부정적 감독을 통한 지속적인 SFT, 다중 모달 RLHF와 동등한 성능 달성

Belangrijkste concepten

다중 모달 RLHF의 핵심 성공 요인은 거부된 응답에서 얻는 부정적 감독이며, 이를 활용한 새로운 nSFT 방식은 지속적인 SFT로도 RLHF와 동등한 성능을 달성할 수 있음을 보여줍니다.

Samenvatting

본 연구는 대규모 비전-언어 모델(VLM)의 성능 향상을 위한 다중 모달 강화 학습(RLHF)과 지속적인 감독 학습(SFT)의 관계를 분석하고, 새로운 학습 방법인 nSFT를 제안합니다.

다중 모달 RLHF와 SFT의 관계

기존 연구들은 SFT가 사용자 선호도 조정 단계에서 RLHF보다 열등하다고 여겼습니다. 그러나 본 연구는 RLHF의 핵심 성공 요인이 거부된 응답에 내재된 부정적 감독에 있음을 밝혀냈습니다. 즉, 모델은 단순히 정답을 배우는 것뿐만 아니라 오답을 통해서도 학습 효과를 얻을 수 있습니다.

nSFT: 부정적 감독을 활용한 SFT

본 논문에서 제안하는 nSFT는 RLHF에서 사용되는 부정적 감독을 SFT 방식으로 통합하여 모델을 학습시키는 방법입니다. 구체적으로, LLM(예: GPT-4)을 사용하여 거부된 응답에서 잘못된 정보를 식별하고, 이를 기반으로 모델이 스스로 실수를 인지하도록 돕는 새로운 대화를 생성합니다.

실험 결과 및 분석

다양한 데이터셋과 평가 지표를 사용한 실험 결과, nSFT는 기존의 SFT보다 성능이 우수하며, 다중 모달 RLHF와 동등하거나 더 나은 성능을 보였습니다. 특히, 이미지 관련 세부 사항에 대한 인식 능력이 크게 향상되었습니다. 또한, nSFT는 RLHF와 달리 여러 모델을 필요로 하지 않아 메모리 효율성이 높다는 장점을 지닙니다.

결론

본 연구는 다중 모달 RLHF의 성공 요인을 분석하고, 이를 기반으로 부정적 감독을 활용한 새로운 SFT 방법인 nSFT를 제안했습니다. nSFT는 RLHF와 동등한 성능을 달성하면서도 메모리 효율성이 높아 향후 대규모 VLM 학습에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

Statistieken

OCRVQA, TextCaps, LLaVA-150k 데이터셋 사용
LLaVA-1.5-7B, LLaVA-1.5-13B, LLaVA-NeXT-13B 모델 사용
9가지 벤치마크에서 성능 평가 (SQA, GQA, TextVQA, MMVet, MME, MMB, POPE, CHAIR, MMHal)
nSFT는 대부분의 벤치마크에서 다른 RLHF 방법보다 우수한 성능 기록

Citaten

"the core component of DPO is actually the subtraction of two SFT loss: the chosen and reject sequences."
"the inferior performance mainly derive from the lack of negative supervision resided in the rejected responses!"

Belangrijkste Inzichten Gedestilleerd Uit

Continual SFT Matches Multimodal RLHF with Negative Supervision

by Ke Zhu, Yu W... om arxiv.org 11-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.14797.pdf

Diepere vragen

nSFT 방식을 텍스트 생성 모델의 윤리적 문제 해결에 적용할 수 있을까요? 예를 들어, 혐오 발언이나 편견적인 내용을 생성하는 것을 방지하는 데 활용할 수 있을까요?

네, nSFT 방식은 텍스트 생성 모델의 윤리적 문제 해결에 적용될 수 있습니다. 특히 혐오 발언이나 편견적인 내용 생성을 방지하는 데 활용될 수 있습니다.
nSFT는 기본적으로 모델이 생성한 부적절한 응답(rejected response)에서 문제점을 분석하고, 이를 바탕으로 모델을 재학습시키는 방식입니다. 혐오 발언이나 편견적인 내용을 생성하는 것을 방지하는 데 nSFT를 활용하는 방법은 다음과 같습니다.

혐오 발언 및 편견 데이터셋 구축: 먼저 다양한 혐오 발언 및 편견 사례를 담은 데이터셋을 구축해야 합니다. 이 데이터셋은 특정 집단에 대한 혐오 표현, 고정관념, 차별적 발언 등을 포함해야 하며, 가능한 한 실제 상황에서 나타나는 다양한 표현 방식을 포함하는 것이 좋습니다.
부정적 감독 데이터 생성: 모델이 혐오 발언이나 편견적인 내용을 생성하도록 유도하는 질문이나 상황을 제시하고, 모델이 생성한 부적절한 응답을 수집합니다. 이때, 앞서 구축한 데이터셋을 활용하여 모델이 다양한 혐오 발언 및 편견 사례를 학습하도록 유도할 수 있습니다.
LLM을 활용한 문제점 분석 및 재학습 데이터 생성: 수집된 부적절한 응답을 LLM(예: GPT-4)에 입력하여 혐오 발언이나 편견적인 내용을 객관적으로 분석하고, 어떤 부분이 문제인지 명확하게 파악합니다. LLM은 분석 결과를 바탕으로 모델이 올바른 응답을 생성하도록 유도하는 새로운 텍스트를 생성합니다. 예를 들어, 모델이 특정 인종에 대한 편견을 드러내는 응답을 생성했다면, LLM은 해당 응답을 수정하고, 인종과 관련된 편견을 가지는 것이 왜 문제인지 설명하는 텍스트를 추가할 수 있습니다.
nSFT를 활용한 모델 재학습: LLM이 생성한 수정된 응답과 추가 설명을 포함한 데이터를 사용하여 nSFT 방식으로 모델을 재학습시킵니다. 이 과정을 통해 모델은 혐오 발언이나 편견적인 내용이 포함된 응답을 생성할 경우 패널티를 받게 되고, 윤리적으로 올바른 응답을 생성하도록 학습됩니다.

nSFT는 모델이 생성하는 텍스트 자체뿐만 아니라, 텍스트 생성 과정에서 나타나는 편향이나 문제점까지 학습할 수 있다는 장점이 있습니다. 따라서 혐오 발언이나 편견적인 내용 생성 방지뿐만 아니라, 다양한 윤리적 문제 해결에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

nSFT는 RLHF보다 메모리 효율성이 높다고 하지만, 대규모 데이터셋과 모델 학습에 필요한 시간은 어떻게 비교될까요? 실제 적용 가능성을 높이기 위해 학습 속도를 향상시킬 수 있는 방법은 무엇일까요?

nSFT는 RLHF보다 메모리 효율성이 높지만, 대규모 데이터셋과 모델 학습에 필요한 시간은 RLHF보다 오래 걸릴 수 있습니다.

nSFT: RLHF처럼 여러 모델을 동시에 사용하지 않고 하나의 모델만 사용하기 때문에 메모리 효율성이 높습니다. 그러나 nSFT는 고품질의 부정적 감독 데이터 생성을 위해 LLM을 사용해야 합니다. LLM은 일반적으로 거대한 모델 크기를 가지고 있어 높은 계산 비용을 요구하기 때문에 학습 속도가 느려질 수 있습니다. 특히 대규모 데이터셋을 사용하는 경우, LLM을 이용한 데이터 분석 및 재구성 작업에 상당한 시간이 소요될 수 있습니다.
RLHF: 보상 모델과 정책 모델을 동시에 학습해야 하므로 nSFT보다 메모리 효율성이 떨어집니다. 그러나 RLHF는 모델 스스로 데이터를 생성하고 학습하기 때문에 nSFT보다 빠른 학습 속도를 보일 수 있습니다.
nSFT의 실제 적용 가능성을 높이기 위해 학습 속도를 향상시킬 수 있는 방법은 다음과 같습니다.

효율적인 LLM 활용: nSFT 학습 과정에서 LLM 사용을 최적화하여 시간을 단축할 수 있습니다. 예를 들어, LLM 경량화 기술을 적용하거나, LLM이 특정 작업(예: 오류 분석)에 집중하도록 하여 연산량을 줄일 수 있습니다.
데이터 증강 기법 활용: 적은 양의 데이터로도 충분한 학습 효과를 얻을 수 있도록 데이터 증강 기법을 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 기존 데이터에 약간의 변형을 가하여 새로운 데이터를 생성하거나, 유사한 의미를 가진 다른 데이터셋을 함께 활용하는 방법을 고려할 수 있습니다.
학습률 스케줄링: 학습 과정에서 학습률을 조절하여 학습 속도를 높일 수 있습니다. 예를 들어, 초기에는 큰 학습률을 사용하고, 학습이 진행됨에 따라 학습률을 점진적으로 감소시키는 방법을 사용할 수 있습니다.
분산 학습: 여러 GPU를 사용하여 학습 과정을 병렬화하여 학습 속도를 단축할 수 있습니다.

nSFT는 RLHF에 비해 메모리 효율성이 높다는 장점이 있지만, 학습 속도 개선을 위한 추가적인 연구가 필요합니다. 위에서 제시된 방법들을 통해 nSFT의 학습 속도를 향상시키고 실제 적용 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.

nSFT에서 사용하는 부정적 감독 데이터는 모델의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 고품질의 부정적 감독 데이터를 효율적으로 생성하고 선별하는 방법에 대한 연구가 필요합니다. 어떤 방법들이 있을까요?

nSFT에서 고품질의 부정적 감독 데이터는 모델의 성능 향상에 매우 중요한 요소입니다. 효율적인 생성 및 선별 방법은 다음과 같습니다.
1. 다양한 오류 유형 분류 및 데이터베이스 구축:

다양한 오류 유형 분류: 단순히 잘못된 응답을 수집하는 것을 넘어, 오류 유형을 체계적으로 분류해야 합니다. 예를 들어, 텍스트 생성 모델의 경우 사실 관계 오류, 논리적 오류, 윤리적 오류, 문맥적 오류 등으로 세분화하여 분류할 수 있습니다. 이미지 인식 모델의 경우 객체 인식 오류, 배경 인식 오류, 전체적인 장면 이해 오류 등으로 나누어 분석할 수 있습니다.
오류 유형별 데이터베이스 구축: 분류된 오류 유형별로 데이터베이스를 구축하여 관리하는 것이 좋습니다. 이는 특정 오류 유형을 집중적으로 개선하거나, 모델의 약점을 파악하는 데 유용하게 활용될 수 있습니다.
2. 자동화된 부정적 감독 데이터 생성:

규칙 기반 생성: 미리 정의된 규칙을 기반으로 자동으로 부정적 감독 데이터를 생성하는 방법입니다. 예를 들어, 문법 오류 생성 규칙을 정의하여 문법적으로 틀린 문장을 생성하거나, 특정 단어를 다른 단어로 바꾸는 규칙을 통해 의미적으로 잘못된 문장을 생성할 수 있습니다.
모델 기반 생성: 다른 모델을 활용하여 자동으로 부정적 감독 데이터를 생성하는 방법입니다. 예를 들어, 오번역 생성 모델을 사용하여 의도적으로 잘못된 번역 결과를 생성하거나, 이미지 스타일 변환 모델을 사용하여 이미지의 의미를 왜곡할 수 있습니다.
Back-translation: 원본 문장을 다른 언어로 번역한 후 다시 원래 언어로 번역하는 과정에서 발생하는 오류를 활용하는 방법입니다. 이는 자연스러운 오류를 포함하는 부정적 감독 데이터를 생성하는 데 효과적입니다.
Adversarial Training: 적대적 학습 기법을 활용하여 모델을 공격하는 입력 데이터를 생성하고, 이를 통해 모델의 취약점을 파악하고 개선하는 데 활용할 수 있습니다.
3. LLM 기반 오류 분석 및 재구성:

오류 유형 자동 분류: LLM을 사용하여 수집된 부정적 감독 데이터를 분석하고, 앞서 정의한 오류 유형으로 자동 분류할 수 있습니다. 이는 사람의 수작업 없이 대량의 데이터를 효율적으로 처리하는 데 도움이 됩니다.
피드백 생성 및 데이터 강화: LLM은 단순히 오류를 지적하는 것을 넘어, 모델이 오류를 이해하고 수정하는 데 도움이 되는 구체적인 피드백을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 왜곡된 이미지와 원본 이미지를 함께 제시하고, 모델이 차이점을 분석하고 오류를 수정하도록 유도할 수 있습니다.
4. 사람의 평가 및 선별:

LLM 평가 결과 검증: 자동 생성된 데이터는 여전히 오류가 존재할 수 있으므로, 사람의 평가를 통해 데이터 품질을 검증하는 과정이 필요합니다.
고품질 데이터 선별 및 활용: 사람의 평가를 기반으로 고품질의 부정적 감독 데이터를 선별하고, 모델 학습에 우선적으로 활용하여 학습 효과를 극대화할 수 있습니다.
고품질의 부정적 감독 데이터 생성 및 선별은 nSFT 성능 향상에 매우 중요합니다. 위에서 제시된 방법들을 통해 효율적인 데이터 관리 시스템을 구축하고, nSFT 모델의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.