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LoKiFormer:面向高效大語言模型預訓練的區域性感知注意力與解耦知識記憶架構

文章摘要

一篇被ICML 2026接收的論文提出LoKiFormer架構,透過區域性融合注意力和知識記憶模組,分別增強序列內部區域性建模和外部全域性知識訪問,預訓練收斂速度比基線快1.33倍。

來源arXiv Machine Learning作者: Qiuwu Chen, Zimo Liu, Yuchen Li, Ying Sun, Yifan Zhang, Zhijie Qiu, Zeng You, Ryan Dong, Simeng Ma, Yaofo Chen, Mingkui Tan
LoKiFormer:面向高效大語言模型預訓練的區域性感知注意力與解耦知識記憶架構
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大型語言模型(LLM)在各類任務中表現卓越,但其預訓練架構在效率上仍有明顯短板。一篇近日出現在 arXiv 上的論文(編號 2608.12419,已被 ICML 2026 接收)指出,當前主流架構存在兩個核心問題:第一,自注意力機制缺少對區域性性的顯式歸納偏置,模型會重複建模序列內部的區域性資訊;第二,混合專家模型(MoE)將知識儲存與計算路徑隱式繫結,導致模型難以靈活呼叫序列之外、訓練語料中的全域性知識。作者認為,這兩點共同造成了預訓練階段的冗餘計算與知識利用不充分。

針對上述問題,由 Qiuwu Chen 領銜的 11 位研究者提出了名為 LoKiFormer 的新架構。該架構在標準解碼器之外額外引入兩個專用模組。其一是區域性融合注意力(Local Fusion Attention, LFA),它在注意力計算前加入卷積融合操作,使模型能夠顯式捕捉相鄰 token 之間的區域性模式,再讓注意力機制基於更富資訊量的表示進行互動,從而減少對區域性資訊的重複建模。其二是知識記憶模組(Knowledge Memory Module, KMM),該模組利用引數化的鍵值記憶,將全域性知識顯式存放在可定址的槽位中,使儲存與計算相互解耦。這樣一來,模型在預訓練時既可以利用區域性上下文,也可以直接檢索外部全域性知識,無需像 MoE 那樣把知識壓縮排神經網路的權重裡。

實驗部分,LoKiFormer 與多種基線模型進行了對比,其中包括標準的 Transformer 架構和基於 MoE 的模型。結果顯示,該架構在預訓練階段的收斂速度達到基線的 1.33 倍。這意味著在相同計算預算下,LoKiFormer 可以更快地達到目標困惑度,或者在相同訓練步數內獲得更低的損失。論文作者認為,這一提升來自對區域性與全域性資訊的更高效整合,同時也說明解耦儲存與計算可能成為未來高效 LLM 設計的重要方向。此外,LFA 與 KMM 的互補設計使得模型既保留了注意力的全域性建模能力,又具備區域性的歸納偏置和顯式的知識訪問路徑。

該論文於 2026 年 8 月 12 日提交至 arXiv,並已獲得 ICML 2026 錄用。論文所屬領域為機器學習(cs.LG),並已分配 arXiv 編號 2608.12419,同時提供了 PDF 與 HTML 版本供研究者閱讀。值得注意的是,論文的 DOI 正在透過 DataCite 註冊,尚未生效。對於關注 LLM 預訓練效率、注意力機制改進以及知識儲存設計的研究者,LoKiFormer 提供了一個值得深入分析的新思路。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • 指出LLM預訓練低效的兩個原因:自注意力缺乏區域性性歸納偏置,MoE將知識儲存與計算路徑耦合。
  • LoKiFormer引入區域性融合注意力(LFA),用卷積融合顯式捕捉區域性模式。
  • 設計知識記憶模組(KMM),以引數化鍵值記憶解耦儲存與計算,支援直接檢索全域性知識。
  • 預訓練收斂速度提升1.33倍。

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