Muon 是这两年预训练最热的优化器。论文的相关工作提到,Kimi、GLM-4.5 这些前沿模型已经用 Muon 或其变体做过预训练。但围绕优化器优劣的讨论几乎都停在一件事上:预训练损失。谁的 loss 更低,谁就是更好的优化器。
卡内基梅隆大学的一篇新论文把这条前提本身当成了研究对象。论文报告的结果有点反直觉:当预训练数据量足够大时,预训练损失更低的那一方,微调之后反而更差。实验规模近 600 次预训练加 2.9 万次微调,反转点在 2.4B token 处,模型越大反转来得越早。
先把"赢"这件事定义清楚
论文不比单次微调的分数,而是把每个基座能到达的结果收成一张前沿图:横轴是微调后的预训练损失(忘掉了多少),纵轴是微调损失(学会了多少)。学得越多忘得越多,所以只取左下角那条帕累托前沿。两个前沿用一个带符号的量比较,正数代表 AdamW 压过 Muon,负数代表反过来。
数据预算用 token 与参数之比 TPR 衡量,即每个参数摊到多少预训练 token。关键指标是交叉 TPR——AdamW 前沿开始压过 Muon 所需的最小 TPR。
实验用的是 OLMo 风格解码器模型,30M 到 600M 五档参数量,语料是 DCLM,tokenizer 用 OLMo 2。微调侧覆盖 GSM8K、StackMathQA、Alpaca 和 MusicPile 四个数据集,每个基座微调 20M token。
反转点在哪
在 StackMathQA 上、数据量最小的那档(2.4B token),Muon 在前沿图上直接压过 AdamW,差距为负。越过这个量级方向反过来:AdamW 拿到更低的微调损失,同时忘得更少,差距转正。
论文把反转拆成两个同时发生的变化。一是 Muon 的预训练损失优势随模型变大而收窄;二是同样固定 TPR 和微调损失,Muon 相对 AdamW 忘得越来越多。两边叠加,AdamW 就能在更小的数据预算上完成反超。
规模效应体现在交叉 TPR 上:StackMathQA 上,30M 模型要 320 TPR 才翻转,600M 模型只需要 10 TPR。模型越大,AdamW 翻盘越早。
换微调优化器救不回来
自然的怀疑是:差异也许来自微调配方而不是基座本身。论文做了对照。在 GSM8K 上,AdamW 预训练的基座无论用哪个优化器微调,AdamW 微调的前沿在每个预算下都压过 Muon 微调;而 Muon 预训练的基座,两种微调的前沿挨得很近,没有稳定赢家。更关键的是,1.2B token 时 Muon 预训练的两条前沿还在 AdamW 预训练之下,19.2B token 起 AdamW 预训练加 AdamW 微调的前沿同时压过另外两条。
结论是差异出在起点,不在配方。
用 replay 或 EWC 这类正则化做微调,两个前沿都能少忘一些,交叉点还能往外推——在 Alpaca 和 StackMathQA 上从 80 TPR 推到 320 TPR——但大预算下 AdamW 的前沿依然更好,只有 EWC 加 StackMathQA 在 2,560 TPR 这档例外,差距又变回负的。
机制:把遗忘换算成一个可测的量
论文的解释路径是:微调本质上是给输出分布加扰动,所以要看基座对输出扰动的鲁棒性。
对应的指标叫 margin-to-spread ratio(MSR)——正确 logit 与错误 logit 平均值之间的差距,再除以错误 logit 的离散程度(以它们的标准差度量)。MSR 越大,正确答案被撑得越开,对扰动越不敏感。在真实语言模型上,论文在留出的 DCLM 文本里逐 token 算 MSR,取正确预测位置的中位数,覆盖 30M 到 100M 三档:预算小的时候 Muon 更大,预算足够大时 AdamW 更大,方向和微调结果的翻转一致。
理论部分用线性联想记忆做模型,把每个事实表示成键值对,用一个权重矩阵关联起来。论文证明,从零初始化出发做一次更新后,梯度下降与 Muon 的 MSR 之比随数据预算上升,主项是 3π/8 乘以(1 减去 9 除以 10γ)。3π/8 约等于 1.178,在 γ 约 5.95 处越过 1,论文在 γ 大于等于 16 的区间给出严格证明。模拟实验显示多步训练后趋势依旧。
有个必须点明的口径问题:理论比的是梯度下降和 Muon,不是 AdamW;线性联想记忆只是玩具模型,论文自己说明这不构成对 AdamW 的直接证明。
边界与相反证据
论文与另一条线索的结论并不一致。Ruan 等人的工作《Muon Learns More Robust and Transferable Features than Adam》报告 Muon 预训练的模型在 Alpaca、Dolly 和 WizardLM 上全量微调后迁移性更好。CMU 这篇的作者认为两者在小数据区间一致,但随着预训练数据增长结果会变;他们也承认两篇研究的模型和下游评测不同,不算对照复现。
论文自己划的边界还有几条:微调分布贴近预训练分布,本质就是继续预训练,结论未必适用;MSR 只是候选的优化目标,论文明确表示没有把它确立为经过验证的训练目标,也没有证明它就是反转的原因;实验规模到 600M 参数为止,交叉 TPR 的具体数值依赖任务,可靠的是趋势方向。
所以呢
这篇论文值得带走的不是"Muon 不行"或者"AdamW 要反超",而是一个方法论提醒:预训练损失衡量的是模型有多会预测训练分布,不是它有多容易被改造。而且随着数据预算变大,这个代理指标还在变差。
论文结论一节把话说明白了——超参数、数据、架构这些预训练决策现在大多按预训练损失来选,但更低的预训练损失并不保证模型微调后更好。论文给出的方向是把可适应性当作和损失并列的优化目标,MSR 是一个候选指标;至于它能不能真的拿来做训练目标,论文没有给配方。
(全文与图表见 arXiv 论文页)