MiniMind：3块钱成本 + 2小时！训练自己的0.02B的大模型。minimind源码解读、MOE架构

大家好，我是此林。

目录

1. 前言

2. minimind模型源码解读

1. MiniMind Config部分

1.1. 基础参数

1.2. MOE配置

 

2.  MiniMind Model 部分 

2.1. MiniMindForCausalLM: 用于语言建模任务

2.2. 主干模型 MiniMindModel

2.3. MiniMindBlock: 模型的基本构建块

2.4. class Attention(nn.Module)

2.5. MOEFeedForward

2.6. FeedForward

2.7. 其他

3. 写在最后

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1. 前言

大模型在这个时代可以说无处不在了，但是LLM动辄数百亿参数的庞大规模。对于我们个人开发者而言不仅难以训练，甚至连部署都显得遥不可及。

那 github 上 20k Star+ 的开源项目 minimind，声称仅用3块钱成本 + 2小时！即可训练出仅为25.8M的超小语言模型 MiniMind。 

这不是谣言，此林已经帮你们试过了，AutoDL租用的 GPU 上训练（Pretrain + SFT有监督微调）差不多2个小时半。Pretain 和 SFT 的数据集总共才 2.5G 左右。部分源码也解读了一下。

这是 Pretain 之后的：模型复读机现象有点明显，只会词语接龙。

这是 SFT 微调后的：幻觉现象还是有点严重的，不过句子很流畅，可以接话了。

当然也用 react 快速搭了一个聊天框架，适配 http stream，看着还不错。

链接文末自取。

2. minimind模型源码解读

1. MiniMind Config部分

1.1. 基础参数

from transformers import PretrainedConfig

PretrainedConfig 是所有 Transformer 模型配置类的基类，用于：

 • 存储模型的结构参数（如隐藏层大小、注意力头数、层数等）

 • 记录预训练模型的元信息（如 model_type、tokenizer_class）

 • 支持从预训练模型自动加载配置

在 Transformers 中，每个模型都有一个对应的 Config 类，比如：

    •    BertModel — BertConfig

    •    GPT2Model — GPT2Config

    •    LlamaModel — LlamaConfig

这些都继承自 PretrainedConfig，主要是构建模型前先配置参数。

使用场景举例：查看 bert 隐藏层维度

from transformers import PretrainedConfigconfig = PretrainedConfig.from_pretrained("bert-base-uncased")print(config.hidden_size) # 查看隐藏层维度

那在这里的场景，是自定义配置用于训练或推理，下面会说到。

这里就是定义了 MiniMindConfig，继承自 PretrainedConfig。

class MiniMindConfig(PretrainedConfig):model_type = "minimind"def __init__(self,dropout: float = 0.0,bos_token_id: int = 1,# 省略...**kwargs):super().__init__(**kwargs)self.dropout = dropoutself.bos_token_id = bos_token_idself.eos_token_id = eos_token_idself.hidden_act = hidden_actself.hidden_size = hidden_size# 省略...# 和MoE相关的参数，如果use_moe=false，就忽略下边的self.use_moe = use_moeself.num_experts_per_tok = num_experts_per_tok  # 每个token选择的专家数量self.n_routed_experts = n_routed_experts  # 总的专家数量self.n_shared_experts = n_shared_experts  # 共享专家self.scoring_func = scoring_func  # 评分函数，默认为'softmax'self.aux_loss_alpha = aux_loss_alpha  # 辅助损失的alpha参数self.seq_aux = seq_aux  # 是否在序列级别上计算辅助损失self.norm_topk_prob = norm_topk_prob  # 是否标准化top-k概率

下面就一行一行来看里面的参数。

dropout: float = 0.0

Dropout 是一种防止过拟合的正则化技术，在每次前向传播时，随机丢弃一部分神经元的输出，防止模型过度依赖某些神经元，从而提高泛化能力。

比如：dropout = 0.1，那么：

 • 模型每层中有 10% 的神经元在训练时会被“屏蔽”（不参与计算）。

 • 在推理时（即模型使用阶段），Dropout 是自动关闭的。

dropout: float = 0.0 就是关闭dropout。

bos_token_id: int = 1, # 开始 token 的 ID（Begin of Sentence）
eos_token_id: int = 2, # 结束 token 的 ID（End of Sentence）

在推理中的作用：

 • bos_token_id：模型知道“从这里开始生成”。

 • eos_token_id：模型在生成过程中，一旦预测出这个 token，就认为输出完毕，停止生成。

这两个 token 也经常用于 Hugging Face 的 generate() 方法

model.generate(
    input_ids,
    bos_token_id=1,
    eos_token_id=2,
    max_length=50
)

hidden_act: str = 'silu'

激活函数类型（如 silu、relu、gelu)，用SwiGLU激活函数替代了ReLU，这样做是为了提高性能。

 hidden_size: int = 512

Transformer 每层的隐藏状态维度 

intermediate_size: int = None

前馈层中间维度，如果为None，即用户没设置，后面代码里会设置成 hidden_size * 8 / 3，这是在FeedForward里做的事情。

num_attention_heads: int = 8, # 每层中注意力头的数量
num_hidden_layers: int = 8, # Transformer 层的数量
num_key_value_heads: int = 2, # KV heads 的数量（用于多头注意力键值共享/分离）

每个 Transformer 层由多头注意力层（Multi-Head Attention）和 前馈网络（FFN）组成。

上面的参数表示：模型有 8 层 Transformer 层，每个 Transformer 层中有 8 个注意力头，并且使用 2 个专门的头来处理键（Key）和值（Value），相当于在多头注意力的计算中，键和值部分的处理是分开的。

vocab_size: int = 6400

模型词表大小（tokenizer 中的 token 总数） ，minimind是自己训练了个tokenizer。        

rms_norm_eps: float = 1e-05, # RMSNorm 的 epsilon 值（防止除以0）rope_theta: int = 1000000.0, # RoPE 中的位置旋转频率（控制编码的尺度）

采用了GPT-3的预标准化方法，也就是在每个Transformer子层的输入上进行归一化，而不是在输出上。具体来说，使用的是RMSNorm归一化函数。

像GPT-Neo一样，去掉了绝对位置嵌入，改用了旋转位置嵌入（RoPE），这样在处理超出训练长度的推理时效果更好。 

flash_attn: bool = True

Transformer 架构中，注意力机制 是关键的计算部分。传统的注意力计算涉及较大的矩阵乘法，内存消耗大且计算速度较慢，尤其是在处理长序列时。FlashAttention 是一种基于 GPU 的优化算法，专门为 Transformer 模型中的自注意力计算（Self-Attention）进行加速。

1.2. MOE配置

下面的为MOE 配置：仅当 use_moe=True 时有效

它的结构基于Llama3和Deepseek-V2/3中的MixFFN混合专家模块。

DeepSeek-V2在前馈网络（FFN）方面，采用了更细粒度的专家分割和共享的专家隔离技术，以提高Experts的效果。

            use_moe: bool = False, # 是否启用 MOE（专家混合）机制

            num_experts_per_tok: int = 2, # 每个 token 选择的专家数量（Top-K）

            n_routed_experts: int = 4, # 可路由的专家总数（不包含共享专家）

            n_shared_experts: int = 1, # 所有 token 共享的专家数量（共享路径）

            scoring_func: str = 'softmax', # 路由函数类型（如 softmax、top-k-gumbel）

            aux_loss_alpha: float = 0.1, # MOE 的辅助损失系数（平衡 load balance）

            seq_aux: bool = True, # 是否在序列级别计算辅助损失，而非 token 级别

            norm_topk_prob: bool = True, # 是否对 Top-K 路由概率归一化（影响路由输出

num_experts_per_tok: int = 2

在 MoE 中，我们通常有很多个前馈网络（专家），比如 n_routed_experts = 8。但我们并不希望每个 token 都经过所有 8 个专家计算，这样计算成本太高。所以我们使用一个门控网络（gate）来为每个 token 选择得分Top-K的专家处理。

这里等于 num_experts_per_tok = 2 就是选择得分前 2 的专家，输出结果是这两个专家的加权和（按照 gate 输出的概率加权）。

n_routed_experts: int = 4

n_routed_experts 表示有多少个普通专家（非共享专家）可以被 gate 路由（选择）使用。

共享专家是指在所有层中都可以使用的专家，在token前向路径自动经过，不用 gate 选。

结合刚才的 num_experts_per_tok = 2

对于每个 token：

1. gate 只会在这 4 个专家中计算得分（不是在全部 MoE 中的专家）。

2. 从中选择得分最高的 2 个来执行前馈计算。

3. gate 输出加权这些专家的结果。

 scoring_func: str = 'softmax' # 路由函数类型（如 softmax、top-k-gumbel）

这个就是门控网络（gate）对专家打分的机制，用了softmax，通常配合负载平衡机制使用，下面这个参数就是。

aux_loss_alpha: float = 0.1

在 MoE 模型中，每个 token 会通过路由选择若干个专家来处理，这些专家的计算量通常是不均衡的，某些专家可能会频繁被选中，而其他专家可能很少或几乎不被选择。这种不均衡的负载分配会导致一些专家被过度使用，而其他专家则被闲置，进而影响训练效率和最终模型的泛化能力。

为了解决这个问题，辅助损失会通过在模型训练中加上一个额外的损失项，强制使各个专家的使用频率更均衡，从而改善负载平衡。

seq_aux: bool = True, # 是否在序列级别计算辅助损失，而非 token 级别

表示在序列级别计算辅助损失，而不是每个 token 单独的负载。也就是模型会保证整个输入序列的专家负载是均衡的，而不单单是某个具体的 token。在 token 级别计算辅助损失会导致较高的计算成本。

norm_topk_prob: bool = True

是否对 Top-K 路由概率归一化（影响路由输出），归一化简单来说就是让概率总和为 1。

看到这里，相信你对MoE已经有了一定了解。

所以总的来说，MoE 模型的核心思想是：在每次前向传播的过程中，通过门控网络（gate） 只挑选得分Top-N个专家 参与计算，避免了全局计算的高成本。MoE 的最大优势在于它的 稀疏性。

传统的神经网络是 Dense（密集）网络，也叫 全连接网络。对于每一个输入样本，网络中的每个神经元都会参与计算，也就是每一层都会进行全量计算。每然后进行加权和计算。

 

2.  MiniMind Model 部分 

主要架构分为几个部分，逐个来介绍。

2.1. MiniMindForCausalLM: 用于语言建模任务

包含：

1. 主干模型 MiniMindModel
2. 输出层 lm_head（共享词嵌入权重）
输出：包含 logits（预测）、past_key_values（KV缓存）和 aux_loss（MOE专用）

 

2.2. 主干模型 MiniMindModel

包含：

1. 词嵌入（embed_tokens）+ Dropout
2. 位置编码（RoPE）预计算并注册为 buffer
3. 堆叠多个 MiniMindBlock 层（用 nn.ModuleList）
输出：最后的隐藏状态、present key values、辅助损失（如果用了 MOE）

 

2.3. MiniMindBlock: 模型的基本构建块

包含：
1. 自注意力层（self_attn）
2. 两个 RMSNorm 层（输入 & Attention 之后）
3. 一个前馈层（MLP 或 MOE）
4. 前向传播：LayerNorm → Attention → 残差 → LayerNorm → MLP 或 MOE→ 残差

self.mlp = FeedForward(config) if not config.use_moe else MOEFeedForward(config)

具体看这行代码，如果use_moe == true，那么使用MOEFeedForward，否则使用FeedForward。

 

2.4. class Attention(nn.Module)

GQA（Grouped Query Attention）+ Rotary Positional Embedding + FlashAttention（可选）+ KV Cache（可选） 。优化过的高效自注意力实现，类似 LLaMA3 / DeepSeek-V2/3 模型结构。

 

2.5. MOEFeedForward

1. __init__()：初始化函数，定义层结构（线性层、注意力层、专家列表等）

self.experts = nn.ModuleList([
        FeedForward(config) for _ in range(config.n_routed_experts)
    ])

比如这里定义了一组专家 FFN 层，供后续调用。

2.forward()：前向传播逻辑，

• token 被送入路由器 gate

• 决定用哪些专家处理这些 token

• 聚合专家输出

3. moe_infer()：推理专用的稀疏处理方法（只在 MoE 中），MiniMind 的这个模块为了高效推理自己实现的一个工具方法，只在 self.training == False 时被调用，它属于性能优化路径。

不重复计算专家，将所有 token 排序，根据分配给专家的结果批处理执行，最后用 scatter_add_ 聚合输出，避免内存浪费。

 

2.6. FeedForward

这个其实是是 MoE 和非 MoE 都能用的通用 FFN 单元，在 MoE 中，FeedForward 被封装为专家模块。（可以看下之前 MOEFeedForward 里标红的部分）

多数情况下是 transformer 块中的 MLP 部分。

1. __init__()：初始化函数

2.forward()：前向传播逻辑。

 

2.7. 其他

1. class RMSNorm(torch.nn.Module)

RMSNorm，和 LayerNorm 类似，归一化技术。但它 只依赖于特征的均方根（RMS），而不是标准差。这种方法更快、更稳定，尤其适用于大模型。

2. def precompute_freqs_cis()

用于实现 旋转位置编码（RoPE）。RoPE 的目标是将位置信息以旋转方式注入到 query 和 key 中，替代传统的绝对位置嵌入。这个之前介绍参数里说过。

3. def apply_rotary_pos_emb()

应用旋转位置编码，每个 token 的向量分成前半和后半部分，将其旋转（换顺序并取反），保留位置信息并增强长期依赖能力。

4. def repeat_kv()

支持GQA，用于 将较少的 Key/Value head 扩展重复以适配更多的 Query heads。例如 Q=8 头，KV=2 头，那么每个 KV 会被复制 4 次。

 

3. 写在最后

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