논문 리뷰 · 2026년 11월 4일
사전학습 데이터 규모가 커지면 Muon과 AdamW의 파인튜닝 우위가 뒤집힌다
Pretraining Data Scale Reverses the Muon-AdamW Fine-Tuning Gap
사전학습 데이터가 충분히 많아지면 AdamW로 사전학습한 모델이 Muon 모델보다 파인튜닝 후 학습-망각 균형이 더 좋아짐을 대규모 실험으로 보였고, 이를 Margin-to-Spread Ratio로 설명했다.
문제
Muon 옵티마이저는 AdamW보다 사전학습 손실을 빨리 낮춘다. 하지만 실무에서 중요한 것은 파인튜닝 후 목표 작업을 얼마나 잘 배우면서 기존 지식을 얼마나 덜 잊는가(학습-망각 균형)다. Muon의 우위가 이 기준에서도 유지되는지는 알려져 있지 않았다.
방법
OLMo 계열 30M~600M 모델을 DCLM 1.5억~1,540억 토큰으로 AdamW와 Muon 각각으로 사전학습했다(약 600회). 각 모델을 GSM8K, StackMathQA, Alpaca, MusicPile에 옵티마이저와 학습률을 바꿔 가며 파인튜닝했다(약 29,000회). 파인튜닝 손실(학습)과 사전학습 손실(망각)의 Pareto Frontier로 두 옵티마이저를 비교했다. 원인 분석을 위해 정답 logit이 오답 logit들보다 얼마나 높은지를 오답 logit의 퍼짐으로 나눈 Margin-to-Spread Ratio(MSR)를 정의했다. 그리고 선형 연상 메모리에서 GD와 Muon의 1-step 업데이트를 이론적으로 분석했다.
결과
- OLMo-60M에서 StackMathQA로 파인튜닝하면, 2.4B 토큰 사전학습에서는 Muon의 Frontier가 AdamW를 지배했다. 그보다 많은 토큰에서는 AdamW가 더 낮은 파인튜닝 손실과 더 적은 망각을 함께 보였다. 사전학습 손실은 모든 데이터 규모에서 Muon이 더 낮았다.
- 역전이 일어나는 토큰-파라미터 비율(crossover TPR)은 모델이 클수록 작아졌다. StackMathQA 기준 30M 모델은 320, 600M 모델은 10이었다.
- 저자들은 사전학습 손실이 가장 낮은 모델 대신 Frontier가 가장 좋은 사전학습 설정을 골라도 같은 역전이 나타난다고 보고했다.
- 언어 모델에서 MSR은 데이터가 적을 때 Muon이, 많을 때 AdamW가 더 컸다. 파인튜닝 결과의 추세와 일치한다.
- 선형 연상 메모리의 1-step 분석에서 GD/Muon MSR 비율은 데이터 예산이 커질수록 커지며 3π/8(약 1.18)에 아래쪽에서 다가간다는 것을 증명했다.
한계
실험은 600M 파라미터 이하 모델에 한정된다. 학습과 망각은 하류 작업 정확도가 아니라 손실로 측정했다. 이론 분석은 AdamW가 아닌 full-batch GD와 정확한 직교화를 쓰는 Muon을 비교한 것이다. 또 0에서 시작한 1-step 업데이트를 분석한 것이어서, 여러 스텝 학습은 시뮬레이션으로만 확인했다. crossover 지점은 파인튜닝 데이터셋에 따라 달라진다.
의미
사전학습 옵티마이저를 고를 때 사전학습 손실만 보면 파인튜닝 후 성능을 잘못 판단할 수 있다는 점을 보여 준다. 토큰을 많이 쓰는 최근 사전학습 흐름과 큰 모델에서는 Muon의 이점이 파인튜닝 단계에서 사라지거나 뒤집힐 수 있다.
핵심 용어
- Muon
- 그래디언트 행렬을 직교화(특이값을 모두 1로 맞춤)한 방향으로 가중치를 업데이트하는 옵티마이저다. LLM 사전학습 손실을 AdamW보다 빨리 낮춘다고 알려져 있다.
- 학습-망각 균형
- 파인튜닝으로 새 작업을 잘 배우는 정도와 사전학습 지식을 잃는 정도 사이의 균형이다. 이 논문은 이를 두 손실의 Pareto Frontier로 비교한다.
- Margin-to-Spread Ratio(MSR)
- 정답 logit과 오답 logit 평균의 차이를 오답 logit의 표준편차로 나눈 값이다. 클수록 출력이 흔들려도 정답이 유지되기 쉽다.
- Token-Parameter Ratio(TPR)
- 모델 파라미터 하나당 사전학습 토큰 수다. 사전학습 데이터 예산을 모델 크기에 맞춰 비교하는 지표로 쓴다.
원문
저자: Catherine Li, Jingchu Gai, Andrej Risteski, Jacob Mitchell Springer, Aditi Raghunathan · 게시 2026-11-02 · 라이선스 CC BY 4.0 · 본문 기준 분석
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