自1986年反向传播(Backprop)被提出以来,整个深度学习的地基就刻着这三个字母。架构设计、优化器迭代、甚至GPU硬件的演进,全是为它量身定制的。但今天,有人直接掀了桌子。

新算法叫 Dust。核心思路简单粗暴:不推导公式,不链式求导,直接在激活层加高斯噪声,让序列里的每个 token 变成一次独立的“虚拟实验”。一次前向传播,就能并行评估成千上万个样本。损失函数降低多少,就给对应的噪声发多少奖励。平均下来,就是梯度。

“We aim to replace backprop with a learning algorithm based much more on brute-force computation and much less on analytic structure.”

说实话,这听起来像回到了进化论的原始阶段。靠随机扰动和自然选择来逼近最优解,而不是死磕微积分。但有意思的是,Dust 硬是把这套“暴力搜索”跑进了 Transformer 预训练的赛道。

Animation of the method

算力堆出来的降维打击

传统观点一直认为,零阶优化法根本带不动大网络。维度一高,方差爆炸,参数稍微动一下,梯度估计就直接飘了。Dust 偏不信邪。

数据很能打。在 100万到 2000万 token 的训练预算下,Dust 的表现已经能和反向传播掰手腕。当计算资源继续往上堆,它的损失曲线不仅没崩,反而稳扎稳打地逼近甚至反超了 Backprop。对比更刺激:同样规模的权重空间进化策略(EGGROLL),需要多出一万倍的计算量才能摸到 Dust 的门槛。

个人觉得,这背后的关键不是算法多精妙,而是算力终于到了可以“挥霍”的阶段。Sutton 当年的“苦涩教训”早就点透了规律:当算力足够充裕时,通用搜索往往能碾压精心设计的启发式规则。Dust 只是把这条定律平移到了语言模型里。

反常识:模型越大,越不怕“乱试”

这里有个极具颠覆性的发现。学界一直迷信“小模型适合零阶优化,大模型容易翻车”。Dust 的实验结果直接打了脸。

参数量从 700万飙升到 2.43亿(跨度近 120 倍),大模型反而更“抗造”。在每一个测试的种群规模下,损失值都是随参数量增加而下降的。大模型不是更容易崩溃,而是更懂得利用噪声。

为什么?因为过参数化不是单纯的冗余,它拓宽了搜索空间的几何结构。模型越大,容错率越高,哪怕每次扰动都带着随机性,庞大的参数池也能迅速吸收干扰,并筛选出真正有效的方向。小模型早就饱和躺平了,大模型还在随着 Population 规模扩大持续掉点。

这说明什么?未来的大模型训练,可能不再需要追求数学上的绝对精确。只要搜索空间够大、算力够猛,“粗调”反而能避开糟糕的全局极小值,摸到更平坦的损失盆地。

暗流涌动:当梯度开始“长得像”反向传播

最让人细思极恐的不是 Dust 赢了,而是它赢的方式。随着虚拟种群规模增大,Dust 估算出的梯度方向,竟然越来越接近反向传播的真实梯度。余弦相似度随种群规模稳步上升,甚至在百亿 token 级别依然保持稳定。

但这恰恰是最有趣的地方。它没有内置链式法则,纯靠前向扰动和奖励分配,却“长”出了一条和 Backprop 高度相似的轨道。而且,它并不完全重合。这种微妙的偏差,反而带来了不同的优化轨迹。在部分设置下,这条轨迹比传统反向传播走得更远。

老实讲,这暗示了一个可能被忽视的事实:反向传播或许只是高维空间里的一条“捷径”,而不是唯一的路。当算力突破临界值,基于搜索的学习算法完全可能走出自己的康庄大道。

尾声:地基还没换,但裂缝已现

Dust 目前还不是日常训练的首选。它的计算开销依然巨大,距离全面替代 Backprop 还有好几个数量级的效率鸿沟要填。论文作者也明确说了,现阶段的目标不是替换,而是奠基。

但它成功证明了第一性原理:在充足的算力面前,可微性不再是硬约束。非连续的网络、循环计算模块、甚至外部程序嵌入的结构,曾经被反向传播挡在门外的大门,现在正被暴力计算推开。

如果未来每一块芯片都能轻松处理万亿次前向扰动,我们是否还需要那个沿链条一路报错的“反向传播”?当 AI 学会用暴力搜索代替微积分,下一次范式转移,会不会就在明天?

【锐评】:算力通胀时代,数学捷径正在被暴力搜索稀释;Dust 不是来抢饭碗的,是来提醒我们该换引擎的了。

参考链接:
https://qlabs.sh/research/dust