彈性潛在迴圈(ELR):同一個檢查點,迴圈一次與同尺寸普通模型一樣快,多迴圈幾次就換來更高準確率
迴圈式語言模型反覆使用同一組層,所以一個檢查點能用推理算力換準確率,但只迴圈一次時通常明顯落後於同尺寸的非迴圈模型,作者稱之為“單迴圈稅”。ELR 用三個設計取消了這筆稅:帶可學習步長的門控狀態更新、同一次最佳化更新裡混合不同迴圈次數、讓每一輪感知自己的序號和預算。在 4B 稠密和 30B-A3B 混合模型上,四次迴圈比一次迴圈分別多出 7.25 和 4.75 分。資料來自作者自己的測試。
“迴圈式語言模型”的想法很直接:不是把幾十層各自獨立地堆起來,而是讓一小塊層重複使用多次,每多迴圈一次就多花一份推理算力。這樣同一個檢查點就能在速度與準確率之間調節,迴圈次數少就快,多就更準。但這個思路有個長期的尷尬:只迴圈一次時,模型通常明顯不如同尺寸的普通非迴圈模型。論文 2610.12582 把這個差距稱為“單迴圈稅”,並指出一旦延遲要緊,人們只好另用一個非迴圈模型,迴圈模型的“一個檢查點多種用法”也就失去了意義。論文提出的彈性潛在迴圈(Elastic Latent Recurrence,簡稱 ELR)想做的就是:一次迴圈的成本和準確率與同尺寸、同資料訓練的普通模型相當,之後每多一次迴圈就用更多推理算力換更高的準確率。
作者認為有三個設計起作用。第一,帶有可學習步長的門控狀態更新,使每一輪是在已有狀態上做受控的修改。第二,在同一次最佳化更新裡混合不同的迴圈次數:每個微批次均勻取樣一個迴圈次數,並透過所有迴圈做反向傳播;為了不丟掉一次迴圈的準確率,還強制一部分資料並行的計算單元輪換著只做一次迴圈,使一次迴圈出現的機率約為三分之一,並且一次迴圈和多次迴圈的梯度會在同一次更新裡被平均。第三,讓每一輪以自己在迴圈中的進度和總預算為條件,這樣同一塊層在不同輪次裡可以做不同的事。消融實驗顯示,常見的其他做法不能同時保住一次迴圈的準確率,前兩項負責保住它,第三項則降低每增加一次迴圈後的損失。
論文也關心成本。其一,混合深度訓練可以放到預訓練最後四分之一再引入,估計只比基線多約 16% 的訓練算力,如果在切換處加入零初始化的條件,這種後期方案的損失反而比一開始就混合深度訓練更低。其二,在混合專家模型裡,讓後面的迴圈重複使用第一次迴圈已經選出的專家路由,可把混合深度的更新時間縮短 11.7%,而準確率沒有可測的變化。其三,推理時標準做法要為每一次迴圈儲存各自的注意力 KV 快取,視訊記憶體隨深度增長。在後訓練得到的 Koi-4B 裡,六個注意力層中有三層位於迴圈塊,所以四次迴圈需要一次迴圈的 2.5 倍 KV 記憶體,即每個 128K 詞元請求 7.5 GiB 對 3.0 GiB(BF16)。改成只保留最後一次迴圈的 KV 快取,不需要重新訓練,就能把注意力 KV 記憶體固定在一次迴圈的水平,四次迴圈時分數相對按迴圈快取只下降 0 到 3%。
主要結果如下。在 4B 稠密和 30B-A3B 混合專家混合模型上,ELR 一次迴圈時在十項任務平均上比匹配基線低 0.52 分和高 1.04 分,四次迴圈再分別多出 7.25 和 4.75 分;4B 模型上最大的單項收益是 GSM8K 提高 11.8 分和 MATH-500 提高 11.3 分,30B-A3B 上是 MMLU-Pro 提高 7.5 分和 GSM8K 提高 6.5 分。代價體現在延遲上:一次迴圈的前向每一層只執行一次,因此首詞元時間和每詞元解碼延遲與非迴圈基線相同;每多一次迴圈只重複迴圈塊,在 4B 上四次迴圈時首詞元時間是基線的 2.33 倍,解碼延遲是 2.06 倍;三次迴圈就能拿到一到四次迴圈收益的 96%,首詞元時間為基線的 1.87 倍。把這套配方帶進後訓練,得到單個檢查點 Koi-4B:一次迴圈的估計得分約 18,與 Qwen3.5-4B 相當,四次迴圈約 29,這裡用的是人工分析智慧指數 v4.1 的權重。
怎樣讀這些結果?首先,所有數字都來自論文自己的實驗。作者在文中說明,Koi-4B 以及對照模型的分數都用的是自己的評測框架,而不是人工分析的官方數字,可能與已公佈的數值不同,也沒有同尺寸匹配的非迴圈模型可比。其次,“更多迴圈換更高準確率”並不是免費的:延遲、訓練複雜度和部署側的支援都要考慮,最後四次迴圈讓首詞元時間翻了一倍多。再次,論文的消融主要在較小的模型上做,能否推廣到更大規模,需要後續驗證。但如果你的產品既要低延遲的快速回答、又要在難題上多想幾輪,這個“一個檢查點、可調深度”的思路,比同時維護兩個模型要吸引人得多。
Sources
FAQ
“單迴圈稅”是什麼,ELR 怎麼避免?
迴圈式語言模型把一塊共享的層反覆使用,所以改變迴圈次數就能在推理算力與準確率之間取捨。但只迴圈一次時,這類模型通常比同尺寸的非迴圈模型差得多,所以延遲要求高時人們只能另用一個非迴圈模型。ELR 有三個設計:帶可學習步長的門控狀態更新;在同一次最佳化更新裡混合不同的迴圈次數;讓每一輪以自己的迴圈序號和預算為條件。前兩項保住一次迴圈時的準確率,第三項降低每增加一次迴圈後的損失。
訓練成本和推理記憶體怎麼樣?
論文稱,可以只在預訓練的最後四分之一階段引入混合深度,估計比基線多約 16% 的訓練算力,並在切換處加入零初始化的條件,使這種後期方案的損失比從頭就混合深度訓練更低。在混合專家模型裡,讓後面的迴圈複用第一次迴圈選出的專家路由,可把混合深度的更新時間縮短 11.7%,準確率沒有可測的變化。推理時若只保留最後一次迴圈的注意力 KV 快取,記憶體保持在一次迴圈的水平:在 Koi-4B 上,每個 128K 詞元請求,按迴圈分別快取四次迴圈需要 7.5 GiB,而一次迴圈為 3.0 GiB。
結果有多好,需要保留什麼?
在 4B 稠密模型和 30B-A3B 混合模型上,一次迴圈的 ELR 在十項任務平均上比同條件基線低 0.52 分和高 1.04 分,四次迴圈再分別增加 7.25 和 4.75 分;4B 上 GSM8K 和 MATH-500 的增幅最大,分別是 11.8 和 11.3 分。代價是延遲:4B 模型四次迴圈時首詞元時間為基線的 2.33 倍,解碼延遲為 2.06 倍,三次迴圈則以 1.87 倍的首詞元時間拿到一到四次迴圈收益的 96%。後訓練得到的 Koi-4B 一次迴圈約 18 分(估計的人工分析智慧指數),四次迴圈約 29 分,但這些分數來自作者自己的評測框架,可能與官方數字不同,且沒有同尺寸匹配的非迴圈對照。