近日，字節跳動豆包大模型團隊與香港大學聯合提出 HybridFlow（開源項目名：veRL），一個靈活且高效的 RL/RLHF 框架。該框架采用混合編程模型，融合單控制器（Single-Controller）的靈活性和多控制器（Multi-Controller）的高效性，可更好實現和執行多種 RL 算法，顯著提升訓練吞吐量，降低開發和維護復雜度。實驗結果表明，HybridFlow 在運行各種 RL(HF) 算法時，吞吐量相較 SOTA 基線提升了 1.5-20 倍。

從 ChatGPT [1] 到 o1 等各種大語言模型，強化學習（RL）算法在提升模型性能和適應性方面起著至關重要的作用。在大模型后訓練（Post-Training）階段引入 RL 方法，已成為提升模型質量和對齊人類偏好 [2, 3] 的重要手段。

然而，隨著模型規模的不斷擴大，RL 算法在大模型訓練中面臨著靈活性和性能的雙重挑戰。

傳統的 RL/RLHF 系統在靈活性和效率方面存在不足，難以適應不斷涌現的新算法需求，無法充分發揮大模型潛力。

因此，開發一個高效且靈活的大模型 RL 訓練框架顯得尤為重要。這不僅需要高效地執行復雜的分布式計算流程，還要具備適應不同 RL 算法的靈活性，以滿足不斷發展的研究需求。

字節跳動豆包大模型團隊與香港大學近期公開聯合研究成果—— HybridFlow ，一個靈活且高效的大模型 RL 訓練框架，兼容多種訓練和推理框架，支持靈活的模型部署和多種 RL 算法實現。

HybridFlow 采用混合編程模型，將單控制器的靈活性與多控制器的高效性相結合，解耦了控制流和計算流。基于 Ray 的分布式編程，動態計算圖，異構調度能力，通過封裝單模型的分布式計算、統一模型間的數據切分，以及支持異步 RL 控制流，HybridFlow 能夠高效地實現和執行各種 RL 算法，復用計算模塊和支持不同的模型部署方式，大大提升了系統的靈活性和開發效率。

實驗結果表明，HybridFlow 在各種模型規模和 RL 算法下，訓練吞吐量相比其他框架提升了 1.5 倍至 20 倍。

目前，該論文已被 EuroSys 2025 接收，代碼倉庫也對外公開。

論文題目：HybridFlow: A Flexible and Efficient RLHF Framework

論文地址：https://team.doubao.com/zh/publication/hybridflow-a-flexible-and-efficient-rlhf-framework?view_from=research

代碼鏈接：https://github.com/volcengine/veRL

RL（Post-Training）復雜計算流程給 LLM 訓練帶來全新的挑戰

在深度學習中，數據流（DataFlow）是一種重要的計算模式抽象，用于表示數據經過一系列復雜計算后實現特定功能。神經網絡的計算就是典型的 DataFlow ，可以用計算圖（Computational Graph）來描述，其中節點代表計算操作，邊表示數據依賴。

大模型 RL 的計算流程比傳統神經網絡更為復雜。在 RLHF 中，需要同時訓練多個模型，如 Actor 、Critic 、參考策略（Reference Policy）和獎勵模型（Reward Model），并在它們之間傳遞大量數據。這些模型涉及不同的計算類型（前向反向傳播、優化器更新、自回歸生成等），可能采用不同的并行策略。

傳統的分布式 RL 通常假設模型可在單個 GPU 上訓練，或使用數據并行方式 [4,5]，將控制流和計算流合并在同一進程中。這在處理小規模模型時效果良好，但面對大模型，訓練需要復雜的多維并行，涉及大量分布式計算，傳統方法難以應對。

HybridFlow 解耦控制流和計算流，兼顧靈活高效

大模型 RL 本質上是一個二維的 DataFlow 問題：high-level 的控制流（描述 RL 算法的流程）+ low-level 的計算流（描述分布式神經網絡計算）。

近期開源的 RLHF 框架，如 DeepSpeed-Chat [6]、OpenRLHF [7] 和 NeMo-Aligner [8]，采用了統一的多控制器（Multi-Controller）架構。各計算節點獨立管理計算和通信，降低了控制調度的開銷。然而，控制流和計算流高度耦合，當設計新的 RL 算法，組合相同的計算流和不同的控制流時，需要重寫計算流代碼，修改所有相關模型，增加了開發難度。

與此前框架不同，HybridFlow 采用了混合編程模型，控制流由單控制器（Single-Controller）管理，具有全局視圖，實現新的控制流簡單快捷，計算流由多控制器（Multi-Controller）負責，保證了計算的高效執行，并且可以在不同的控制流中復用。

盡管相比純粹的多控制器架構，這可能帶來一定的控制調度開銷，但 HybridFlow 通過優化數據傳輸，降低了控制流與計算流之間的傳輸量，兼顧了靈活性和高效性。

系統設計之一：Hybrid Programming Model（編程模型創新）

- 封裝單模型分布式計算

在 HybridFlow 中，每個模型（如 Actor、Critic、參考策略、獎勵模型等）的分布式計算被封裝為獨立的模塊，稱為模型類。

這些模型類繼承于基礎的并行 Worker 類（如 3DParallelWorker 、FSDPWorker 等），通過抽象的 API 接口，封裝了模型的前向、反向計算、優化器更新和自回歸生成等操作。該封裝方式提高了代碼的復用性，便于模型的維護和擴展。

對于不同的 RL 控制流，用戶可以直接復用封裝好的模型類，同時自定義部分算法所需的數值計算，實現不同算法。當前 HybridFlow 可使用 Megatron-LM [13] 和 PyTorch FSDP [14]  作為訓練后端，同時使用 vLLM [15] 作為自回歸生成后端，支持用戶使用其他框架的訓練和推理腳本進行自定義擴展。

- 靈活的模型部署

HybridFlow 提供了資源池（ResourcePool）概念，可以將一組 GPU 資源虛擬化，并為每個模型分配計算資源。不同的資源池實例可以對應不同設備集合，支持不同模型在同一組或不同組 GPU 上部署。這種靈活的模型部署方式，滿足了不同算法、模型和硬件環境下的資源和性能需求。

- 統一模型間的數據切分

在大模型 RL 計算流程中，不同模型之間的數據傳輸涉及復雜的多對多廣播和數據重分片。

為解決該問題，HybridFlow 設計了一套通用數據傳輸協議（Transfer Protocol），包括收集（collect）和分發（distribute）兩個部分。

通過在模型類的操作上注冊相應的傳輸協議，比如：@register(transfer_mode=3D_PROTO)，HybridFlow 可以在控制器層（Single-Controller）統一管理數據的收集和分發，實現模型間數據的自動重分片，支持不同并行度下的模型通信。

HybridFlow 框架已經支持多種數據傳輸協議，涵蓋大部分數據重切分場景。同時，用戶可靈活地自定義收集（collect）和分發（distribute）函數，將其擴展到更復雜的數據傳輸場景。

- 支持異步 RL 控制流

在 HybridFlow 中，控制流部分采用單控制器架構，可靈活實現異步 RL 控制流。

當模型部署在不同設備集合上時，不同模型計算可并行執行，這提高了系統的并行度和效率。對于部署在同一組設備上的模型，HybridFlow 通過調度機制實現了順序執行，避免資源爭奪和沖突。

- 少量代碼靈活實現各種 RL 控制流算法

得益于混合編程模型的設計，HybridFlow 可以方便地實現各種 RLHF 算法，如 PPO [9]、ReMax [10]、Safe-RLHF [11]、GRPO [12] 等。用戶只需調用模型類的 API 接口，按算法邏輯編寫控制流代碼，無需關心底層的分布式計算和數據傳輸細節。

例如，實現 PPO 算法只需少量代碼，通過調用 actor.generate_sequences 、critic.compute_values 等函數即可完成。同時，用戶只需要修改少量代碼即可遷移到 Safe-RLHF 、ReMax 以及 GRPO 算法。

系統設計之二：3D-HybridEngine（訓練推理混合技術）降低通信內存開銷

在 Online RL 算法中，Actor 模型需要在訓練和生成（Rollout）階段之間頻繁切換，且兩個階段可能采用不同并行策略。

具體而言，訓練階段，需要存儲梯度和優化器狀態，模型并行度（Model Parallel Size, MP）可能相應增高，而生成階段，模型無需存儲梯度和優化器狀態，MP 和數據并行度（Data Parallel Size, DP）可能較小。因此，在兩個階段之間，模型參數需要重新分片和分配，依賴傳統通信組構建方法會帶來額外通信和內存開銷。

此外，為了在新的并行度配置下使用模型參數，通常需要在所有 GPU 之間進行全聚合（All-Gather）操作，帶來了巨大的通信開銷，增加了過渡時間。

為解決這個問題，HybridFlow 設計了 3D-HybridEngine ，提升了訓練和生成過程效率。

3D-HybridEngine 一次迭代的流程

3D-HybridEngine 通過優化并行分組方法，實現了零冗余的模型參數重組，具體包括以下步驟：

- 定義不同的并行組

在訓練和生成階段，3D-HybridEngine 使用不同的三維并行配置，包括：流水線并行（PP）、張量并行（TP）和數據并行（DP）的大小。訓練階段的并行配置為 ??-??-?? 。在生成階段，我們新增一個新的微數據并行組（Micro DP Group，????），用于處理 Actor 模型參數和數據的重組。生成階段的并行配置為 ????-????-????-?? 。

- 重組模型參數過程

通過巧妙地重新定義生成階段的并行分組，可以使每個 GPU 在生成階段復用訓練階段已有的模型參數分片，避免在 GPU 內存中保存額外的模型參數，消除內存冗余。

- 減少通信開銷

參數重組過程中，3D-HybridEngine 僅在每個微數據并行組（Micro DP Group）內進行 All-Gather 操作，而非所有 GPU 之間進行。這大大減少了通信量，降低過渡時間，提高了整體的訓練效率。

實驗結果：HybridFlow 提供靈活性的同時，加速了訓練

團隊在 16 臺 A100 GPU 集群上，對 HybridFlow 和主流 RLHF 框架（DeepSpeed-Chat [6] v0.14.0、OpenRLHF [7] v0.2.5 和 NeMo-Aligner [8] v0.2.0）進行對比實驗。實驗涵蓋了不同模型規模（7B、13B、34B、70B）的 LLM ，以及不同 RLHF 算法（PPO [9]、ReMax [10]、Safe-RLHF [11]）。

所有實驗中，Actor、Critic、參考策略 Reference Policy 和獎勵模型 Reward Model 均采用相同規模模型。更多實驗配置和測試細節請移步完整論文。

- 更高的端到端訓練吞吐量

結果顯示，HybridFlow 在各種模型規模和 RLHF 算法下，都顯著優于其他框架，實現了更高訓練吞吐量。

無論 PPO 、ReMax 還是 Safe-RLHF 算法，HybridFlow 在所有模型規模下平均訓練吞吐量均大幅領先于其他框架，提升幅度在 1.5 倍至 20 倍之間。

隨 GPU 集群規模擴大，HybridFlow 吞吐量也獲得良好擴展。這得益于其靈活的模型部署，充分利用硬件資源，實現高效并行計算。同時，HybridFlow 能夠支持多種分布式并行框架（Megatron-LM [13]、FSDP [14]、vLLM [15]），滿足不同模型規模的計算需求。

- HybridEngine 有效減少開銷

分析 Actor 模型在訓練和生成階段的過渡時間，團隊發現，HybridFlow 的 3D-HybridEngine 的零冗余模型參數重組技術，有效減少了模型參數在兩個階段之間的重分片和通信開銷。

相比其他框架，過渡時間減少了 55.2% ，在 70B 模型上過渡時間降低了 89.1% 。

- 不同模型部署方式對比下的三個洞察

團隊對比了不同的模型部署策略，總結了模型部署和 GPU 分配的三大關鍵洞察：

1. 為 Actor 模型分配更多的 GPU ，可以縮短 critical path ；

2. Colocate 模式在相對小規模集群中能夠最大化 GPU 利用率；

3. 在大規模集群中將 Actor 和 Critic 模型部署在不同的設備能夠提升擴展率。

值得一提的是，HybridFlow 同樣適用于更廣泛的 RL 訓練場景，隨著 o1 模型誕生，業內對 Reasoning 能力、RL 關注度也在提升，團隊后續將圍繞相關場景進行探索和實驗。

寫在最后

該成果來自豆包大模型 Foundation 團隊，論文一作是團隊的實習生明同學，目前就讀于香港大學。

「剛加入公司沒多久，就把這么重要的系統給我做，機會十分難得。」 他分享道。

明同學進一步補充：「團隊里大牛很多，無論什么問題，肯定能找到人聊。這段經歷不僅讓我學習到非常多新技術，還完整經歷一個工業級開源項目從立項到發布的全周期。大家都愿意提供幫助，每個人都是我的 Mentor 。」

目前，豆包大模型 Foundation 團隊正持續吸引優秀人才加入，硬核、開放、充滿創新精神是團隊氛圍的關鍵詞。團隊希望與具備創新精神、責任心的技術人才一起，推進大模型訓練提效工作取得更多進展和成果。