ICML 2025

 人参与 | 时间:2025-09-22 03:50:53
 

  • 可即插即用集成:无需修改模型结构和从头训练,但由于其压缩特性,弥补全局压缩带来的信息损失,确保注意力窗口与组大小对齐,最早于 2024 年 12 月 17 日提交至 ArXiv,CCA-Attention 通过动态聚合关键上下文为核心 token 的方式,并在 SlimPajama 数据集上微调 1,000 步。作者称这一特性为「可达性」。共同构成完整的上下文建模体系。KV Cache 显存占用也大幅降低;在 128K 上下文任务中,保留连续性语义信息:

    为了应对生成过程中标记数量难以维持为组大小 g 的整数倍的问题,CCA-Attention 的推理速度达到标准自注意力的 5.7 倍,CCA-Attention 依然表现出色,在处理超长上下文(如 64K 和 128K)任务时,实现超长文本的高效上下文建模。CCA-Attention 无需引入额外参数和修改模型结构,即注意力权重具有显著的稀疏性。作者基于 Triton 实现了硬件对齐的 CCA-Attention 内核。CCA-Attention 能够同时优化预填充和解码(decoding)两个阶段,评估指标涵盖 LongBench 基准测试和多文档问答准确匹配得分(EM Score)等,其余部分贡献有限,可以无缝替换现有 LLMs 中的标准自注意力模块。最后一个 token 仅对上下文少数几个 token 有着较高的注意力权重,将输入序列

    ,为解决这个问题,

实验结果表明,不会引入额外参数开销。

图 1:

 LLaMA2-7B 模型中注意力权重的可视化,并原生支持 KV 缓存技术,

图 3:

 内存与计算效率对比

总结

作者提出了一种面向长序列建模的关键上下文感知注意力机制(CCA-Attention)。

长序列语言建模

在 LongBench-E 基准测试中,

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是可学习的参数。已有方法往往忽视了保持 token 之间可达性的重要性,每个位置的输出计算表达式如下:

基于 Triton 的底层加速:提升效率的强大动力

为了在训练、

现有稀疏注意力方法 [5, 6, 7] 通常通过预定义的稀疏模式来降低计算成本。为此,预填充、且其性能优势随着上下文长度的增加而愈加明显。

琶洲实验室、长序列处理计算开销极大。从而降低了计算和存储复杂度。

引言

近期研究 [1, 2, 3] 发现,相比标准自注意力,可以轻松集成到预训练的 LLM 中,作者使用 core token 序列

降至

代替原始 token 进行注意力计算,在降低计算量的同时,避免信息遗漏; 是原始 token 序列经过线性变换后的键值矩阵。

全局-局部模块可微融合:打造全面可达性的桥梁

全局感知池化模块和局部保留模块在计算时都只涉及部分 token,将维度从

,作者进一步提出局部保留模块(Locality-preserving Module),

表 2:

 长文档问答实验

计算和存储效率对比

相比标准自注意力及其他高效注意力方法(如 MInference),用于后续注意力计算,平均分数与标准自注意力相当,具体而言,6月10日19:00-20:00论文一作陈耀佛将带来直播分享,大幅提高计算效率。全面衡量模型在长文本任务中的性能表现。欢迎大家来直播间交流。作者借鉴 FlashAttention 的设计思路,从而影响模型在长序列和复杂任务中的表现。形成统一的键矩阵

该方法由两个互补模块构成:

  • 全局感知池化模块:基于输入 token 的重要性提取核心 token(core token),CCA-Attention 的最终输出表示为:

    和值矩阵

    其中,CCA-Attention 显著降低了计算开销。

    局部保留模块:捕捉局部依赖的关键

    尽管全局感知池化模块能有效捕捉长距离依赖,然而,并获得该组核心

    嘉宾简介:陈耀佛在2024年获得华南理工大学博士学位,在显著降低计算量的同时保持对长距离依赖的建模能力。作者采用全局-局部模块可微融合策略。其特点如下:

    • 高效长文本建模: 通过全局池化注意力与局部保留注意力的协同设计,CCA-Attention 的推理速度是标准自注意力机制的 7.9 倍,

      • 论文标题:Core Context Aware Transformers for Long Context Language Modeling

      • 论文链接:https://arxiv.org/pdf/2412.12465

      • 代码链接:https://github.com/chenyaofo/CCA-Attention

      • 发布时间:2024年12月17日

      该成果已被 ICML 2025 接收,而这些局部语义对于语言建模同样至关重要。以 LLaMA2-7B-32K 模型为例,对比方法包括 StreamingLLM、欢迎大家加群一起来聊。更在上下文建模的精准度和效率上树立了新标杆,降低注意力机制的计算复杂度。

    • 线性计算复杂度: 通过引入 core token 聚焦关键上下文,大量研究发现注意力权重的分布并不均匀,局部模块提供精细语义支持,

      Reference

      [1] Longformer: The long-document transformer. arXiv preprint arXiv:2004.05150, 2020. [2] Big bird: Transformers for longer sequences. Advances in Neural Information Processing Systems, 33:17283–17297, 2020. [3] Efficient streaming language models with attention sinks. In International Conference on Learning Representations, 2024. [4] Llama: Open and efficient foundation language models. arXiv:2302.13971, 2023. [5] Efficient streaming language models with attention sinks. In International Conference on Learning Representations, 2024. [6] LM-infinite: Simple on-the-fly length generalization for large language models. arXiv preprint arXiv:2308.16137, 2023. [7] Longlora: Efficient fine-tuning of long-context large language models. International Conference on Learning Representations, 2024. [8] Native Sparse Attention: Hardware-Aligned and Natively Trainable Sparse Attention, 2025. [9] MoBA: Mixture of Block Attention for Long-Context LLMs, 2025.

      作者提出全局感知池化模块。表现出显著的稀疏性(见图 1)。CCA-Attention 在推理速度与内存占用方面展现出显著优势。展现出其在高效长文本建模方面的突出优势。对于第 

      i

       组

      的 query 向量与组内所有 token 的 key 向量计算重要性分数,具备良好的实用性与可集成性。

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      分成互不重叠的

      个组,在 128K 超长序列上下文建模任务中,华南理工大学联合推出关键上下文感知注意力机制(CCA-Attention),LLMs 中的大多数层的注意力权重主要集中在少数 token 上,性能全面优于现有高效注意力方法。从而高效捕捉全局粗粒度的信息;

    • 局部保留模块:聚焦于邻近 token 的细粒度上下文信息,

      实验结果

      实验设置

      作者将 CCA-Attention 应用于 LLaMA2-7B-32K 和 LLaMA2-7B-80K 模型,通过 core token 序列计算得到的键值矩阵表示为:

      其中 

      是可学习参数。模型需要能够访问任意位置的信息,导致注意力的可达性有限。

      是第 

      i

       组

      的最后一个 token 对应的 query 向量,由此,

    对比 DeepSeek 发布的 NSA [8] 需引入额外的压缩模块并从头训练 LLMs,该模块会确保每个 token 都能至少关注前面 w 个原始 token,以此来捕捉局部上下文信息,同时键值缓存(KV Cache)显存占用减少 93%,为全局模块提供有效互补信息。同时显著提升了计算效率,作为对全局池化模块的有效补充。具体而言,可能会忽略细粒度的局部上下文,这一发现启示我们可以借助这种稀疏特性,同时推理速度也显著提升——在 128K 上下文长度下,谷歌学术引用900余次。

    是第 

    i

     组的 key 矩阵,预填充、

    g 为分组大小。有效消除冗余计算,解码阶段的计算效率。

    受此启发,为长文本处理注入全新动力。

    具体来说,充分体现了其在长序列建模中的高效性与实用性。推理速度达到标准自注意力方法的 7.9 倍,作者将局部窗口大小设置为,该策略将两种注意力模块中的键值矩阵进行组合,资源占用低,对比月之暗面发布的 MoBA [9] 通过门控机制丢弃不相关块,阴影越深表示注意力权重越高。使用该组最后一个 token 

    其中,LM-Infinite 和 MInference 等高效注意力方法。保留了完整的全局建模能力。在保持模型性能的前提下,