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반복 퇴화(Repetition Degeneration) 근본 원인 분석 + Fix 보고서

날짜: 2026-02-26
모델: Korean 1B SFT (checkpoint-0005000)
문제: 생성 시 57% 3-gram 반복률, "### 답변:" 패턴 반복

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1. 핵심 발견: 반복률 57%의 근본 원인

🔴 원인 #1 (가장 큰 원인): 프롬프트 포맷 불일치

	학습 시 포맷	평가(sft_quick_check) 시 포맷
유저 턴	<|user|>\n{질문}\n<|assistant|>\n	### 질문: {질문}\n### 답변:
EOS	</s>	없음

SFT 데이터는 <|user|> / <|assistant|> 포맷으로 학습했는데, 평가는 ### 질문: / ### 답변: 포맷으로 수행함.

이건 모델이 한 번도 본 적 없는 포맷이므로:

• EOS를 언제 생성해야 하는지 모름 → 무한 생성
• ### 답변: 패턴이 pretrain 코퍼스에 있었을 가능성 → 반복 루프 진입

🟡 원인 #2: 추론 파라미터 부재

• repetition_penalty 미적용 (기본 1.0)
• no_repeat_ngram_size 미적용
• stop sequence 미구현

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2. 실험 결과 (17개 파라미터 조합 × 2 포맷)

올바른 SFT 포맷 (<|user|> / <|assistant|>)

Config	Avg 3-gram Rep	비고
baseline (T=0.8, no penalty)	5.4%	포맷만 맞춰도 57% → 5%로 급감!
rep_penalty=1.1	0.0%	✅ 완전 해결
rep_penalty=1.2	0.0%	✅
no_repeat_3gram	0.0%	✅
best_combo	0.0%	✅
temp=0.5 (낮은 온도)	15.5%	❌ 오히려 악화
contrastive_a0.6_k4	35.4%	❌ 간이 구현은 효과 없음

잘못된 포맷 (### 질문: / ### 답변:)

Config	Avg 3-gram Rep	비고
baseline	35.3%	포맷 불일치로 심각
rep_penalty=1.1	1.9%	거의 해결되지만 품질 저하
rep_penalty=1.2	0.0%	반복은 없지만 출력 품질 나쁨 (깨진 텍스트)
temp=0.5	57.5%	← 보고된 57% 수치와 일치!
contrastive_a0.4_k6	60.9%	최악

핵심 인사이트

1. 포맷 수정만으로 반복률 57% → 5%로 감소 (10배 개선)
2. rep_penalty=1.1 추가하면 5% → 0% (완전 해결)
3. 잘못된 포맷에서 rep_penalty로 반복을 억제하면 품질이 심각하게 저하 (깨진 텍스트 출력)
4. 낮은 temperature(0.5)가 오히려 반복을 악화시킴 (확률 분포가 뾰족해져서 같은 토큰에 빠짐)

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3. 즉시 적용 가능한 최적 파라미터 조합

✅ 추천 설정 (즉시 적용)

# eval/generate.py 또는 추론 코드에 적용
generation_config = {
    # 1. 올바른 프롬프트 포맷 사용 (가장 중요!)
    "prompt_template": "<|user|>\n{question}\n<|assistant|>\n",
    
    # 2. 생성 파라미터
    "temperature": 0.8,
    "top_p": 0.9,
    "top_k": 50,
    "repetition_penalty": 1.1,       # 최소한의 반복 억제
    "no_repeat_ngram_size": 3,        # 3-gram 반복 완전 차단 (보험)
    "max_new_tokens": 512,
    
    # 3. EOS token
    "eos_token_id": 2,                # </s> token ID
}

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4. Stop Sequence 구현 코드

토큰 ID 매핑

'</s>'          → [2]                          (단일 토큰, 이미 EOS로 사용)
'### 답변:'     → [493, 2894, 2894, 10663, 36] (5 토큰)
'### 질문:'     → [493, 2894, 2894, 6326, 36]  (5 토큰)
'<|user|>'      → [473, 2526, 887, 201, 2526, 927] (6 토큰)
'<|assistant|>' → [473, 2526, 29273, 16, 24232, 2526, 927] (7 토큰)

구현 방법 (generate.py 수정)

# eval/generate.py의 generate() 함수에 추가

def generate(..., stop_strings=None, repetition_penalty=1.0, no_repeat_ngram_size=0):
    # ... 기존 코드 ...
    
    # Stop sequence token IDs 사전 계산
    stop_seqs = []
    if stop_strings:
        for s in stop_strings:
            stop_seqs.append(tokenizer.encode(s).ids)
    
    new_token_ids = []
    
    for _ in range(max_new_tokens):
        logits_all, _ = model(generated_ids)
        logits = logits_all[:, -1, :].clone()
        
        # --- Repetition penalty ---
        if repetition_penalty != 1.0:
            for token_id in set(generated_ids[0].tolist()):
                if logits[0, token_id] > 0:
                    logits[0, token_id] /= repetition_penalty
                else:
                    logits[0, token_id] *= repetition_penalty
        
        # --- No-repeat n-gram blocking ---
        if no_repeat_ngram_size > 0:
            all_ids = generated_ids[0].tolist()
            if len(all_ids) >= no_repeat_ngram_size:
                last_ngram = tuple(all_ids[-(no_repeat_ngram_size - 1):])
                for i in range(len(all_ids) - no_repeat_ngram_size + 1):
                    if tuple(all_ids[i:i + no_repeat_ngram_size - 1]) == last_ngram:
                        logits[0, all_ids[i + no_repeat_ngram_size - 1]] = float("-inf")
        
        # ... 기존 sampling 코드 ...
        
        new_token_ids.append(next_token_id.item())
        
        # --- Stop sequence 확인 ---
        for seq in stop_seqs:
            if len(new_token_ids) >= len(seq) and new_token_ids[-len(seq):] == seq:
                new_token_ids = new_token_ids[:-len(seq)]  # stop seq 제거
                return tokenizer.decode(new_token_ids)
        
        # EOS
        if eos_token_id is not None and next_token_id.item() == eos_token_id:
            break

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5. 학습 레벨 근본 Fix

5.1 현재 학습 코드 진단

✅ 잘 되어 있는 것:

• SFTDataset에서 labels=-1로 prompt 토큰 마스킹 → response 토큰에만 loss 계산
• </s> EOS 토큰이 response 끝에 추가됨
• ignore_index=-1로 CrossEntropyLoss 사용

⚠️ 개선 필요:

• 반복 억제 학습 전략 없음 (Unlikelihood Training 등)
• 데이터 품질 필터링 없음 (반복적인 응답 포함 가능)

5.2 Unlikelihood Training 추가 (중기)

# train/trainer.py의 _compute_loss() 수정

def _compute_loss(self, logits, targets, input_ids=None, alpha_ul=0.5):
    """Loss = CE_loss + alpha * Unlikelihood_loss"""
    B, S, V = logits.shape
    
    # 기존 CE loss
    ce_loss = F.cross_entropy(
        logits.reshape(B * S, V),
        targets.reshape(B * S),
        ignore_index=-1,
    )
    
    if input_ids is None or alpha_ul == 0:
        return ce_loss
    
    # Unlikelihood loss: 이전에 나온 토큰의 확률을 낮추는 loss
    probs = F.softmax(logits, dim=-1)  # [B, S, V]
    
    # 각 position에서 "이전에 이미 나온 토큰" 집합 구성
    # Negative candidates = 이전 context에서 나온 토큰들
    ul_loss = torch.tensor(0.0, device=logits.device)
    count = 0
    
    for b in range(B):
        seen_tokens = set()
        for s in range(S):
            if targets[b, s] == -1:
                seen_tokens.add(input_ids[b, s].item())
                continue
            
            # 현재 position에서 seen tokens의 확률
            for tok in seen_tokens:
                # Unlikelihood: maximize log(1 - p(tok))
                p = probs[b, s, tok]
                ul_loss -= torch.log(torch.clamp(1 - p, min=1e-8))
                count += 1
            
            seen_tokens.add(targets[b, s].item())
    
    if count > 0:
        ul_loss = ul_loss / count
    
    return ce_loss + alpha_ul * ul_loss

5.3 데이터 증강: 반복 필터링 (중기)

# data/filter_repetitive.py
def filter_repetitive_samples(jsonl_path, output_path, max_3gram_rep=0.15):
    """반복률이 높은 샘플 제거"""
    import json
    
    kept, removed = 0, 0
    with open(jsonl_path) as fin, open(output_path, 'w') as fout:
        for line in fin:
            obj = json.loads(line)
            output = obj.get('output', '')
            
            # 3-gram 반복률 계산
            tokens = output.split()
            if len(tokens) >= 3:
                ngrams = [tuple(tokens[i:i+3]) for i in range(len(tokens)-2)]
                rep = 1 - len(set(ngrams)) / len(ngrams) if ngrams else 0
                if rep > max_3gram_rep:
                    removed += 1
                    continue
            
            fout.write(line)
            kept += 1
    
    print(f"Kept: {kept}, Removed: {removed}")

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6. 로드맵

🟢 단기 (즉시, 코드 수정만)

1. 평가 프롬프트 포맷을 <|user|> / <|assistant|>로 수정 — 이것만으로 57% → 5%
2. repetition_penalty=1.1 추가 — 5% → 0%
3. no_repeat_ngram_size=3 추가 — 보험
4. sft_quick_check 스크립트의 프롬프트 템플릿 수정

🟡 중기 (1-2주)

1. 데이터 품질 필터링 (반복적 응답 제거)
2. Unlikelihood Training loss 추가 (alpha=0.1~0.5)
3. EOS 생성 학습 강화: response 끝 EOS에 weight 1.5x 부여
4. 다양한 temperature에서의 robustness 테스트

🔵 장기 (1개월+)

1. HuggingFace transformers 호환 모델 변환 → generate() 내장 기능 활용
2. RLHF/DPO: 반복 없는 응답을 preferred로 학습
3. Contrastive Search (진짜 hidden-state 기반) 구현
4. 모델 크기별 반복 퇴화 비교 분석

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7. sft_quick_check 수정 예시

기존 (잘못됨):

prompt = "### 질문: 한국의 수도는 어디인가요?\n### 답변:"

수정 (올바름):

prompt = "<|user|>\n한국의 수도는 어디인가요?\n<|assistant|>\n"

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부록: 실험 전체 결과

테스트 스크립트: eval/test_generation_params.py
결과 JSON: eval/repetition_param_search_results.json

총 17개 파라미터 조합 × 2개 포맷 (sft_format, wrong_format) = 34 실험 수행. 모든 실험은 checkpoint-0005000 기준, 5개 프롬프트, max_new_tokens=200.