news 2026/9/21 1:12:30

无需训练!DCA让大模型轻松突破长上下文限制,附开源代码

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张小明

前端开发工程师

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无需训练!DCA让大模型轻松突破长上下文限制,附开源代码

Dual Chunk Attention (DCA)是一种无需微调即可提升大模型长序列处理能力的技术。它将长序列划分为多个小于预训练窗口的chunks,包含三种注意力机制:Intra-Chunk处理同一chunk内token,Inter-Chunk处理不同chunk间token,Successive-Chunk保留相邻chunks的局部相关性。DCA可从4K外推至32K,在zero-shot任务上媲美微调模型,且与FlashAttention无缝集成。



Introduction

提出 Dual Chunk Attention (DCA),无需微调或继续训练即可外推,实现与微调模型相媲美的长序列表现,且与 FlashAttention 无缝集成,已开源代码。

图 1:Dual Chunk Attention 机制运行实例

DCA 将长序列的 attention 计算划分为多个小的 chunks,每个 chunk 的长度均小于预训练窗口的大小。DCA 包含三部分:

  1. Intra-Chunk Attention:处理同一 chunk 内的 tokens,chunk 尺寸需小于预训练长度

    chunk 内的 query / key,正常计算 attention score

  2. Inter-Chunk Attention:处理不同 chunk 内的 token

    不相邻的 chunk 之间的 query / key,相对距离视作常数

  3. Successive-Chunk Attention:处理相邻 chunks 之间的 tokens,保留局部相关性

    相邻的 chunk,保留一定的相对位置变化

DCA 具有如下特性:

  1. 强大的外推能力:无需训练,即可从 4K 外推至 32K,且 PPL 的上升可忽略不计
  2. 正交性:可与现有主流外推 / 插值方法共同使用
  3. 零样本迁移:在 zero-shot / few-shot 相关 benchmark 上,可与微调模型相媲美甚至更佳

Methods

对于长度为 的序列,我们将其划分为 个 chunk,确保每个 chunk 内的位置索引不超过 chunk 大小 。

Intra-Chunk Attention

Intra-Chunk Attention 用于计算同一个 chunk 内的 query 和 keys 之间的内积。

position index

如图 1 中 a 所示,输入序列长度为 ,预训练长度为 10,分割为 2 个 chunk。然后,key 和 query 的 position idx 在 chunk 大小 内进行缩放。

具体而言,key 的 position index 为:

更形式化的,在 Intra-Chunk Attention 中,query 和 key 的 position index 为:

attention score

对同一 chunk 内的绝对位置索引 和 , 和 之间的位置编码之差 为:

对应的 attention score 计算方式如下:

Inter-Chunk Attention

Inter-Chunk Attention 用于聚合不同 chunk 之间的信息。此时,为了反映信息流方向,当 时,期望 。

此时不能再使用 ,例如 和 之间的相对距离为 。因此,key 的位置索引可以以 界进行重复,但 query 的位置索引需要重新设置。

为确保 query 的位置索引大于所有先前 chunk 的 key 的位置索引,一种简单的策略是为其分配一个相当大的位置索引,例如:设置为预训练期间的最大位置索引 ,其中 为预训练上下文长度:

对应的相对位置矩阵为:

如图 1 b 所示,为所有位置分配一个常数 的 ,其大于 中最大位置索引 ,我们通过 Intra-Chunk Attention 填补矩阵 中其余空白的部分。

Successive-Chunk Attention

Successive-Chunk Attention 可被视为 inter-chunk attention 的一种特殊 case,其旨在维护 LLMs 的局部性,即:下一个 token 的预测严重依赖相邻 tokens。

到此,还有另一个问题 ,即:无法拟合局部相关性!!!因此,我们引入 successive-chunk attention 来处理这种情况。

具体来说,调整 中的前个位置索引,如图 1 c 所示。给定预训练长度、chunk 尺寸,且时,若保持局部窗口,则 Successive-Chunk Attention 的位置索引 为:

更形式化的,给定 chunk 尺寸 、预训练大小 、局部窗口 ,有:

其中:

  • 表示局部窗口大小,可直接设置为预训练长度与 chunk 尺寸之差

结合 Intra-Chunk、Inter-Chunk、Successive-Chunk,最终计算 为:

对应的 attention score 计算方式为:

Normalization

Softmax layer

在 query 与 key 计算内积之后,通过 softmax 进行归一化:

其中 表示 hidden states 的维度。

Flash Attention

将 DCA 与 FlashAttention 结合的 Pytorch 风格的伪代码如下所示:

借助 FlashAttention,DCA 在 GPU 内存用量、推理速度上达到了与原生 self-attention 相当的水平:

Inference time & GPU memory Usage

Experiments

详见原论文。


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