pytorch-lightning

bởi firecrawl

Khung PyTorch cấp cao với lớp Trainer, huấn luyện phân tán tự động (DDP/FSDP/DeepSpeed), hệ thống callback và mã nguồn tối giản. Mở rộng từ…

npx skills add https://github.com/firecrawl/ai-research-skills --skill pytorch-lightning

PyTorch Lightning - High-Level Training Framework

Quick start

PyTorch Lightning organizes PyTorch code to eliminate boilerplate while maintaining flexibility.

Installation:

pip install lightning

Convert PyTorch to Lightning (3 steps):

import lightning as L
import torch
from torch import nn
from torch.utils.data import DataLoader, Dataset

# Step 1: Define LightningModule (organize your PyTorch code)
class LitModel(L.LightningModule):
    def __init__(self, hidden_size=128):
        super().__init__()
        self.model = nn.Sequential(
            nn.Linear(28 * 28, hidden_size),
            nn.ReLU(),
            nn.Linear(hidden_size, 10)
        )

    def training_step(self, batch, batch_idx):
        x, y = batch
        y_hat = self.model(x)
        loss = nn.functional.cross_entropy(y_hat, y)
        self.log('train_loss', loss)  # Auto-logged to TensorBoard
        return loss

    def configure_optimizers(self):
        return torch.optim.Adam(self.parameters(), lr=1e-3)

# Step 2: Create data
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=32)

# Step 3: Train with Trainer (handles everything else!)
trainer = L.Trainer(max_epochs=10, accelerator='gpu', devices=2)
model = LitModel()
trainer.fit(model, train_loader)

That's it! Trainer handles:

  • GPU/TPU/CPU switching
  • Distributed training (DDP, FSDP, DeepSpeed)
  • Mixed precision (FP16, BF16)
  • Gradient accumulation
  • Checkpointing
  • Logging
  • Progress bars

Common workflows

Workflow 1: From PyTorch to Lightning

Original PyTorch code:

model = MyModel()
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters())
model.to('cuda')

for epoch in range(max_epochs):
    for batch in train_loader:
        batch = batch.to('cuda')
        optimizer.zero_grad()
        loss = model(batch)
        loss.backward()
        optimizer.step()

Lightning version:

class LitModel(L.LightningModule):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.model = MyModel()

    def training_step(self, batch, batch_idx):
        loss = self.model(batch)  # No .to('cuda') needed!
        return loss

    def configure_optimizers(self):
        return torch.optim.Adam(self.parameters())

# Train
trainer = L.Trainer(max_epochs=10, accelerator='gpu')
trainer.fit(LitModel(), train_loader)

Benefits: 40+ lines → 15 lines, no device management, automatic distributed

Workflow 2: Validation and testing

class LitModel(L.LightningModule):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.model = MyModel()

    def training_step(self, batch, batch_idx):
        x, y = batch
        y_hat = self.model(x)
        loss = nn.functional.cross_entropy(y_hat, y)
        self.log('train_loss', loss)
        return loss

    def validation_step(self, batch, batch_idx):
        x, y = batch
        y_hat = self.model(x)
        val_loss = nn.functional.cross_entropy(y_hat, y)
        acc = (y_hat.argmax(dim=1) == y).float().mean()
        self.log('val_loss', val_loss)
        self.log('val_acc', acc)

    def test_step(self, batch, batch_idx):
        x, y = batch
        y_hat = self.model(x)
        test_loss = nn.functional.cross_entropy(y_hat, y)
        self.log('test_loss', test_loss)

    def configure_optimizers(self):
        return torch.optim.Adam(self.parameters(), lr=1e-3)

# Train with validation
trainer = L.Trainer(max_epochs=10)
trainer.fit(model, train_loader, val_loader)

# Test
trainer.test(model, test_loader)

Automatic features:

  • Validation runs every epoch by default
  • Metrics logged to TensorBoard
  • Best model checkpointing based on val_loss

Workflow 3: Distributed training (DDP)

# Same code as single GPU!
model = LitModel()

# 8 GPUs with DDP (automatic!)
trainer = L.Trainer(
    accelerator='gpu',
    devices=8,
    strategy='ddp'  # Or 'fsdp', 'deepspeed'
)

trainer.fit(model, train_loader)

Launch:

# Single command, Lightning handles the rest
python train.py

No changes needed:

  • Automatic data distribution
  • Gradient synchronization
  • Multi-node support (just set num_nodes=2)

Workflow 4: Callbacks for monitoring

from lightning.pytorch.callbacks import ModelCheckpoint, EarlyStopping, LearningRateMonitor

# Create callbacks
checkpoint = ModelCheckpoint(
    monitor='val_loss',
    mode='min',
    save_top_k=3,
    filename='model-{epoch:02d}-{val_loss:.2f}'
)

early_stop = EarlyStopping(
    monitor='val_loss',
    patience=5,
    mode='min'
)

lr_monitor = LearningRateMonitor(logging_interval='epoch')

# Add to Trainer
trainer = L.Trainer(
    max_epochs=100,
    callbacks=[checkpoint, early_stop, lr_monitor]
)

trainer.fit(model, train_loader, val_loader)

Result:

  • Auto-saves best 3 models
  • Stops early if no improvement for 5 epochs
  • Logs learning rate to TensorBoard

Workflow 5: Learning rate scheduling

class LitModel(L.LightningModule):
    # ... (training_step, etc.)

    def configure_optimizers(self):
        optimizer = torch.optim.Adam(self.parameters(), lr=1e-3)

        # Cosine annealing
        scheduler = torch.optim.lr_scheduler.CosineAnnealingLR(
            optimizer,
            T_max=100,
            eta_min=1e-5
        )

        return {
            'optimizer': optimizer,
            'lr_scheduler': {
                'scheduler': scheduler,
                'interval': 'epoch',  # Update per epoch
                'frequency': 1
            }
        }

# Learning rate auto-logged!
trainer = L.Trainer(max_epochs=100)
trainer.fit(model, train_loader)

When to use vs alternatives

Use PyTorch Lightning when:

  • Want clean, organized code
  • Need production-ready training loops
  • Switching between single GPU, multi-GPU, TPU
  • Want built-in callbacks and logging
  • Team collaboration (standardized structure)

Key advantages:

  • Organized: Separates research code from engineering
  • Automatic: DDP, FSDP, DeepSpeed with 1 line
  • Callbacks: Modular training extensions
  • Reproducible: Less boilerplate = fewer bugs
  • Tested: 1M+ downloads/month, battle-tested

Use alternatives instead:

  • Accelerate: Minimal changes to existing code, more flexibility
  • Ray Train: Multi-node orchestration, hyperparameter tuning
  • Raw PyTorch: Maximum control, learning purposes
  • Keras: TensorFlow ecosystem

Common issues

Issue: Loss not decreasing

Check data and model setup:

# Add to training_step
def training_step(self, batch, batch_idx):
    if batch_idx == 0:
        print(f"Batch shape: {batch[0].shape}")
        print(f"Labels: {batch[1]}")
    loss = ...
    return loss

Issue: Out of memory

Reduce batch size or use gradient accumulation:

trainer = L.Trainer(
    accumulate_grad_batches=4,  # Effective batch = batch_size × 4
    precision='bf16'  # Or 'fp16', reduces memory 50%
)

Issue: Validation not running

Ensure you pass val_loader:

# WRONG
trainer.fit(model, train_loader)

# CORRECT
trainer.fit(model, train_loader, val_loader)

Issue: DDP spawns multiple processes unexpectedly

Lightning auto-detects GPUs. Explicitly set devices:

# Test on CPU first
trainer = L.Trainer(accelerator='cpu', devices=1)

# Then GPU
trainer = L.Trainer(accelerator='gpu', devices=1)

Advanced topics

Callbacks: See references/callbacks.md for EarlyStopping, ModelCheckpoint, custom callbacks, and callback hooks.

Distributed strategies: See references/distributed.md for DDP, FSDP, DeepSpeed ZeRO integration, multi-node setup.

Hyperparameter tuning: See references/hyperparameter-tuning.md for integration with Optuna, Ray Tune, and WandB sweeps.

Hardware requirements

  • CPU: Works (good for debugging)
  • Single GPU: Works
  • Multi-GPU: DDP (default), FSDP, or DeepSpeed
  • Multi-node: DDP, FSDP, DeepSpeed
  • TPU: Supported (8 cores)
  • Apple MPS: Supported

Precision options:

  • FP32 (default)
  • FP16 (V100, older GPUs)
  • BF16 (A100/H100, recommended)
  • FP8 (H100)

Resources

Thêm skills từ firecrawl

firecrawl-research-index
firecrawl
Tìm các bài báo trả lời truy vấn nghiên cứu với Firecrawl Research, sử dụng tìm kiếm ngữ nghĩa, mở rộng ngữ nghĩa và cấu trúc, cùng xác minh trong nội dung. Luôn sử dụng kỹ năng này cho bất kỳ nhiệm vụ tìm kiếm tài liệu/truy xuất bài báo nào — tra cứu một bài báo đơn lẻ hoặc toàn bộ bộ nhiều bài báo.
data-analysisresearchweb-scraping
oracle
firecrawl
Các phương pháp hay nhất khi sử dụng CLI oracle (gộp lời nhắc + tệp, engine, phiên và các mẫu đính kèm tệp).
pinecone
firecrawl
Cơ sở dữ liệu vector được quản lý cho các ứng dụng AI sản xuất. Được quản lý hoàn toàn, tự động mở rộng, với tìm kiếm kết hợp (dense + sparse), lọc metadata và không gian tên.…
wpds
firecrawl
Sử dụng khi xây dựng giao diện người dùng dựa trên Hệ thống Thiết kế WordPress (WPDS) và các thành phần, token, mẫu thiết kế, v.v. của nó.
audiocraft-audio-generation
firecrawl
Thư viện PyTorch để tạo âm thanh bao gồm chuyển văn bản thành nhạc (MusicGen) và chuyển văn bản thành âm thanh (AudioGen). Sử dụng khi bạn cần tạo nhạc từ văn bản…
skypilot-multi-cloud-orchestration
firecrawl
Điều phối đa đám mây cho khối lượng công việc ML với tối ưu hóa chi phí tự động. Sử dụng khi bạn cần chạy các công việc đào tạo hoặc xử lý hàng loạt trên nhiều đám mây, tận dụng…
firecrawl-seo-audit
firecrawl
Kiểm tra SEO của một trang web với Firecrawl. Sử dụng khi người dùng yêu cầu kiểm tra SEO, đánh giá metadata và tiêu đề, phân tích sitemap/cấu trúc trang web, cơ hội từ khóa, so sánh SERP đối thủ, hoặc các đề xuất tối ưu hóa tìm kiếm được ưu tiên.
data-analysisresearchweb-scraping
gh-issues
firecrawl
Lấy các issue GitHub, tạo sub-agent để triển khai sửa lỗi và mở PR, sau đó theo dõi và xử lý các nhận xét đánh giá PR. Cách dùng: /gh-issues [owner/repo] [--label…