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On State Reduction in Linear Attention:中文研读笔记

作者:Philipp Nazari、T. Konstantin Rusch
版本:arXiv:2602.04852v3,2026-09-29 修订
研读与获取日期:2026-10-13
材料:原文 PDF · 作者 TeX · 作者代码仓库
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论文总览

线性注意力把历史压缩进固定大小的矩阵状态,但预训练后的状态往往具有很不均匀的奇异值谱。本文把这一现象转化为一个部署问题:能否在预训练后,删除一部分 key/query 通道,直接缩小递归状态,并继续使用现有快速内核?

作者先把状态的稳定秩、key 的条件数和最坏情况下的读出噪声放大联系起来,再提出按每个 head 联合裁剪 key/query 的框架。核心选择器 DRRQR(Deep Rank Revealing QR)用强秩揭示 QR,从联合 key/query 激活中挑选一组保留主要方向、数值条件较好的原始通道。它不需要任务损失梯度,也避免了稠密旋转与逐通道卷积之间的冲突。

最值得记住的是三个结果:

  • 状态减半具有实用性,但恢复微调与任务类型影响结论。 Gated DeltaNet 1.3B 经 DRRQR 裁剪 50% 并恢复微调后,WikiText-2 困惑度为 16.3,原模型为 16.8;六项零样本平均准确率为 58.0%,原模型为 59.4%。
  • 语言建模质量不能代替记忆检索质量。 同一个纯递归模型在 4K NIAH 上从 81.3 降到 61.9;混合模型 Qwen3.5 9B 在仅裁剪递归层并微调这些组件后,4K NIAH 仍为 100.0。
  • 真正缩小状态能带来端到端收益。 H100 上,Gated DeltaNet 1.3B 的状态减半在 batch 64 解码时达到 1.47× 加速;batch 1 时为 1.03×。预填充通常约 1.14–1.16×,取决于 batch 和上下文长度。

来源:Sec. 5,Tables 1、4,pp. 8–9;Tables 17–20,pp. 28–29。

结构地图

原文章节在论证中的作用PDF 定位
1 Introduction从低秩状态引出预训练后压缩pp. 1–2,Fig. 1
2 Theoretical Insights递推、秩利用率、噪声敏感性pp. 2–5,Eqs. (1)–(7),Fig. 2
3 The Proposed Pruning Framework正交不变性、卷积约束、通道选择器pp. 5–7,Prop. 3.1
4 Related Work区分状态压缩、权重剪枝与量化pp. 7–8,Fig. 3
5 Experiments语言建模、跨域校准、规模、检索与速度pp. 8–9,Tables 1–4,Fig. 4
6 Discussion状态冗余与混合架构的分工假说p. 9
A Experimental Details预训练、LoRA 恢复、蒸馏和校准协议p. 14
B Additional MaterialDeltaNet 流程、DRRQR、旋转与卷积pp. 14–18,Algorithms 1–2
C Additional Experimental Results逐 head 分析、跨域、Mamba、检索、PCA、联合选择pp. 18–23,Tables 5–16,Figs. 5–6
D The Effective Rank;E Dynamical Systems Perspective稳定秩性质、梯度流解释pp. 23–24
F Proofs秩下界、子空间包含、读出与梯度条件数证明pp. 25–27
G Extended Results;H More Plots完整速度与语言评测、卷积滤波器图pp. 27–35,Tables 17–24,Figs. 7–8

一:动机——固定状态也可能浪费容量

1.1 参数稀疏不一定节省递归状态

每个 head 的状态为 $\mathbf S_t\in\mathbb R^{d_v\times d_k}$,其中 $d_k$ 是 key/query 维度,$d_v$ 是 value 维度。若只把投影权重中的部分元素置零,key 仍有 $d_k$ 个坐标,状态仍需存放 $d_vd_k$ 个元素。本文直接删掉投影矩阵的整列,使状态变为 $d_v\times d_k'$。

图 1:非结构化稀疏与真正缩小状态的结构化剪枝

来源:Fig. 1,p. 2。左侧的零权重没有缩小 key 的维度;右侧删除整条特征通道,状态列数才随之减少。

因此,论文中的“50% 压缩”指被剪层的递归矩阵状态元素减少 50%,在 $d_v$ 不变时等价于 $d_k'=d_k/2$。它不代表模型总参数、整个推理进程的显存或混合模型全部缓存也减少 50%。权重低秩分解、残差流裁剪和状态通道裁剪作用的位置不同,可以分别讨论。

1.2 低秩为什么提示压缩机会

如果状态的绝大部分谱能量只占少数方向,那么名义维度很大,并不意味着每个方向都在有效承载信息。本文用稳定秩量化这一现象,并研究删除弱通道后是否能保住实际任务能力。

这里有一个必要区分:观察某个时刻的低秩状态,还不足以给出一组跨输入、跨时间都可删除的坐标。作者通过校准数据选出固定的逐 head 通道集合,再用下游评测检验这种可部署的压缩。理论给出选择依据,质量收益来自实证验证。

二:方法——从秩分析到可部署的通道选择

2.1 先看递归记忆的写入和读出

符号维度与意义
$\mathbf X$$T\times h$,输入隐藏表示
$\mathbf W_Q,\mathbf W_K$$h\times d_k$,每个 head 的 query/key 投影
$\mathbf q_t,\mathbf k_t$$d_k$,读出地址与写入地址
$\mathbf v_t,\mathbf o_t$$d_v$,写入目标与输出
$\mathbf S_t$$d_v\times d_k$,矩阵记忆
$\beta_t$标量,Delta 更新强度
$\mathbf P_{\mathcal I}$$d_k'\times d_k$,保留坐标的选择矩阵

最简单的未归一化线性注意力为

$$ \mathbf S_t=\mathbf S_{t-1}+\mathbf v_t\mathbf k_t^\top, \qquad \mathbf o_t=\mathbf S_t\mathbf q_t, \qquad \mathbf S_0=0. $$

它将历史外积直接相加。DeltaNet 用当前 key 查出旧预测,把预测误差写回:

$$ \begin{aligned} \mathbf S_t &=\mathbf S_{t-1}(\mathbf I-\beta_t\mathbf k_t\mathbf k_t^\top) +\beta_t\mathbf v_t\mathbf k_t^\top\\ &=\mathbf S_{t-1} +\beta_t(\mathbf v_t-\mathbf S_{t-1}\mathbf k_t)\mathbf k_t^\top. \end{aligned} $$

因此,key 既控制写入方向,也控制擦除哪些旧信息;query 决定哪些方向能被读出。Gated DeltaNet 进一步加入输入相关的衰减。来源:Sec. 2.1,Eqs. (1)–(2),pp. 2–3。

附录给出在线回归解释:对当前样本损失

$$ \ell_t(\mathbf S)=\tfrac12\|\mathbf v_t-\mathbf S\mathbf k_t\|_2^2 $$

做步长为 $\beta_t$ 的梯度下降,就得到 DeltaNet。选择 key 特征也就等于缩小在线回归器的输入空间,约束快权重能够使用的假设类。连续时间梯度流的前向 Euler 离散化给出同一更新。来源:App. B.1,p. 15;App. E,p. 24。

2.2 代数秩、稳定秩和秩利用率各回答什么

对论文讨论的标量门控加 rank-one 更新这一类递推,状态的行空间由历史 keys 张成,列空间由历史 values 张成。因此,记 $\mathbf K_t=[\mathbf k_1,\ldots,\mathbf k_t]\in\mathbb R^{d_k\times t}$、 $\mathbf V_t=[\mathbf v_1,\ldots,\mathbf v_t]\in\mathbb R^{d_v\times t}$,有

$$ \operatorname{rank}(\mathbf S_t) \le \min\{\operatorname{rank}(\mathbf K_t), \operatorname{rank}(\mathbf V_t)\}\le t. $$

归纳证明的关键是把更新写成 $\alpha_t\mathbf S_{t-1}+\mathbf u_t\mathbf k_t^\top$:新行方向最多增加当前 key;而右乘转移矩阵不会在列空间中凭空创造超出已有 values 的方向。来源:Eq. (3),p. 3;App. F.2,pp. 25–26。

代数秩会把极小但非零的奇异值也计入,因而对非零状态,作者采用

$$ \operatorname{er}(\mathbf S) =\frac{\|\mathbf S\|_F^2}{\|\mathbf S\|_2^2} =\frac{\sum_i\sigma_i^2}{\sigma_1^2}, \qquad u(\mathbf S)=\frac{\operatorname{er}(\mathbf S)}{d}, \quad d=\min(d_v,d_k). $$

本文的 effective rank 明确指这个稳定秩(stable rank),不是另一种基于奇异值熵的定义。它不要求整数,且满足 $1\le\operatorname{er}(\mathbf S)\le\operatorname{rank}(\mathbf S)\le d$。 $u$ 则衡量相对当前维度上限的谱利用程度:$u=1$ 时所有 $d$ 个奇异值相等;$u$ 很小时,能量集中于少数方向。来源:Sec. 2.2–2.2.1,Eq. (5),pp. 3–4;App. D,pp. 23–24。

图 2:原始与 DRRQR 压缩后的状态奇异值分布

来源:Fig. 2,p. 3。横轴为奇异值 $\sigma$,纵轴为计数,均使用对数刻度;统计 DeltaNet 370M 的一个 head,在 FineWeb 长度 2048 的序列上跳过前 128 个 token。右图是 75% 压缩、恢复微调之前,极小奇异值的长尾显著缩短。两边矩阵维度不同,不能把柱高变化直接读作信息量增加。

2.3 key 条件数为何进入状态稳定秩下界

对加性记忆 $\mathbf S=\mathbf V\mathbf K^\top$,附录先假设 $\mathbf K\in\mathbb R^{d_k\times T}$ 满行秩,再把 values 按照 key 的行空间投影:

$$ \mathbf V=\mathbf V_\parallel+\mathbf V_\perp,\qquad \mathbf V_\perp\mathbf K^\top=0. $$

若 $\mathbf V_\parallel\ne0$,定义 $\nu(\mathbf V)=\operatorname{er}(\mathbf V_\parallel)$。于是

$$ \begin{aligned} \|\mathbf S\|_F^2 &\ge\|\mathbf V_\parallel\|_F^2\sigma_{\min}(\mathbf K)^2,\\ \|\mathbf S\|_2^2 &\le\|\mathbf V_\parallel\|_2^2\sigma_{\max}(\mathbf K)^2,\\ \operatorname{er}(\mathbf S) &\ge\frac{\nu(\mathbf V)}{\kappa(\mathbf K)^2}, \qquad \kappa(\mathbf K)=\frac{\sigma_{\max}(\mathbf K)}{\sigma_{\min}(\mathbf K)}. \end{aligned} $$

直觉是:若 keys 在某些方向上几乎退化,即使 values 有多个有效方向,写入过程也可能把谱能量压得很不均匀。对 DeltaNet,令 $\mathbf u_t=\beta_t(\mathbf v_t-\mathbf S_{t-1}\mathbf k_t)$, 就能把更新重新写成外积累加,用伪 values 的历史矩阵 $\mathbf U$ 代替 $\mathbf V$。

解读这个界时应保留两个条件。 第一,$\nu(\mathbf V)$ 虽只写了 $\mathbf V$,实际上还依赖 $\mathbf K$ 的行空间;换一组通道会改变投影,DeltaNet 的伪 values 也可能改变。第二,这是给定条件下的下界,不能据此宣称“降低 key 条件数必然提高真实状态秩”。DRRQR 实际约束的是联合 key/query 激活,和直接优化 $\mathbf S_t$ 仍隔着动态更新。来源:Eq. (4),p. 3;App. F.1,p. 25。

2.4 低利用率与最坏读出敏感性

设理想 query 为单位向量 $\mathbf q^*$,受到扰动后为 $\widetilde{\mathbf q}=\mathbf q^*+\boldsymbol\varepsilon$。定义相对误差放大率

$$ R(\mathbf q^*,\boldsymbol\varepsilon) = \frac{\|\mathbf S\boldsymbol\varepsilon\|_2/\|\mathbf S\mathbf q^*\|_2} {\|\boldsymbol\varepsilon\|_2/\|\mathbf q^*\|_2}. $$

在 $\mathbf S$ 满列秩、因而 $d_v\ge d_k$ 的假设下,Prop. 2.1 给出

$$ \max_{\|\mathbf q^*\|_2=1,\;\boldsymbol\varepsilon\ne0} R(\mathbf q^*,\boldsymbol\varepsilon) =\kappa(\mathbf S) \ge\frac{1}{\sqrt{u(\mathbf S)}}. $$

证明的几何图像很清楚:噪声沿最大奇异值方向,理想 query 沿最小奇异值方向,就得到 $\sigma_1/\sigma_{d_k}$。又因为 $u(\mathbf S)=d_k^{-1}\sum_i\sigma_i^2/\sigma_1^2\ge1/\kappa(\mathbf S)^2$,得到上述下界。低利用率意味着存在容易放大相对噪声的读出方向;特定 query 是否受影响,取决于其与谱方向的对齐。它没有给出平均噪声分布上的预期误差。来源:Eqs. (6)–(7),p. 4;App. F.3,pp. 26–27。

教学例子:$\mathbf S=\operatorname{diag}(1,0.01)$ 时, $\operatorname{er}=1.0001$、$u=0.50005$,但 $\kappa=100$。 取 $\mathbf q^*=(0,1)^\top$、$\boldsymbol\varepsilon=(\delta,0)^\top$, 输出相对扰动是 $100|\delta|$。这也说明 $1/\sqrt u$ 只是下界,不能用它估计实际最坏放大的精确大小。

App. F.4 还固定状态与输入、只考虑线性 query 映射, 得到 $\mathbf J=\mathbf S\otimes\mathbf x^\top$,其非零奇异值为 $\|\mathbf x\|_2\sigma_i(\mathbf S)$。因此局部 query 权重反传也继承同样的谱条件数;结论针对局部线性读出,尚未涵盖整层非线性与状态路径。

2.5 正交变换精确等价,降维选择则需要容忍误差

DeltaNet 每个 value 通道可以视为一个共享转移矩阵的线性时变系统:

$$ \mathbf h_t^{(i)} =(\mathbf I-\beta_t\mathbf k_t\mathbf k_t^\top)\mathbf h_{t-1}^{(i)} +\beta_t\mathbf k_t v_{t,i}. $$

一般可逆换基不改变输入输出映射,但会把转移矩阵变成左右方向不同的形式。若取正交矩阵 $\mathbf T\in O(d_k)$,同时令

$$ \mathbf k_t'=\mathbf T\mathbf k_t,\quad \mathbf q_t'=\mathbf T\mathbf q_t,\quad \mathbf S_t'=\mathbf S_t\mathbf T^\top, $$

则 Delta 更新形式保持不变,且 $\mathbf S_t'\mathbf q_t'=\mathbf S_t\mathbf q_t$。标量衰减不破坏这个性质,所以也适用于 Gated DeltaNet 的 sequence mixer。来源:Sec. 3.1,Eq. (8)、Prop. 3.1,p. 5。

真正压缩用的是矩形半正交矩阵 $\mathbf T\in\mathbb R^{d_k'\times d_k}$,满足 $\mathbf T\mathbf T^\top=\mathbf I_{d_k'}$, 但 $\mathbf T^\top\mathbf T$ 不再是恒等阵。于是完整维度下的换基不变性不能直接推出降维后的输出等价。目标是选择损失可接受的子空间,并通过恢复微调适应它。

2.6 为什么选通道,而不直接用 PCA

PCA 能选择高方差子空间,却需要混合原始通道。实际 DeltaNet 层在投影后还包含逐通道因果卷积、SiLU 和归一化。对每个卷积延迟 $j$,滤波器可写成对角矩阵 $\mathbf D^{(j)}=\operatorname{diag}(\mathbf w^{(j)})$。稠密旋转会产生 $\mathbf T\mathbf D^{(j)}\mathbf T^\top$,一般是稠密矩阵,无法继续用原来的 depthwise 卷积。

作者因此限制为坐标选择:

$$ \mathbf P_{\mathcal I} =[\mathbf e_{i_1},\ldots,\mathbf e_{i_{d_k'}}]^\top. $$

得到索引集合 $\mathcal I$ 后,对每个 head 同时:

  1. 保留 $\mathbf W_K$ 和 $\mathbf W_Q$ 的对应列;
  2. 保留 key/query 卷积滤波器的对应通道;
  3. 用新维度 $d_k'$ 执行原形式的递推和读出。

value 维度与每个 head 的输出维度保持原大小,所以不用把这次裁剪传播成残差流宽度压缩。选择还与逐点 SiLU 相容。归一化会在保留的坐标上重新计算,因此压缩后的动态仍需实证评估。来源:Sec. 3.2–3.3,pp. 5–6;Algorithm 1,p. 14。

附录研究了两个旋转补救方案:最近的对角滤波器为 $\mathbf W'=(\mathbf T\odot\mathbf T)\mathbf W$;或者预训练时在 head 内共享卷积,使卷积与旋转交换。前者只对滤波器的 Frobenius 近似误差最优;后者只解决卷积,SiLU 仍不与一般稠密旋转交换。来源:App. B.3–B.5,pp. 17–18。

2.7 四种选择器如何计算

所有方法最终都为每个 head 生成一个保留集合,并同时作用于 key/query。它们的区别在于如何给候选坐标估计重要性。

L1:联合投影权重幅值。

$$ s_j=\|\mathbf W_{Q,:j}\|_1+\|\mathbf W_{K,:j}\|_1. $$

S-Wanda:再乘输入激活大小。

$$ s_j=\sum_{i=1}^{h} (|W_{Q,ij}|+|W_{K,ij}|)\|\mathbf X_{:i}\|_2. $$

Grad:用任务损失的一阶敏感度。

$$ s_j=\sum_i\left( \left|W_{Q,ij}\frac{\partial\mathcal L}{\partial W_{Q,ij}}\right| + \left|W_{K,ij}\frac{\partial\mathcal L}{\partial W_{K,ij}}\right| \right). $$

前三种按分数保留每个 head 的 top-$d_k'$。L1 不需要校准,S-Wanda 需要前向激活,Grad 还需要完整模型损失的反向梯度,因此它是本文唯一直接感知当前任务目标的选择器。Rand 则随机选择通道,作为最简单的对照。来源:Sec. 3.4,pp. 6–7。

2.8 DRRQR:让保留列组成较好的数值基

在校准阶段,按样本作为行收集 $\mathbf K_{\rm cal},\mathbf Q_{\rm cal}\in\mathbb R^{N\times d_k}$, 并沿样本轴拼接

$$ \mathbf M=[\mathbf K_{\rm cal};\mathbf Q_{\rm cal}] \in\mathbb R^{2N\times d_k}. $$

这与理论部分“历史向量按列堆叠”的 $\mathbf K_t$ 方向不同。每一列始终对应一个可实际删除的通道;DRRQR 选择原始列,不把 QR 的正交基变成部署时的旋转层。

令目标维度 $k=d_k'$、原维度 $n=d_k$,带列主元 QR 给出初始置换:

$$ \mathbf M\mathbf\Pi =\mathbf Q_{\rm QR} \begin{pmatrix} \mathbf A_k&\mathbf B_k\\ 0&\mathbf C_k \end{pmatrix}. $$

随后计算

$$ \mathbf U=\mathbf A_k^{-1}\mathbf B_k,\quad \omega_i=\frac1{\|(\mathbf A_k^{-1})_{i,:}\|_2},\quad \gamma_j=\|(\mathbf C_k)_{:,j}\|_2, $$
$$ \rho_{ij}=\sqrt{|U_{ij}|^2+(\gamma_j/\omega_i)^2}. $$

若最大 $\rho_{ij}>f$,交换一个已选列和一个候选列,重新三角化;当所有 $\rho_{ij}\le f$ 时停止,输出置换中的前 $k$ 个原始通道。几何上,这是逐步增大已选列张成的平行多面体体积,避免选出近乎重复的方向。

当 $\operatorname{rank}(\mathbf M)\ge k$、容忍参数 $f\ge1$ 且满足强 RRQR 停止条件时,记 $c_f=\sqrt{1+f^2k(n-k)}$,有

$$ \sigma_i(\mathbf A_k)\ge\frac{\sigma_i(\mathbf M)}{c_f}, \quad \|\mathbf C_k\|_2\le c_f\sigma_{k+1}(\mathbf M), \quad \kappa(\mathbf A_k)\le c_f\frac{\sigma_1(\mathbf M)}{\sigma_k(\mathbf M)}. $$

已选列与 $\mathbf A_k$ 具有相同的非零奇异值。这些是校准联合激活矩阵的列选择保证;其用途是防止保留基过于退化,不是语言模型困惑度的上界,也没有证明所选 key 子矩阵必然满足同样的最优性。

来源:Sec. 3.4,pp. 6–7;Algorithm 2,p. 15;App. B.2,pp. 15–16。

三:实验——分别测选择质量、恢复能力与实际效率

3.1 模型与恢复协议

对象设置及比较目的
DeltaNet / Gated DeltaNet 370M作者用 FineWeb 10B token 预训练,检验小模型的剪枝与恢复
DeltaNet / Gated DeltaNet 1.3B使用现成预训练模型,检验更大递归模型
Mamba-2 370M / Mamba-Codestral 7B把状态空间中的 B、C 对应到 key、query;结果均为恢复微调前
Qwen3.5 9B Base混合架构,仅裁剪 Gated DeltaNet 层;恢复阶段只更新递归组件,exact-attention 层冻结

默认校准集含 128 条 FineWeb 样本;校准消融使用长度 2048 的序列。DRRQR 从激活中分别随机抽取约 2500 个 key 和 query。恢复微调(Recovery Fine-Tuning,RFT)使用:

  • FineWeb 32k 条样本,序列长度 2048,batch size 16;
  • LoRA rank 32、$\alpha=64$;
  • 学习率在 5% warmup 后由 $10^{-4}$ 衰减到 $10^{-5}$;
  • 额外解冻因果卷积与归一化层;
  • 以原模型为教师进行知识蒸馏。

“pre-RFT”衡量直接通道选择后的质量,“post-RFT”则包括恢复训练的贡献。部分 post-RFT 指标优于原模型,但这里没有等预算继续训练的未剪枝对照,因此不能单独归因于剪枝带来的正则化。来源:App. A,p. 14。

3.2 指标怎么读

语言建模:WikiText-2 和 LAMBADA perplexity(PPL)越低越好。零样本平均分由 ARC-Easy、ARC-Challenge、HellaSwag、WinoGrande、PIQA、LAMBADA 六项准确率等权平均;ARC-E、ARC-C、HellaSwag 和 PIQA 用 acc_norm,WinoGrande 与 LAMBADA 用 acc。这里 LAMBADA 既有 PPL 又有准确率,不能混为同一列。

记忆与检索:RULER 综合分、NIAH 单针检索,以及 SQuAD-/SWDE-completion 分数均越高越好。纯递归模型在 2K 训练长度下评测 2K 与 4K;本文的“长上下文”证据应按这些实际长度理解。

效率:H100-SXM、CUDA graph、相同未修改的 flash-linear-attention 内核;每配置 10 次预热、100 次测量,报告三次独立试验的中位数。decode 固定 prompt length 512,prefill 改变 batch 和序列长度。speedup 为同配置 baseline 耗时除以剪枝后耗时,大于 1 表示更快。来源:App. C.3–C.4,pp. 19–20;App. G,pp. 27–33。

四:结果——冗余是真实的,损失也依赖具体能力

4.1 状态减半后,哪些质量指标能保住

下表摘取 Table 20 中 DRRQR 的 50% 压缩结果。箭头依次表示原模型、pre-RFT、post-RFT;平均准确率单位为 %。

模型WikiText-2 PPL ↓LAMBADA PPL ↓六项平均准确率 ↑
DeltaNet 370M29.8 → 31.4 → 29.437.0 → 36.0 → 36.644.2 → 44.7 → 44.5
DeltaNet 1.3B16.7 → 20.5 → 17.511.9 → 47.2 → 11.850.0 → 45.7 → 49.7
Gated DeltaNet 370M28.8 → 31.6 → 28.735.9 → 39.4 → 40.644.4 → 44.0 → 43.8
Gated DeltaNet 1.3B16.8 → 17.3 → 16.39.7 → 14.2 → 12.059.4 → 57.5 → 58.0

来源:App. G.2,Table 20,p. 29;分任务结果在 Tables 21–24,pp. 30–33。

这组结果支持“当前语言建模任务并没有充分用满状态维度”,但恢复训练的作用在不同模型上很不一样。DeltaNet 1.3B 的 DRRQR 直接剪枝令 LAMBADA PPL 从 11.9 升到 47.2,恢复后才回到 11.8。相反,DeltaNet 370M 的直接剪枝已保持了平均准确率。

简单幅值剪枝在部分模型上失效:DeltaNet 370M 状态减半后,L1 的 WikiText-2 PPL 为 3843.5,S-Wanda 为 915.9,DRRQR 为 31.4。即使相同的参数维度被删除,选哪些通道仍决定模型是否可用。

进一步看 Gated DeltaNet 1.3B 的 post-RFT 结果:

删除比例选择器WikiText-2 PPL ↓LAMBADA PPL ↓平均准确率 % ↑
0%Baseline16.89.759.4
30%DRRQR15.910.758.8
30%Grad15.99.959.0
50%DRRQR16.312.058.0
50%Grad16.410.558.3
75%DRRQR17.914.756.2
75%Grad17.812.556.8

来源:Table 1,p. 8。50% 下 DRRQR 的 WikiText-2 PPL 更低,但 Grad 的 LAMBADA 和平均准确率更好;不存在一个方法在所有指标上统治另一个。75% 压缩的代价进一步上升。把“最多可删多少”表达成质量—容量曲线,比给所有任务统一的比例更合适。

4.2 秩利用率提升,是否只是分母变小

图 3:不同方法的状态秩利用率随 token 的变化

来源:Fig. 3,p. 7。横轴为 token 位置,纵轴为跨层、跨 head 平均的秩利用率。除未压缩 baseline 外,所有方法都使用相同的 75% 压缩后维度。Grad 与 DRRQR 在这个样本上最高,因而它们之间及与其他剪枝法之间的比较不受状态维度不同的干扰。

Table 5 给出逐 head 统计:baseline 的平均 $u$ 为 0.053,DRRQR 为 0.170,L1 为 0.124;DRRQR 与 baseline 的逐 head 利用率 Pearson 相关系数为 0.96,L1 为 0.68。这说明不同 heads 原本的容量利用存在异质性,DRRQR 较一致地保留了这种相对结构。来源:App. C.1,p. 18。

本次分析:该实验中 $d$ 从 128 降为 32,利用率提高包含明显的分母效应。按表内四舍五入的均值折算,平均稳定秩约从 $128\times0.053=6.78$ 变为 $32\times0.170=5.44$。因此准确的解读是“用四分之一容量保留了较大部分有效维度”,而不是“压缩创造了更多绝对记忆容量”。

App. C.5 的 Fig. 5(p. 21)比较更多选择器,Fig. 6(p. 22)比较恢复前后:压缩通常缩短谱尾,有些 head 出现谱间隙,恢复训练还会进一步改变谱结构。该现象提示动态重组,但论文尚未建立它与特定检索能力变化之间的因果联系。

4.3 条件数更小,未必代表选择更好

下表是 DeltaNet 370M、75% 压缩时,保留的联合 key/query 激活列的逐 head 统计中位数。

选择器$\sigma_{\min}$$\sigma_{\max}$$\kappa$
Baseline,128 维0.1049.4529
DRRQR,32 维0.9649.465
Grad,32 维0.6248.589
S-Wanda,32 维0.6522.542
L1,32 维0.6415.332
Rand,32 维0.1613.3116

来源:Table 6,p. 18。条件数一列是“每个 head 的比值”的中位数,不等于左右两列中位数相除。

DRRQR 在保留主要谱方向的同时提高了最小奇异值;L1 的条件数虽然最低,却把最大奇异值也大幅削弱了。因而本文的经验并非单纯“最小化条件数”,还需要保住对任务有用的强方向。DRRQR 与 Grad 每个 head 保留的 32 个通道中,中位重叠数为 26,随机选择的重叠为 8,说明两种准则捕捉到了相近的通道集合。

4.4 DRRQR 的突出优势是校准分布稳健性

固定 DeltaNet 370M、75% 压缩、pre-RFT,改变校准语料但始终在 WikiText-2 上评测:

校准语料,128 × 2048 tokenDRRQR PPL ↓Grad PPL ↓
FineWeb41.644.9
PG1941.553.8
Pile41.751.0

来源:Table 2,p. 8;完整校准消融见 Table 7,p. 19。

FineWeb 样本数从 8 增至 512,DRRQR 的 PPL 仅在 41.6–41.7 间变化;换 seed 后为 41.5–41.6。Grad 在同域也相对稳定,但换语料后的损失更大。作者解释为:Grad 的重要性分数依赖校准损失,而 DRRQR 更依赖激活子空间结构。

数值使用上须区分实验:Table 21(p. 30)的常规 75% pre-RFT 结果给出 DRRQR 42.0、Grad 46.7,与专门校准消融的 41.6、44.9 不完全一致;原文没有说明这组差异的具体来源。因此这里分别引用,不把它们当成同一次实验。

4.5 扩展到 Mamba-2:有效,但 Grad 在 7B 更强

Mamba-2 的 $\mathbf B,\mathbf C$ 分别扮演写入与读出地址的角色,因而也可以做耦合状态维度选择。所有下表结果均未做 RFT。

模型与压缩比例方法WikiText-2 PPL ↓平均准确率 % ↑
Mamba-2 370M,0%Baseline29.244.5
Mamba-2 370M,50%Grad34.142.5
Mamba-2 370M,50%DRRQR35.641.0
Mamba-Codestral 7B,0%Baseline14.564.4
Mamba-Codestral 7B,50%Grad16.759.9
Mamba-Codestral 7B,50%DRRQR17.657.1
Mamba-Codestral 7B,50%L125.748.8
Mamba-Codestral 7B,75%Grad22.452.4
Mamba-Codestral 7B,75%DRRQR26.748.8

来源:App. C.3,Tables 8–10,pp. 19–20;主文 Table 3,p. 8。

这证明框架可延伸到另一类递归架构,但并非规模越大越接近无损。7B 在减半状态时,DRRQR 平均准确率下降 7.3 个百分点,Grad 下降 4.5 个百分点;LAMBADA PPL 则分别由 6.7 升到 28.7 和 12.7。DRRQR 更稳健的校准表现与 Grad 在某些同域任务上的优势,需要同时保留。

4.6 长程召回是压缩真正暴露出的代价

Gated DeltaNet 1.3B 的恢复后结果:

方案RULER 4K ↑NIAH 4K ↑SQuAD ↑SWDE ↑
Baseline38.881.340.551.2
DRRQR 20%35.475.939.945.5
DRRQR 30%32.672.539.343.8
DRRQR 50%27.561.936.437.0
Grad 50%28.165.737.237.7

来源:Table 11,p. 20。状态减半时 DRRQR 的 RULER 下降 11.3 分、NIAH 下降 19.4 分,SWDE 也下降 14.2 分。即使 20–30% 压缩,某些完成任务的代价也已经可见。

混合模型 Qwen3.5 9B 的结论明显不同:

方案RULER 2K ↑RULER 4K ↑NIAH 4K ↑SQuAD ↑SWDE ↑
Baseline94.793.9100.065.392.7
DRRQR 50%,仅递归组件 RFT94.393.6100.066.092.3

来源:Table 12,p. 20;主文 Table 4,p. 9。

这里保持不变的 softmax attention 路径很可能承担了关键的长程记忆;这是作者提出、由结果支持的分工假说。不过两个模型规模和架构不同,实验并未通过关闭混合模型的 attention 层来隔离这一机制。

在恢复前,Qwen3.5 9B 的 DRRQR 50% 仍有选择优势:平均准确率 73.3% → 71.4%,而 L1 50% 为 50.9%;对应 WikiText-2 PPL 为 baseline 9.0、DRRQR 11.6、L1 38.0。来源:Table 13,p. 21。

4.7 端到端收益依赖 batch,且不等于状态缩小比例

图 4:Gated DeltaNet 1.3B 的端到端解码和预填充加速

来源:Fig. 4,p. 9。两个面板横轴都是 batch size,纵轴为相对原模型的速度倍数;青色为 50% 状态压缩,洋红色为 75%。左图 decode 使用 512-token prompt;右图 prefill 的虚线/点线区分 8K/2K 上下文。

完整 decode 表中的关键配置:

模型BatchBaseline,ms/token状态减半加速删除 75% 加速
Gated DeltaNet 1.3B12.721.03×1.05×
Gated DeltaNet 1.3B164.961.25×1.45×
Gated DeltaNet 1.3B6411.611.47×1.94×
DeltaNet 1.3B12.221.03×1.04×
DeltaNet 1.3B648.681.41×1.78×

来源:Table 17,p. 28。1.47× 表示同配置速度提高 47%;按表内值换算,耗时约为 $11.61/1.47=7.90$ ms/token,降低约 32%,不能写成耗时降低 47%。

对 prefill,Gated DeltaNet 1.3B 在 50% 压缩、2K、batch 1–2 时只有 1.00×,batch ≥4 时约 1.14–1.16×;8K/16K 大多也在这个区间。Table 18 中缺失的配置是原 chunked kernel 超过显存容量,不能把空格理解成零收益。

Table 19 另外隔离了 sequence mixer:2K、batch 8–32、50% 压缩时,mixer 加速 1.26–1.28×,峰值 VRAM 比为 0.72–0.73。这里不包含投影、归一化、FFN 等全模型开销。状态元素减半、mixer 峰值显存减少约 27–28%、全模型速度提升,是三个不同量。 来源:App. G.1,pp. 27–28。

4.8 PCA 与联合选择消融解释了设计选择

PCA 与卷积。 DeltaNet 370M 的 head 内共享卷积模型在未剪枝时具有相近质量:WikiText-2 PPL 29.5,对照为 29.8;平均准确率 43.8%,对照为 44.2%。共享卷积确实是一种代价不大的架构变体。可是在 50% 压缩时,保留高方差方向的 Proper PCA 在标准卷积模型上 PPL 约为 $3.2\times10^5$,共享卷积上仍为 155.76;相应 Grad 为 31.75 和 33.73。只修补卷积不能让 PCA 自动成为优秀的压缩方法。来源:Tables 14–15,pp. 21–22。

联合选择。 Table 16 比较“根据 K、Q 的联合信息选索引”“只根据 K 选索引”“只根据 Q 选索引”。三种情况下最终仍把同一索引集合用于 K 与 Q,区别是选择依据,不能误读成只裁剪其中一个分支。

DeltaNet 370M,50%,Wiki PPL ↓K+Q 评分仅 K 评分仅 Q 评分
L13843.5425218.333.0
S-Wanda915.9376074.033.0
DRRQR31.4286035.732.1
Grad31.717709.631.9

来源:App. C.7,Table 16,p. 23。

这张表有双重意义。对 DRRQR 和 Grad,联合信息能挑出更好的子空间;对幅值法,query-only 反而明显优于简单地相加 K/Q 幅值。强 key 权重不一定对应重要读出方向,原始幅值还可能失衡。因此,“联合选择的 L1 很差”并不等于所有幅值型基线都差;query-only 幅值是值得保留的更强对照。

五:结论——哪些认识可以带走

本文最实用的贡献是把状态压缩落实为权重、卷积和递推形状一致的通道裁剪,能够使用现有密集快速内核。DRRQR 为选择原始特征列提供了清晰的数值线性代数依据,并在所测校准分布变化下表现稳定。

理论上,稳定秩让“有效容量”有了可计算的谱指标,最坏读出敏感性则解释了为什么极不均匀的谱可能产生脆弱方向。不过,提高归一化利用率、改善联合激活的条件数、保住模型行为仍是三个相连但不同的问题;数据中 L1 的较低条件数和较差质量恰好说明了这一点。

应用上,应先确定关心的是下一词预测、短任务零样本质量还是精确长程召回,再选择压缩率。本文在语言建模上得到有说服力的容量冗余证据,纯递归模型在 4K 检索上的代价则表明:部分弱方向可能承载低频、长程但重要的信息。混合架构的结果使“按层分配不同容量”成为有价值的后续方向。

沿着本文最值得继续研究的三个问题是:

  1. 逐 head 自适应预算:利用 Table 5 的异质性,让冗余更大的 head 多压缩,而不是全部使用相同比例。
  2. 针对长程召回的选择目标:把检索样本或动态状态误差纳入校准,检验是否能保住纯递归模型的弱但必要方向。
  3. 混合模型的容量分工:在同一模型内控制 exact-attention 路径,测出递归层究竟承担局部加工、语义汇总还是精确存储,避免仅凭跨模型比较归因。

以上是基于本文证据提出的研究方向,尚不是原文已验证的结果。