PEFT (Parameter-Efficient Fine-Tuning)

Ajuste fino de LLMs treinando <1% dos parâmetros usando LoRA, QLoRA e 25+ métodos de adapter.

Quando usar PEFT

Use PEFT/LoRA quando:

• Fazer fine-tuning de modelos 7B-70B em GPUs consumer (RTX 4090, A100)
• Precisa treinar <1% dos parâmetros (6MB de adapters vs 14GB do modelo completo)
• Quer iteração rápida com múltiplos adapters específicos por tarefa
• Implantando múltiplas variantes com fine-tuning a partir de um modelo base

Use QLoRA (PEFT + quantização) quando:

• Fazendo fine-tuning de modelos 70B em GPU única de 24GB
• Memória é a restrição principal
• Pode aceitar ~5% de trade-off de qualidade vs fine-tuning completo

Use fine-tuning completo quando:

• Treinando modelos pequenos (<1B de parâmetros)
• Precisa de qualidade máxima e tem orçamento de computação
• Desvio significativo de domínio requer atualizar todos os pesos

Guia rápido

Instalação

# Instalação básica
pip install peft

# Com suporte a quantização (recomendado)
pip install peft bitsandbytes

# Stack completo
pip install peft transformers accelerate bitsandbytes datasets

Fine-tuning LoRA (padrão)

from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer, TrainingArguments, Trainer
from peft import get_peft_model, LoraConfig, TaskType
from datasets import load_dataset

# Carregar modelo base
model_name = "meta-llama/Llama-3.1-8B"
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_name, torch_dtype="auto", device_map="auto")
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_name)
tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token

# Configuração LoRA
lora_config = LoraConfig(
    task_type=TaskType.CAUSAL_LM,
    r=16,                          # Rank (8-64, maior = mais capacidade)
    lora_alpha=32,                 # Fator de escala (tipicamente 2*r)
    lora_dropout=0.05,             # Dropout para regularização
    target_modules=["q_proj", "v_proj", "k_proj", "o_proj"],  # Camadas de atenção
    bias="none"                    # Não treina vieses
)

# Aplicar LoRA
model = get_peft_model(model, lora_config)
model.print_trainable_parameters()
# Output: trainable params: 13,631,488 || all params: 8,043,307,008 || trainable%: 0.17%

# Preparar dataset
dataset = load_dataset("databricks/databricks-dolly-15k", split="train")

def tokenize(example):
    text = f"### Instruction:\n{example['instruction']}\n\n### Response:\n{example['response']}"
    return tokenizer(text, truncation=True, max_length=512, padding="max_length")

tokenized = dataset.map(tokenize, remove_columns=dataset.column_names)

# Treinamento
training_args = TrainingArguments(
    output_dir="./lora-llama",
    num_train_epochs=3,
    per_device_train_batch_size=4,
    gradient_accumulation_steps=4,
    learning_rate=2e-4,
    fp16=True,
    logging_steps=10,
    save_strategy="epoch"
)

trainer = Trainer(
    model=model,
    args=training_args,
    train_dataset=tokenized,
    data_collator=lambda data: {"input_ids": torch.stack([f["input_ids"] for f in data]),
                                 "attention_mask": torch.stack([f["attention_mask"] for f in data]),
                                 "labels": torch.stack([f["input_ids"] for f in data])}
)

trainer.train()

# Salvar apenas adapter (6MB vs 16GB)
model.save_pretrained("./lora-llama-adapter")

Fine-tuning QLoRA (com eficiência de memória)

from transformers import AutoModelForCausalLM, BitsAndBytesConfig
from peft import get_peft_model, LoraConfig, prepare_model_for_kbit_training

# Configuração de quantização 4-bit
bnb_config = BitsAndBytesConfig(
    load_in_4bit=True,
    bnb_4bit_quant_type="nf4",           # NormalFloat4 (melhor para LLMs)
    bnb_4bit_compute_dtype="bfloat16",   # Computar em bf16
    bnb_4bit_use_double_quant=True       # Quantização aninhada
)

# Carregar modelo quantizado
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    "meta-llama/Llama-3.1-70B",
    quantization_config=bnb_config,
    device_map="auto"
)

# Preparar para treinamento (habilita gradient checkpointing)
model = prepare_model_for_kbit_training(model)

# Configuração LoRA para QLoRA
lora_config = LoraConfig(
    r=64,                              # Rank maior para 70B
    lora_alpha=128,
    lora_dropout=0.1,
    target_modules=["q_proj", "v_proj", "k_proj", "o_proj", "gate_proj", "up_proj", "down_proj"],
    bias="none",
    task_type="CAUSAL_LM"
)

model = get_peft_model(model, lora_config)
# Modelo 70B agora cabe em GPU única de 24GB!

Seleção de parâmetros LoRA

Rank (r) - capacidade vs eficiência

Rank	Parâmetros Treináveis	Memória	Qualidade	Caso de Uso
4	~3M	Mínima	Menor	Tarefas simples, prototipagem
8	~7M	Baixa	Boa	Ponto de partida recomendado
16	~14M	Média	Melhor	Fine-tuning geral
32	~27M	Maior	Alta	Tarefas complexas
64	~54M	Alta	Máxima	Adaptação de domínio, modelos 70B

Alpha (lora_alpha) - fator de escala

# Regra prática: alpha = 2 * rank
LoraConfig(r=16, lora_alpha=32)  # Padrão
LoraConfig(r=16, lora_alpha=16)  # Conservador (taxa de aprendizado menor)
LoraConfig(r=16, lora_alpha=64)  # Agressivo (taxa de aprendizado maior)

Módulos alvo por arquitetura

# Llama / Mistral / Qwen
target_modules = ["q_proj", "v_proj", "k_proj", "o_proj", "gate_proj", "up_proj", "down_proj"]

# GPT-2 / GPT-Neo
target_modules = ["c_attn", "c_proj", "c_fc"]

# Falcon
target_modules = ["query_key_value", "dense", "dense_h_to_4h", "dense_4h_to_h"]

# BLOOM
target_modules = ["query_key_value", "dense", "dense_h_to_4h", "dense_4h_to_h"]

# Detecção automática de todas as camadas lineares
target_modules = "all-linear"  # PEFT 0.6.0+

Carregando e mesclando adapters

Carregar adapter treinado

from peft import PeftModel, AutoPeftModelForCausalLM
from transformers import AutoModelForCausalLM

# Opção 1: Carregar com PeftModel
base_model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained("meta-llama/Llama-3.1-8B")
model = PeftModel.from_pretrained(base_model, "./lora-llama-adapter")

# Opção 2: Carregar diretamente (recomendado)
model = AutoPeftModelForCausalLM.from_pretrained(
    "./lora-llama-adapter",
    device_map="auto"
)

Mesclar adapter no modelo base

# Mesclar para implantação (sem overhead de adapter)
merged_model = model.merge_and_unload()

# Salvar modelo mesclado
merged_model.save_pretrained("./llama-merged")
tokenizer.save_pretrained("./llama-merged")

# Fazer push para Hub
merged_model.push_to_hub("username/llama-finetuned")

Serviço multi-adapter

from peft import PeftModel

# Carregar base com primeiro adapter
model = AutoPeftModelForCausalLM.from_pretrained("./adapter-task1")

# Carregar adapters adicionais
model.load_adapter("./adapter-task2", adapter_name="task2")
model.load_adapter("./adapter-task3", adapter_name="task3")

# Alternar entre adapters em tempo de execução
model.set_adapter("task1")  # Usar adapter task1
output1 = model.generate(**inputs)

model.set_adapter("task2")  # Alternar para task2
output2 = model.generate(**inputs)

# Desabilitar adapters (usar modelo base)
with model.disable_adapter():
    base_output = model.generate(**inputs)

Comparação de métodos PEFT

Método	Treináveis %	Memória	Velocidade	Melhor Para
LoRA	0.1-1%	Baixa	Rápido	Fine-tuning geral
QLoRA	0.1-1%	Muito Baixa	Médio	Memória limitada
AdaLoRA	0.1-1%	Baixa	Médio	Seleção automática de rank
IA3	0.01%	Mínima	Mais rápido	Adaptação few-shot
Prefix Tuning	0.1%	Baixa	Médio	Controle de geração
Prompt Tuning	0.001%	Mínima	Rápido	Adaptação simples de tarefa
P-Tuning v2	0.1%	Baixa	Médio	Tarefas NLU

IA3 (parâmetros mínimos)

from peft import IA3Config

ia3_config = IA3Config(
    target_modules=["q_proj", "v_proj", "k_proj", "down_proj"],
    feedforward_modules=["down_proj"]
)
model = get_peft_model(model, ia3_config)
# Treina apenas 0.01% dos parâmetros!

Prefix Tuning

from peft import PrefixTuningConfig

prefix_config = PrefixTuningConfig(
    task_type="CAUSAL_LM",
    num_virtual_tokens=20,      # Tokens prependidos
    prefix_projection=True       # Usar projeção MLP
)
model = get_peft_model(model, prefix_config)

Padrões de integração

Com TRL (SFTTrainer)

from trl import SFTTrainer, SFTConfig
from peft import LoraConfig

lora_config = LoraConfig(r=16, lora_alpha=32, target_modules="all-linear")

trainer = SFTTrainer(
    model=model,
    args=SFTConfig(output_dir="./output", max_seq_length=512),
    train_dataset=dataset,
    peft_config=lora_config,  # Passar configuração LoRA diretamente
)
trainer.train()

Com Axolotl (config YAML)

# axolotl config.yaml
adapter: lora
lora_r: 16
lora_alpha: 32
lora_dropout: 0.05
lora_target_modules:
  - q_proj
  - v_proj
  - k_proj
  - o_proj
lora_target_linear: true  # Almejar todas as camadas lineares

Com vLLM (inference)

from vllm import LLM
from vllm.lora.request import LoRARequest

# Carregar modelo base com suporte LoRA
llm = LLM(model="meta-llama/Llama-3.1-8B", enable_lora=True)

# Servir com adapter
outputs = llm.generate(
    prompts,
    lora_request=LoRARequest("adapter1", 1, "./lora-adapter")
)

Benchmarks de desempenho

Uso de memória (Llama 3.1 8B)

Método	Memória GPU	Parâmetros Treináveis
Fine-tuning completo	60+ GB	8B (100%)
LoRA r=16	18 GB	14M (0.17%)
QLoRA r=16	6 GB	14M (0.17%)
IA3	16 GB	800K (0.01%)

Velocidade de treinamento (A100 80GB)

Método	Tokens/seg	vs Fine-tuning Completo
Fine-tuning Completo	2.500	1x
LoRA	3.200	1.3x
QLoRA	2.100	0.84x

Qualidade (benchmark MMLU)

Modelo	Fine-tuning Completo	LoRA	QLoRA
Llama 2-7B	45.3	44.8	44.1
Llama 2-13B	54.8	54.2	53.5

Problemas comuns

CUDA OOM durante treinamento

# Solução 1: Habilitar gradient checkpointing
model.gradient_checkpointing_enable()

# Solução 2: Reduzir batch size + aumentar acumulação
TrainingArguments(
    per_device_train_batch_size=1,
    gradient_accumulation_steps=16
)

# Solução 3: Usar QLoRA
from transformers import BitsAndBytesConfig
bnb_config = BitsAndBytesConfig(load_in_4bit=True, bnb_4bit_quant_type="nf4")

Adapter não está aplicando

# Verificar se adapter está ativo
print(model.active_adapters)  # Deve mostrar nome do adapter

# Verificar parâmetros treináveis
model.print_trainable_parameters()

# Garantir que modelo está em modo treinamento
model.train()

Degradação de qualidade

# Aumentar rank
LoraConfig(r=32, lora_alpha=64)

# Almejar mais módulos
target_modules = "all-linear"

# Usar mais dados de treinamento e épocas
TrainingArguments(num_train_epochs=5)

# Taxa de aprendizado menor
TrainingArguments(learning_rate=1e-4)

Melhores práticas

1. Comece com r=8-16, aumente se qualidade for insuficiente
2. Use alpha = 2 * rank como ponto de partida
3. Almejar camadas de atenção + MLP para melhor qualidade/eficiência
4. Habilitar gradient checkpointing para economizar memória
5. Salvar adapters frequentemente (arquivos pequenos, rollback fácil)
6. Avaliar em dados retidos antes de mesclar
7. Use QLoRA para modelos 70B+ em hardware consumer

Referências

• Advanced Usage - DoRA, LoftQ, estabilização de rank, módulos customizados
• Troubleshooting - Erros comuns, debugging, otimização

Recursos

• GitHub: https://github.com/huggingface/peft
• Docs: https://huggingface.co/docs/peft
• LoRA Paper: arXiv:2106.09685
• QLoRA Paper: arXiv:2305.14314
• Models: https://huggingface.co/models?library=peft