长时段LLM智能体服务的并行上下文压缩

arXiv cs.AI 论文

摘要

介绍了用于长时间范围LLM智能体的并行上下文压缩,实现了对摘要量的细粒度控制,并相比多个骨干模型上的顺序同步压缩,降低了端到端延迟。

arXiv:2605.23296v1 Announce Type: new Abstract: 长时间范围的LLM智能体会积累不断增长的对话历史,最终超出模型的上下文窗口。通过基于LLM的摘要进行上下文压缩可以保持对话在边界内,但摘要本质上有损,且阻塞调用会使智能体推理暂停数十秒。此外,由于提示指令基本被忽略,操作员无法细粒度控制摘要量;随着上下文增长,模型产生的输出令牌数量及其保留的信息在不同运行中波动较大,使得智能体保留的知识在不同运行间不可预测。我们引入了用于长时间范围智能体流程的\textbf{并行压缩},并在四个骨干模型(参数范围从8B到120B,混合了密集和MoE架构,包括推理和非推理模型)上,以HotpotQA多跳问答和LoCoMo长上下文对话基准,将其与顺序同步基线进行对比。并行压缩为操作员提供了对摘要量的细粒度、可预测的控制,并允许对每个块进行更有针对性的提示工程。在匹配的压缩解码量下,与顺序基线相比,它减少了端到端实际时间并提高了压缩吞吐量。
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# 针对长 horizon LLM 智能体服务的并行上下文压缩

**来源:** https://arxiv.org/html/2605.23296 – \\IEEEauthorblockNMusa Cim, Burak Topcu, Chita Das, Mahmut Kandemir\\IEEEauthorblockAThe Pennsylvania State University \{mtc5693, bvt5283, cxd12, mtk2\}@psu\.edu

###### 摘要

长 horizon LLM 智能体在运行过程中会积累不断增长的对话历史,最终超出模型的上下文窗口。通过基于 LLM 的摘要进行上下文压缩可将对话限定在可控范围内,但摘要本质上有信息损失,且阻塞调用会使智能体推理停滞数十秒。此外,由于提示指令在很大程度上被忽略,操作员无法对摘要体积进行细粒度控制;随着上下文增长,模型生成的输出 token 数量及其保留的信息量在不同运行间波动显著,使得智能体保留的知识不可预测。我们针对长 horizon 智能体流程引入了**并行压缩**,并与顺序同步基线进行了对比,使用了四种从 8B 到 120B 参数规模的后端模型,混合了密集型和 MoE 架构以及推理型和非推理型模型,在 HotpotQA 多跳 QA 和 LoCoMo 长上下文对话基准上进行测试。并行压缩赋予操作员对摘要体积的细粒度、可预测控制,并支持对每个块进行更精准的提示工程。在匹配的压缩解码体积下,它相比顺序基线减少了端到端耗时,并提高了压缩吞吐量。

## 1 引言

大型语言模型(LLM)智能体越来越多地部署在长 horizon 场景中,例如在单个会话中处理多个任务:基于累积证据的多跳问答、带工具使用的智能体代码编辑、以及多会话对话。在每种场景中,对话历史随每次交互增长,引发多个实际问题:每 token 延迟随序列长度增加;对话最终超出模型的上下文窗口;且在该窗口达到之前,推理质量就已下降,因为模型被迫关注越来越长且信号稀薄的历史记录。摘要这一自然补救手段也有其局限性:随着上下文增长,模型难以生成长度和内容可预测的摘要。上下文压缩定期将对话历史总结为更短的表示形式,使智能体在处理更多任务时上下文保持可界定。生产系统如 Anthropic 的 Claude Code\[anthropic2025claudecode\] 和 OpenAI 的 Codex\[openai2025codex\],以及广泛使用的框架如 LangChain\[langchain\] 和 LlamaIndex\[llamaindex\],在接近窗口限制时依赖 LLM 摘要调用来压缩上下文。这种压缩通常以同步方式进行,由于摘要本质上比原始内容短,信息必然有损失:上下文在 token 数上被缩减 90–99%,但模型决定保留什么、丢弃什么,且无法保证不同运行间的一致性。在交互式场景如 CLI 编码智能体中,信息损失尤其有害:压缩过于激进,使得最近上下文(包含智能体刚刚积累的洞见)与其他内容一起被大幅压缩,迫使智能体在后续轮次中重新发现并重建该上下文,代价是额外的 token 和时间。

当前的前沿模型支持 100k 到 1M token 的上下文窗口(大约 150–2500 页密集文本 PDF)。然而,将这么多材料一次性输入单个推理调用,在大多数用例上收益递减:众所周知的限制如“中间迷失”\[liu2024lost\] 和“上下文腐烂”\[hong2025contextrot\] 表明 LLM 难以关注长而信号稀薄的历史记录,同样的限制也适用于摘要过程;例如,要求模型压缩 96k token 上下文的调用,模型对整个历史关注不佳,产生短且不一致的摘要。在长 horizon 多轮智能体流程中,上下文压缩的摘要体积、信息保留以及延迟成本尚未被系统性地表征——无论是针对朴素的顺序基线还是并行方法。我们的贡献如下:

1. **压缩行为的表征。** 我们通过实验证明,在四种从 8B 到 120B 参数规模的后端模型上,摘要输出体积基本上与输入和提示无关。当输入从 2k 增长到 96k token 时,输出仅增长约 3 倍;将指令从“简洁”改为“非常详细”几乎不影响输出。此外,在较长的上下文下,摘要长度和内容都变得不稳定,使得智能体面临的信息损失不可预测。
2. **并行压缩的设计与表征。** 我们引入并行压缩,这是一种基于块的设计,通过块计数给予操作员对摘要体积的直接、细粒度控制,并在 HotpotQA 和 LoCoMo 上使用四种后端模型,针对顺序基线进行表征,报告端到端耗时、压缩吞吐量以及从 16k 到 2k token 的块大小扫描下的摘要体积。

## 2 背景与动机

### 2.1 长 horizon LLM 智能体

我们考虑一个在单个对话会话中处理一系列任务 \((q_1, q_2, ..., q)\) 的 LLM 智能体。在时间步 \(t\),智能体接收任务 \(q_t\),并将其附加到累积的对话历史 \(\mathcal{H}_t = [s, u_1, a_1, ..., u_{t-1}, a_{t-1}]\) 中,其中 \(s\) 是系统提示,\(u_i\) 是第 \(i\) 条用户消息(包括支持上下文),\(a_i\) 是相应的模型回复。随着处理更多任务,增长的上下文长度提高了每 token 的解码成本。

### 2.2 上下文压缩

当上下文长度超过阈值 \(\tau\) 时,压缩将对话历史总结为更短的表示形式:

\[\hat{\mathcal{H}}_t = \text{LLM}_{\text{compact}}(\mathcal{H}_t \oplus p_c) \quad (1)\]

其中 \(p_c\) 是一条压缩指令提示。智能体会阻塞直至摘要生成,之后压缩后的摘要替换对话历史。阈值 \(\tau\) 的选择构成了一个基本权衡:较低的阈值保持较小的上下文,但会带来更多阻塞开销并存在信息丢失风险;较高的阈值保留更多上下文,但允许延迟增长。

### 2.3 动机测量

在引入并行压缩之前,我们展示了一些动机测量,以表征顺序压缩的基本局限——为什么提示工程和输入长度本身无法控制摘要体积,以及同步压缩带来了多大的耗时开销,从而激发了采用不同方法的必要性。

#### 2.3.1 摘要输出与输入无关

我们测量了输入长度是否能够控制摘要体积。在四种后端模型上,针对 HotpotQA 和 LoCoMo,输入长度增长 48 倍(2k → 96k),而平均输出仅增长约 3 倍(表 1 (https://arxiv.org/html/2605.23296#S2.T1))。

**表 1:** 平均摘要输出 vs. 输入长度。输出在输入增长时几乎保持不变。

**要点 #1:** 当输入长度从 2k 增长到 96k token(48 倍)时,摘要输出仅增长约 3 倍:模型自我限制其输出,无论接收多少上下文。

#### 2.3.2 压缩主导智能体耗时

为了量化同步压缩的成本,我们在不同的上下文阈值下端到端运行智能体流程,并测量总耗时中有多少花在压缩调用上。表 2 (https://arxiv.org/html/2605.23296#S2.T2) 显示,在低阈值下,同步压缩主导了耗时,在 HotpotQA 上消耗高达 62% 的总执行时间,即使在较高阈值下也仍然显著。开销随频率叠加:在 \(\tau=16\)k 时,每次运行压缩触发 15 次,每次都是完全停滞;而在 \(\tau=96\)k 时,仅发生 2 次压缩,但每次处理更长的上下文。因此,减少每次调用的延迟是提高端到端吞吐量的主要杠杆。

**表 2:** 压缩占端到端耗时的比例 vs. 阈值。

**要点 #2:** 同步压缩可能成为长 horizon 智能体流程中的瓶颈,消耗端到端耗时的相当大一部分。

## 3 实验方法

### 3.1 基准测试

我们评估两个智能体流程基准测试。**HotpotQA**\[yang2018hotpotqa\] 是一个基于 Wikipedia 的多跳 QA 数据集。**LoCoMo**\[maharana2024evaluating\] 提供长时间多会话对话,每个会话包含多个 QA,采用多项选择题格式\[percena\_locomo\_mc10\]。我们一次提供一个文档,并在阅读后立即提问,因此对话像长 horizon 智能体的历史那样累积。对于每个问题,后端 LLM 生成自由形式的答案,由 Qwen3-30B 作为独立的 LLM 评审器,使用评分模板进行评判,以确定性的方式进行,且对模型自身不可见,以避免自我偏好偏差。LLM 评估者往往偏爱自己的输出\[panickssery2024llm, xu2024pride\],因此使用与后端(GPT 和 Llama)不同模型系列的评审器可确保更公平的评估。

**表 3:** 基准测试统计。

请参考图注。

**图 1:** 顺序压缩与并行压缩概览。

## 4 并行压缩

当对话长度超过压缩阈值 \(\tau\) 时,并行压缩经历三个阶段(图 1 (https://arxiv.org/html/2605.23296#S3.F1)):

1. **快照与分区。** 复制当前对话 \(X\),记录其长度,并将其划分为连续块,每个块大小为 \(B\) 个 token,其中 \(N = \lceil |X| / B \rceil\),且 \(B\) 是固定的配置旋钮。
2. **分发。** 对于每个块 \(k \in \{1, ..., N\}\),构建一个提示,依次包含块 1 到 \(k\),其中块 \(k\) 被包裹在 `<target> ... </target>` 标记中。所有提示同时分发给 vLLM 服务器。
3. **合并。** 当所有工作线程完成后,按块顺序拼接每个块的摘要,形成压缩后的历史 \(\hat{\mathcal{H}}_t\),替换原始快照。

**前缀感知的目标在尾部布局。** 存在两种自然的替代方案:仅向每个工作线程提供其块(独立块),或向每个工作线程提供整个快照并附带一个特定于工作线程的标记(共享完整前缀)。独立块会破坏前缀缓存并丢失跨块上下文;共享完整前缀也会破坏它,因为每个工作线程的标记落在不同的偏移位置。前缀感知的目标在尾部布局是一个折中方案:目标块位于可见提示的末尾,即注意力最强的地方;每个工作线程的前缀严格扩展前一个工作线程的前缀,从而保留缓存;同时,由于每个工作线程看到其块之前的完整对话历史,跨块上下文得以维持。这天然适合智能体流程,其中对话按时间顺序从左到右构建,因此前缀总是反映上下文累积的因果顺序。

### 4.1 模型

我们评估四种后端模型,以覆盖生产部署中最相关的规模:**Llama-3.1-8B**(小型密集型)、**gpt-oss-20B**(中型 MoE 推理型)、**Llama-3.3-70B**(大型密集型)和 **gpt-oss-120B**(大型 MoE 推理型)。这四种模型涵盖了小型/大型、密集型/MoE、推理型/非推理型架构。表 4 (https://arxiv.org/html/2605.23296#S4.T4) 列出了每个模型的类型、推理能力、上下文窗口和 GPU 配置。该选择还涵盖了实际成本范围,从大多数从业者可访问的单 GPU 部署到代表前沿服务成本的大型 MoE 模型。

**表 4:** 实验中使用的模型。

### 4.2 硬件与推理基础设施

所有实验均使用启用前缀缓存和分块预填充的 vLLM。Llama-3.1-8B 和 gpt-oss-20B 在单个 H100 上以 TP=1 提供服务;gpt-oss-120B 在单个 H100 上以 TP=1 且使用 mxfp4 权重提供服务;Llama-3.3-70B 需要跨一个 H100 NVL 对以 TP=2 提供服务。每次测量在专用 GPU(或 NVLink 对)上运行,无其他工作负载共享设备。

请参考图注。

**(a) HotpotQA**

请参考图注。

**(b) LoCoMo**

**图 2:** 在顺序压缩下,三种提示变体和四种后端模型的输出 token 数 vs. 输入长度。

## 5 表征顺序压缩

顺序压缩在上下文超过阈值 \(\tau\) 时,对整个对话快照发起一次阻塞摘要调用。我们沿着两个轴表征该基线:输出体积缩放(测量模型在输入增长和提示变化时产生多少输出)以及运行间稳定性(测量在相同输入下多次调用中输出的稳定性)。

### 5.1 提示与输入无关性

图 2 (https://arxiv.org/html/2605.23296#S4.F2) 绘制了四种后端模型在 HotpotQA (a) 和 LoCoMo (b) 上,三种提示变体下的摘要输出 token 数与输入长度的关系。两个模式主导。首先,四种后端模型在从 2k 到 96k 的完整输入扫描中,输出 token 数均处于狭窄范围内,远未达到输入长度增长 48 倍所暗示的幅度。其次,将提示从“简洁”改为“非常详细”几乎不影响曲线。该行为在密集型和 MoE 架构上一致,在推理型和非推理型模型上,在两个基准测试中也一致。Llama-3.3-70B 在相同输入长度下倾向于产生比其它后端模型更大的输出,但其行为在多次运行中非确定性的,使得其输出体积更难预测。操作员没有有效的提示侧旋钮来随着对话变长而增加摘要体积。

实际操作后果是,顺序压缩随着上下文增长逐渐丢弃越来越多的对话内容:在 2k 输入时,模型在摘要中保留约 48% 的 token,但在 96k 时,该比例降至约 3%。

**要点 #3:** 改变提示对输出长度没有显著影响:模型在很大程度上忽略长度指令,并自我限制其输出,无论提示要求简洁还是非常详细。

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