大模型推理的二维早退优化
摘要
作者提出一种二维早退方法,同时裁剪层与输入句子,在 Llama 3.1/3.2、Gemma 与 Qwen 模型的情感任务上额外获得 1.4–2.3 倍加速。
arXiv:2604.18592v1 公告类型:新
摘要:我们提出一种二维(2D)早退策略,在大语言模型的分类任务中协同层级别与句子级别的退出。通过逐句增量处理输入,并渐进激活更深的层,我们的方法实现了乘法级的计算节省,优于单独优化任一维度。在四个前沿 LLM(Llama 3.1、Llama 3.2、Gemma、Qwen;3B–8B 参数量)与三个情感分类数据集上的实验表明,相比最优层早退,在简单任务上 vanilla 模型可再提速 1.4–2.3×,复杂多类问题则优雅降级。微调会削弱但并未消除这一优势。该方法与模型无关,仅需轻量级分类适配器,且与量化、剪枝等互补加速手段正交。实验结果显示,当语义信息沿输入结构可预测累积时,二维早退策略表现优异,暗示其可拓展至情感分类之外的序列处理任务。
查看缓存全文
缓存时间: 2026/04/22 08:29
# 大语言模型推理的二维早退优化
来源:https://arxiv.org/html/2604.18592
Jan Hůla₁ David Adamczyk₁ Tomáš Filip₁ Martin Pavlíček₁ Petr Sosík₁,₂
1 奥斯特拉发大学模糊建模研究与应用中心,捷克 70200 奥斯特拉发
2 奥帕瓦西里西亚大学哲学院计算机科学研究所,捷克 74601 奥帕瓦
{jan.hula, david.adamczyk, tomas.filip, martin.pavlicek, petr.sosik}@osu.cz
###### 摘要
我们提出一种二维(2D)早退策略,在大语言模型分类任务中同时协调“层维度”与“句维度”的提前退出。通过逐句增量输入并同步逐层加深计算,该方法在两类独立优化之上实现乘法级加速。在 4 个主流 LLM(Llama 3.1、Llama 3.2、Gemma、Qwen;3B–8B 参数)与 3 个情感分类数据集上的实验显示,相比最优层早退, vanilla 模型在简单任务上再提速 1.4–2.3×,复杂多类任务优雅降级。微调会削弱但无法消除这一优势。方法模型无关,仅需轻量分类适配器,且与量化、剪枝等正交。实验表明,当语义信息沿输入结构可预测累积时,2D 早退效果最佳,可推广至更多序列处理任务。
关键词:大语言模型,推理优化,早退,输入裁剪
## 1 引言
大语言模型(LLM)以卓越能力革新 NLP,却伴随巨额算力、内存与能耗,尤其在推理阶段。对高吞吐但相对简单的分类任务,部署完整 LLM 造成巨大浪费。早退策略通过“中间层置信即停”成为热门方向。本文提出二维(2D)早退:同时优化“层”与“句”两个退出维度。直觉是,许多分类任务只需文本前半即可判定类别。图 1 展示随句数与层数增加,正确概率的演化。我们以句为语义单元,逐句喂入模型,并同步逐层加深计算,形成图 2 所示的“矩形计算块”。一旦累积置信超阈值即停,显著快于纯层早退。贡献如下:
- • 方法:将层早停与句裁剪整合为协同过程,实现乘法级而非加法级加速,不牺牲精度。
- • 评测:在 4 个 SOTA LLM(Llama-3.1-8B、Llama-3.2-3B、Gemma-3n-E4B、Qwen2.5-7B)与 3 个情感数据集上,vanilla 模型在简单任务再提速 1.4–2.3×,复杂任务优雅降级。
- • 分析:探讨微调影响、超参指南及 2D 策略适用条件。
Gemma-3n-E4B vanilla(仅适配器训练)
见题注
Gemma-3n-E4B 微调后
见题注
图 1:Gemma-3n-E4B vanilla(上)与微调(下)在 MMS 数据集上逐句逐层准确率热力图,共 7100 条 10 句样本。
## 2 背景
传统 LLM 推理加速手段包括剪枝、量化、蒸馏,均属静态压缩,推理结构固定,虽有效但易掉点且迁移性差。动态推理则在运行时调整算力,如级联模型、Matryoshka 嵌套模型、MatFormer 等。
### 2.1 早退策略
早退通过“退出触发器”在中间层停止计算,与剪枝/量化正交,无需改架构。
- 基于置信度:DeeBERT、FastBERT、PABEE 等附辅助分类器,熵或校准置信超阈值即停,可获 33–12× 加速。
- 学习式策略:ConsistEE、CAT 等用 RL 或 SVM 学习退出时机,层深减少双位数百分比。
- 架构级:LayerSkip 在训练时逐层 dropout,推理可跳层;GREEN-CODE 在代码生成场景节能 23–50%。
- token/序列级:CALM、DEER、NEAT 等按 token 或神经元动态停,CoT 长度减少 19–80%。
本文 2D 早退与 CALM 等同持“非均等计算”直觉,但改在“句”这一自然语义边界操作,避免 token 级缺失隐状态与 KV-Cache 麻烦,实现乘法级节省。
## 3 方法
核心思想:同步在“层”与“句”两维早退,以句为最小语义单元。样本按附录 A 算法分句。句嵌入取句内所有 token 嵌入的均值。每层输出接轻量分类适配器(两层 FC:Linear→ReLU→Linear→Softmax)。
### 3.1 训练
损失函数鼓励中间层对完整及部分输入均正确。设模型共 L 层,样本 x 含 m 句,ei,k(x) 为第 i 层第 k 句嵌入,前缀嵌入 pei,j(x) 为前 j 句平均。
训练分两种:
- 仅适配器:冻结模型,仅训练各层分类器。
- 全模型微调:更新全部参数。
(后续公式与实现细节略,详见原文。)相似文章
基于自监督早期退出机制加速大语言模型推理
本文介绍了一种针对大语言模型的自监督早期退出方法,允许在置信度较高时在中间层提前停止计算,从而降低推理成本。此外,还提出了动态自推测解码(DSSD),相比现有基线实现了更高的令牌接受率。
FlexEE:用于卸载感知LLM推理的自推测与KV兼容早期退出框架
FlexEE介绍了一种自推测和KV缓存兼容的早期退出框架,用于卸载部署中的高效LLM推理,在Llama模型上实现了显著加速,且精度损失最小化。
基于强化学习的经验驱动式LLM动态退出策略
介绍了LEDE,一个利用离线强化学习动态选择退出层和推测长度的框架,用于LLM的自推测解码,相较于自回归解码实现了高达2.7倍的加速。
River-LLM:基于 KV 共享的大模型无感早退方案
River-LLM 提出一种无需训练的 decoder-only 大模型早退框架,通过 KV 共享消除 KV-cache 缺口,在无损质量的前提下实现 1.71–2.16 倍推理加速。
新功能:Llama.cpp 自适应推测,加速推理
Llama.cpp 引入自适应推测,可动态调整令牌预测以实现更快的推理速度,最高可提升50%的性能,尤其适用于Qwen3.8等模型。