We address transformer attention on energy-constrained physical substrates. Softmax attention requires exponentiation and global reduction, operations with high energy cost on von Neumann hardware and no natural physical analog. We show that Kuramoto synchronization dynamics (which arise in electrical, mechanical, superconducting, and charge-density-wave oscillator arrays, among other physical systems) implement a well-defined attention operation. The resulting mechanism, \emph{fixed-query oscillator attention}, replaces softmax's arithmetic with the equilibration of a gradient flow on the sphere: queries are learned anchors fixed on the sphere, and free oscillators evolve under Kuramoto--Lohe dynamics until they settle at positions encoding attention weights via cosine similarity. Because the computation is equilibration, no global exponential normalization is needed. The fixed point is provably unique and globally attractive from almost every initial condition, a guarantee that holds across every physical realization. Empirically, at the minimal hardware configuration (oscillator dimension $d_{\mathrm{osc}} = 2$), oscillator attention matches softmax on keyword spotting, and on subject-verb agreement it trains more reliably while reaching softmax's accuracy. Softmax retains an advantage on causal language modeling, but the gap decays as a power law in $d_{\mathrm{osc}}$. The main objective of this work is not to replace softmax in software but to provide a mathematically grounded blueprint for accurate attention on physical substrates.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

ICML 2026教程:用KET统一Attention与Diffusion
专知会员服务
12+阅读 · 7月10日
SIGIR2022|基于注意力超图网络的交互协同聚类
专知会员服务
25+阅读 · 2022年5月14日
【AAAI2022】同时适用于同质和异质性的图神经网络
专知会员服务
32+阅读 · 2022年1月3日
【ICLR 2019】双曲注意力网络,Hyperbolic  Attention Network
专知会员服务
84+阅读 · 2020年6月21日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
一文读懂Attention机制
机器学习与推荐算法
63+阅读 · 2020年6月9日
白话attention综述(上)
AINLP
12+阅读 · 2019年12月14日
赛尔笔记 | Attention!注意力机制可解释吗?
哈工大SCIR
23+阅读 · 2019年9月27日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 9月25日
Arxiv
0+阅读 · 9月7日
Arxiv
27+阅读 · 2018年4月12日
Arxiv
11+阅读 · 2018年2月4日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关资讯
一文读懂Attention机制
机器学习与推荐算法
63+阅读 · 2020年6月9日
白话attention综述(上)
AINLP
12+阅读 · 2019年12月14日
赛尔笔记 | Attention!注意力机制可解释吗?
哈工大SCIR
23+阅读 · 2019年9月27日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员