反向传播统治深度学习四十年,「不用它能不能训练网络」这个问题每隔几年就会被翻出来一次,而答案几乎总是:小玩具可以,真预训练不行。10 月 6 日,qlabs.sh 团队发布的 Dust 把这个「不行」往前推了一大步——论文登上 HN 首页并收获两百多个赞,因为它首次在 Transformer 语言模型预训练这个公认的硬任务上,让零阶优化追平了反向传播,部分设置下甚至反超。
核心思路:把每个 token 变成一个「实验员」
零阶优化不依赖链式法则,它的老问题是样本效率:权重空间进化策略每次前向传播只能评估一组权重扰动,相当于种群里的一个成员。Dust 的关键洞察是换一个扰动空间——不在权重上加噪声,而是在每个线性层的激活输出上加噪声,并且逐 token 独立进行。
这一换带来的杠杆是惊人的。一条训练序列有几千个 token,每个 token 的损失变化都提供一份独立的梯度估计信号。换句话说,一次前向传播就并行评估了几千个「虚拟种群成员」,而权重空间方法同样一次只能评估一个。论文给出的数字:单次前向传播覆盖的种群规模比权重空间 ES 至少大三个数量级。
估计的构造也相当优雅。对线性层的输出施加扰动后,以带衰减的后续 token 损失变化作为奖励,奖励加权噪声的均值即为该层输出的误差估计,与层输入做外积就是权重更新方向。注意力内部的参数不直接吃 token 损失奖励,而是按误差估计与注意力输出变化的对齐度打分;embedding 层走 one-hot 散射累加;唯一保留权重空间扰动的,是每层两个残差混合标量。公式细节都在论文附录里,工程上更值得记住的是三重干扰抑制设计:不同层类型在独立前向传播中分别抖动、缓存干净前向传播以降低重算成本、语言模型头直接在缓存 logits 上抖动——最后这一点让输出头可以跑大得多的种群。
战绩:追平、反超、以及数量级差距
论文的实验设置很朴素:GPT 风格架构、FineWeb 数据、8 层 512 宽约 3800 万参数的基线模型,token 预算从 10 万横跨到 2000 万,种群从 64 draws 到 1.6 万 draws——draws 在这里的含义是一次覆盖全部 token 的完整抖动,与权重空间方法里「一次前向传播等于一次权重采样」的批量口径不同,横向比较时必须换算。所有配置跑 3 个种子取平均,Adam 对比实验用了 5 个种子,实验纪律相当扎实。三组结果值得关注。
对反向传播:小预算下 Dust 更省——10 万和 100 万 token 时,几百到一千次 draws 就把损失压到反向传播之下;2000 万 token 时双方进入幂律拟合区,Dust 的拟合极限 4.431 低于反向传播的 4.633。作者对此保持克制,说这更像是「差距持续缩小」的证据,而非已测得的极限。
对 EGGROLL:差距是数量级的。EGGROLL 需要 256 倍种群才够到 Dust 最小种群的水平,外推显示匹配 Dust 最小种群需要数千到一万倍种群。从 100 万 token 起,Dust 的种群效率比权重空间方法高三到四个数量级。
与现代优化器兼容:换用 Adam 后,Dust 和反向传播同时受益,Dust 拟合极限依然更低。一个为反向传播梯度设计的优化器,吃零阶估计也能正常工作,这本身是个重要的兼容性信号。
最反直觉的发现:大模型更「耐搜」
固定 1000 万 token 预算,团队对比了从 200 万到 2.43 亿参数的四档模型。传统直觉是零阶方法在高维搜索空间里必然失效,维度灾难会让大模型先崩。结果恰好相反:3800 万参数模型在几乎所有种群规模下损失最低,2.43 亿模型也优于 200 万的小模型;超过一千 draws 后,大模型相对小模型多获得约三成收益。
作者给出的重新诠释是:模型规模不应只看作「要搜的空间变大」,它同时意味着搜索空间的几何结构更好——更大的空间能利用更大的种群,损失景观可能更平滑。配合梯度对齐分析(Dust 估计与反向传播梯度的余弦相似度随种群增大遵循两参数定律,且在 1000 万到 10 亿 token 的跨度上保持平稳),这组证据指向一个耐人寻味的结论:零阶方法的可用边界可能随规模扩大而外移,而非内收。
冷静看待:它现在替代不了反向传播
必须泼一盆冷水:Dust 距离反向传播的计算效率仍差若干个数量级,追平损失曲线靠的是堆前向传播,单位计算的成本远高于链式法则。它今天不能帮你省钱,短期内也不会出现在任何生产训练栈里。论文自己也把超参调优列为主要成本来源——好在两种调优方式(小预算网格搜索、或单批次最大化与真实梯度的余弦相似度)都是一次性开销,结果能跨 token 预算和种群规模泛化,这为后续放大实验省了不少力气。
但它的价值在于打开了两个口子。工程上,任何含不可微组件的架构——循环展开计算、离散采样模块、硬件在环系统——第一次有了「按预训练标准跑通」的参考实现;研究上,「过参数化对零阶方法友好」如果被后续工作在大规模上复现,会改写大家对搜索式优化的想象力边界。代码已在论文页面放出,感兴趣可以直接复现那条 3800 万参数的损失阶梯。
反向传播不会因此让位,但 Dust 至少证明了一件事:这座统治了四十年的山,不是唯一一座能登顶的山。