picotron
Picotron 是一个专为教育和研究设计的极简分布式训练框架,旨在帮助用户从零开始理解大语言模型(如 Llama 系列)的预训练过程。它核心解决了分布式训练中复杂技术难以入门的痛点,将数据并行、张量并行、流水线并行和上下文并行这"4D 并行”策略整合在一个高度透明、易于修改的代码库中。
与追求极致性能的工业级工具不同,Picotron 的首要目标是教学友好性。其核心代码文件(包括训练脚本、模型定义及各类并行实现)均控制在 300 行以内,逻辑清晰可读,让学习者能轻松剖析底层原理。虽然目前性能仍在优化中,但它已能在多卡环境下有效运行,并提供了从配置生成到集群提交的完整流程示例。
这款工具非常适合希望深入掌握分布式训练技术的开发者、研究人员以及高校师生。如果你曾对 NanoGPT 的单机训练情有独钟,现在想进一步探索大规模集群训练的秘密,Picotron 将是理想的实验田。配合官方提供的逐步视频教程,用户可以快速上手,亲手构建属于自己的分布式训练系统,在实践中学透前沿技术。
使用场景
某高校人工智能实验室的研究生团队正试图从零复现一篇关于大模型分布式训练的顶会论文,并深入理解 4D 并行(数据、张量、流水线、上下文并行)的内部机制。
没有 picotron 时
- 代码门槛极高:直接阅读 Megatron-LM 或 DeepSpeed 等工业级框架源码,动辄数万行的复杂逻辑让初学者难以理清核心算法脉络。
- 调试成本巨大:在尝试修改并行策略或网络结构时,由于缺乏模块化设计,微小的改动常引发难以定位的分布式通信错误。
- 理论脱离实践:学生虽懂 4D 并行的数学原理,但无法快速构建一个可运行的最小化示例来验证想法,导致学习周期长达数月。
- 资源浪费严重:为了测试简单假设,不得不配置庞大的集群环境,却因框架配置繁琐而将大量时间耗费在环境搭建而非算法研究上。
使用 picotron 后
- 代码透明易读:picotron 将训练脚本、模型定义及四种并行策略的实现均控制在 300 行以内,让学生能像阅读教科书一样逐行理解分布式训练细节。
- 快速实验迭代:借助其极简架构,团队成员可在几小时内修改
train.py或并行配置文件,立即验证新的梯度累积或切分策略。 - 教学与实践合一:配合官方提供的从零构建教程视频,学生能边看边敲代码,迅速将抽象的"4D 并行”概念转化为可执行的工程能力。
- 灵活的低成本试错:支持在少量 GPU 甚至 CPU 上运行简化版 3D/4D 并行演示,极大降低了入门分布式训练的硬件门槛和时间成本。
picotron 通过极致的代码精简,成功填补了理论学习与工业级复杂框架之间的鸿沟,成为大模型分布式训练教育与科研探索的理想起点。
运行环境要求
- Linux
- 训练强烈推荐使用 NVIDIA GPU(示例使用 H100)
- 支持 CPU 模式但速度极慢
- 具体显存和 CUDA 版本未说明
未说明

快速开始
Picotron
秉承 NanoGPT 的精神,我们创建了 Picotron:一个极简且最具可 hack 性的仓库,用于使用 4D 并行(数据并行、张量并行、流水线并行、上下文并行)对类似 Llama 的模型进行预训练。它以简单性和 教育性 为目标而设计,是学习和实验的绝佳工具。

代码本身简洁易读:
train.py、model.py和[data|tensor|pipeline|context]_parallel.py均不足 300 行。目前性能尚未达到最佳,但仍在积极开发中。我们在使用 64 张 H100 GPU 的 LLaMA-2-7B 模型上观察到 38% 的 MFU,在使用 8 张 H100 GPU 的 SmolLM-1.7B 模型上则接近 50% 的 MFU。基准测试结果将很快发布。
与 Nanotron 相比,Picotron 主要用于教育目的,帮助用户快速熟悉分布式训练中的各项技术。
教程视频
- 从零开始构建 Picotron 分布式训练框架的分步教程:
- Picotron 教程(播放列表) 🎬
- Picotron 教程(代码库) 👷🏻♂️
安装
pip install -e .
快速入门
在 这里 获取 HuggingFace 令牌,以便从 HuggingFace 下载模型。
GPU
# 默认在 tmp 目录下生成 JSON 格式的配置文件 python create_config.py --out_dir tmp --exp_name llama-1B --dp 8 --model_name HuggingFaceTB/SmolLM-1.7B --num_hidden_layers 15 --grad_acc_steps 32 --mbs 4 --seq_len 1024 --hf_token <HF_TOKEN> # 本地运行 torchrun --nproc_per_node 8 train.py --config tmp/llama-1B/config.json # 3D 并行 python create_config.py --out_dir tmp --dp 4 --tp 2 --pp 2 --pp_engine 1f1b --exp_name llama-7B --model_name meta-llama/Llama-2-7b-hf --grad_acc_steps 32 --mbs 4 --seq_len 1024 --hf_token <HF_TOKEN> # Slurm 提交 python submit_slurm_jobs.py --inp_dir tmp/llama-7B --qos high --hf_token <HF_TOKEN>CPU(预计速度较慢)
# CPU 上的 3D 并行 python create_config.py --out_dir tmp --exp_name llama-1B-cpu --dp 2 --tp 2 --pp 2 --pp_engine 1f1b --model_name HuggingFaceTB/SmolLM-1.7B --num_hidden_layers 5 --grad_acc_steps 2 --mbs 4 --seq_len 128 --hf_token <HF_TOKEN> --use_cpu # 本地运行 torchrun --nproc_per_node 8 train.py --config tmp/llama-1B-cpu/config.json
引用
如果您使用 Picotron,请按以下方式引用:
@misc{zhao2025picotron,
author = {Haojun Zhao and Ferdinand Mom},
title = {Picotron: 分布式训练框架,用于教育和科研实验},
year = {2025},
publisher = {GitHub},
journal = {GitHub 仓库},
howpublished = {\url{https://github.com/huggingface/picotron}}
}
致谢
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