Multimodal Large Language Models (MLLMs) have advanced unified reasoning over text, images, and videos, but their inference is hindered by the rapid growth of key-value (KV) caches. Each visual input expands into thousands of tokens, causing caches to scale linearly with context length and remain resident in GPU memory throughout decoding, which leads to prohibitive memory overhead and latency even on high-end GPUs. A common solution is to compress caches under a fixed allocated budget at different granularities: token-level uniformly discards less important tokens, layer-level varies retention across layers, and head-level redistributes budgets across heads. Yet these approaches stop at allocation and overlook the heterogeneous behaviors of attention heads that require distinct compression strategies. We propose HybridKV, a hybrid KV cache compression framework that integrates complementary strategies in three stages: heads are first classified into static or dynamic types using text-centric attention; then a top-down budget allocation scheme hierarchically assigns KV budgets; finally, static heads are compressed by text-prior pruning and dynamic heads by chunk-wise retrieval. Experiments on 11 multimodal benchmarks with Qwen2.5-VL-7B show that HybridKV reduces KV cache memory by up to $7.9\times$ and achieves $1.52\times$ faster decoding, with almost no performance drop or even higher relative to the full-cache MLLM.


翻译:多模态大语言模型(MLLMs)推动了文本、图像和视频的统一推理,但其推理过程受到键值(KV)缓存快速增长的限制。每个视觉输入会扩展为数千个token,导致缓存随上下文长度线性增长,并在解码过程中常驻GPU内存,即便在高端GPU上也会带来高昂的内存开销和延迟。常见解决方案是在固定分配预算下,以不同粒度压缩缓存:token级均匀丢弃不重要的token,层级调整各层的保留比例,头部级跨注意力头重新分配预算。然而,这些方法止步于分配环节,忽视了注意力头需要不同压缩策略的异质性行为。我们提出HybridKV——一种混合KV缓存压缩框架,通过三个阶段集成互补策略:首先,基于文本中心注意力将注意力头分类为静态或动态类型;其次,采用自上而下的预算分配方案层级分配KV预算;最后,对静态头执行基于文本优先的剪枝压缩,对动态头执行基于分块检索的压缩。在11个多模态基准上使用Qwen2.5-VL-7B进行的实验表明,HybridKV可将KV缓存内存降低高达7.9倍,解码速度提升1.52倍,同时性能几乎无下降,甚至相对于全缓存MLLM有所提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

从感知到推理:深度思考赋能多模态大语言模型
专知会员服务
25+阅读 · 2025年11月19日
当持续学习遇上多模态大型语言模型:综述
专知会员服务
32+阅读 · 2025年3月5日
《多模态大语言模型视觉提示》综述
专知会员服务
36+阅读 · 2024年9月25日
《多模态大语言模型评估综述》
专知会员服务
41+阅读 · 2024年8月29日
多模态大规模语言模型基准的综述
专知会员服务
41+阅读 · 2024年8月25日
《高效多模态大型语言模型》综述
专知会员服务
73+阅读 · 2024年5月20日
《多模态大型语言模型进化》最新综述
专知会员服务
105+阅读 · 2024年2月23日
通过集成 XNNPACK 实现推理速度飞跃
TensorFlow
26+阅读 · 2020年7月30日
【优青论文】深度神经网络压缩与加速综述
计算机研究与发展
17+阅读 · 2018年9月20日
CNN 模型压缩与加速算法综述
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年8月25日
国家自然科学基金
1+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 · 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
2+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
4+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
2+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 6月24日
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 6月24日
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关VIP内容
从感知到推理:深度思考赋能多模态大语言模型
专知会员服务
25+阅读 · 2025年11月19日
当持续学习遇上多模态大型语言模型:综述
专知会员服务
32+阅读 · 2025年3月5日
《多模态大语言模型视觉提示》综述
专知会员服务
36+阅读 · 2024年9月25日
《多模态大语言模型评估综述》
专知会员服务
41+阅读 · 2024年8月29日
多模态大规模语言模型基准的综述
专知会员服务
41+阅读 · 2024年8月25日
《高效多模态大型语言模型》综述
专知会员服务
73+阅读 · 2024年5月20日
《多模态大型语言模型进化》最新综述
专知会员服务
105+阅读 · 2024年2月23日
相关基金
国家自然科学基金
1+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 · 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
2+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员