • --save_steps: 每间隔多少步（global step步数），保存模型。
  • --save_total_limit: 最多保存多少个模型。
  • --lr_scheduler_type: 要使用的学习率调度策略。默认为 constant。
  • --warmup_steps: 用于从 0 到 learning_rate 的线性 warmup 的步数。
  • --resolution: 预训练阶段将训练的图像的分辨率，默认为512。
  • --noise_offset: 预训练阶段生成操作时的偏移量，默认为0。
  • --snr_gamma: 平衡损失时使用的SNR加权gamma值。建议为5.0, 默认为None。更多细节在这里：https://arxiv.org/abs/2303.09556。
  • --input_perturbation: 输入扰动的尺度，推荐为0.1，默认值为0。
  • --image_logging_steps: 每隔多少步，log训练过程中的图片，默认为1000步，注意image_logging_steps需要是logging_steps的整数倍。
  • --logging_steps: logging日志的步数，默认为50步。
  • --output_dir: 模型保存路径。
  • --seed: 随机种子，为了可以复现训练结果，Tips：当前paddle设置该随机种子后仍无法完美复现。
  • --dataloader_num_workers: Dataloader所使用的num_workers参数。
  • --file_list: file_list文件地址。
  • --num_inference_steps: 推理预测时候使用的步数。
  • --model_max_length: tokenizer中的model_max_length参数，超过该长度将会被截断。
  • --tokenizer_name: 我们需要使用的tokenizer_name。
  • --prediction_type: 预测类型，可从["epsilon", "v_prediction"]选择。
  • --use_ema: 是否对unet使用ema，默认为False。
  • --max_grad_norm: 梯度剪裁的最大norm值，-1表示不使用梯度裁剪策略。
  • --recompute: 是否开启重计算，(bool, 可选, 默认为 False)，在开启后我们可以增大batch_size，注意在小batch_size的条件下，开启recompute后显存变化不明显，只有当开大batch_size后才能明显感受到区别。
  • --bf16: 是否使用 bf16 混合精度训练而不是 fp32 训练。(bool, 可选, 默认为 False)
  • --fp16: 是否使用 fp16 混合精度训练而不是 fp32 训练。(bool, 可选, 默认为 False)
  • --fp16_opt_level: 混合精度训练模式，可为O1或O2模式，默认O1模式，默认O1. 只在fp16选项开启时候生效。
  • --enable_xformers_memory_efficient_attention: 是否开启xformers，开启后训练速度会变慢，但是能够节省显存。注意我们需要安装develop版本的paddlepaddle！
  • --only_save_updated_model: 是否仅保存经过训练的权重，比如保存unet、ema版unet、text_encoder，默认值为True。

1.3.3 单机多卡训练 (多机多卡训练，仅需在 paddle.distributed.launch 后加个 --ips IP1,IP2,IP3,IP4)

export FLAG_FUSED_LINEAR=0
export FLAGS_conv_workspace_size_limit=4096
# 是否开启ema
export FLAG_USE_EMA=0
# 是否开启recompute
export FLAG_RECOMPUTE=1
# 是否开启xformers
export FLAG_XFORMERS=1
python -u -m paddle.distributed.launch --gpus "0,1,2,3,4,5,6,7" train_txt2img_laion400m_trainer.py \
    --do_train \
    --output_dir ./laion400m_pretrain_output_trainer \
    --per_device_train_batch_size 64 \
    --gradient_accumulation_steps 1 \
    --learning_rate 1e-4 \
    --weight_decay 0.01 \
    --max_steps 200000 \
    --lr_scheduler_type "constant" \
    --warmup_steps 0 \
    --image_logging_steps 1000 \
    --logging_steps 10 \
    --resolution 256 \
    --save_steps 10000 \
    --save_total_limit 20 \
    --seed 23 \
    --dataloader_num_workers 8 \
    --pretrained_model_name_or_path ./CompVis-stable-diffusion-v1-4-paddle-init \
    --file_list ./data/filelist/train.filelist.list \
    --model_max_length 77 \
    --max_grad_norm -1 \
    --disable_tqdm True \
    --bf16 True

2 模型推理

待模型训练完毕，会在output_dir保存训练好的模型权重.

from ppdiffusers import StableDiffusionPipeline, UNet2DConditionModel
# 加载上面我们训练好的unet权重
unet_model_name_or_path = "./output/checkpoint-5000/unet"
unet = UNet2DConditionModel.from_pretrained(unet_model_name_or_path)
pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained("CompVis/stable-diffusion-v1-4", safety_checker=None, unet=unet)
prompt = "a photo of an astronaut riding a horse on mars"
image = pipe(prompt, guidance_scale=7.5, width=256, height=256).images[0]
image.save("astronaut_rides_horse.png")