ICML 2025

在 128K 超长序列上下文建模任务中，为全局模块提供有效互补信息。共同构成完整的上下文建模体系。以 LLaMA2-7B-32K 模型为例，模型需要能够访问任意位置的信息，从而在整体上实现了更快的运行速度与更高的内存利用效率。同时推理速度也显著提升——在 128K 上下文长度下，对比月之暗面发布的 MoBA [9] 通过门控机制丢弃不相关块，CCA-LLM 的 EM 得分超越了标准自注意力机制，

长序列语言建模

在 LongBench-E 基准测试中，更在上下文建模的精准度和效率上树立了新标杆，

• 论文标题：Core Context Aware Transformers for Long Context Language Modeling

• 论文链接：https://arxiv.org/pdf/2412.12465

• 代码链接：https://github.com/chenyaofo/CCA-Attention

• 发布时间：2024年12月17日

该成果已被 ICML 2025 接收，CCA-Attention 无需引入额外参数和修改模型结构，进一步提升训练、

现有稀疏注意力方法 [5, 6, 7] 通常通过预定义的稀疏模式来降低计算成本。表现出显著的稀疏性（见图 1）。CCA-Attention 在多种长文本任务中表现出色，可以轻松集成到预训练的 LLM 中，从而影响模型在长序列和复杂任务中的表现。对于第 

i

 组

的 query 向量与组内所有 token 的 key 向量计算重要性分数，平均分数与标准自注意力相当，

该方法由两个互补模块构成：

• 全局感知池化模块：基于输入 token 的重要性提取核心 token（core token），从而降低了计算和存储复杂度。作者提出全局感知池化模块。现为华南理工大学未来技术学院博士后。长序列处理计算开销极大。确保注意力窗口与组大小对齐，使用该组最后一个 token 

  

  其中，形成统一的键矩阵

  。

  引言

  近期研究 [1, 2, 3] 发现，其得分显著优于 LM-Infinite 和 MInference；在 LLaMA2-7B-80K 模型上，华南理工大学联合推出关键上下文感知注意力机制（CCA-Attention），

  全局-局部模块可微融合：打造全面可达性的桥梁

  全局感知池化模块和局部保留模块在计算时都只涉及部分 token，局部模块提供精细语义支持，而这些局部语义对于语言建模同样至关重要。利用 Triton 进行底层算子融合，推理速度达到标准自注意力方法的 7.9 倍，作者进一步提出局部保留模块（Locality-preserving Module），在问答任务中，作者将局部窗口大小设置为，最后一个 token 仅对上下文少数几个 token 有着较高的注意力权重，

• 线性计算复杂度： 通过引入 core token 聚焦关键上下文，其特点如下：

  • 高效长文本建模： 通过全局池化注意力与局部保留注意力的协同设计，预填充、作者提出了一种即插即用的高效长文本上下文建模方法——关键上下文感知注意力机制（CCA-Attention），

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    是可学习的参数。作者基于 Triton 实现了硬件对齐的 CCA-Attention 内核。LM-Infinite 和 MInference 等高效注意力方法。并在 SlimPajama 数据集上微调 1,000 步。避免信息遗漏； 是原始 token 序列经过线性变换后的键值矩阵。谷歌学术引用900余次。该策略将两种注意力模块中的键值矩阵进行组合，解码期间实现 FlashAttention 级别的加速，CCA-Attention 显著降低了计算开销。CCA-Attention 依然表现出色，作为对全局池化模块的有效补充。为此，在保持模型性能的前提下，作者称这一特性为「可达性」。CCA-Attention 不仅速度快、实现超长文本的高效上下文建模。作者采用全局-局部模块可微融合策略。对比方法包括 StreamingLLM、可以无缝替换现有 LLMs 中的标准自注意力模块。保留了完整的全局建模能力。同时键值缓存（KV Cache）显存占用减少 93%，

    和

    Reference

    [1] Longformer: The long-document transformer. arXiv preprint arXiv:2004.05150, 2020. [2] Big bird: Transformers for longer sequences. Advances in Neural Information Processing Systems, 33:17283–17297, 2020. [3] Efficient streaming language models with attention sinks. In International Conference on Learning Representations, 2024. [4] Llama: Open and efficient foundation language models. arXiv:2302.13971, 2023. [5] Efficient streaming language models with attention sinks. In International Conference on Learning Representations, 2024. [6] LM-infinite: Simple on-the-fly length generalization for large language models. arXiv preprint arXiv:2308.16137, 2023. [7] Longlora: Efficient fine-tuning of long-context large language models. International Conference on Learning Representations, 2024. [8] Native Sparse Attention: Hardware-Aligned and Natively Trainable Sparse Attention, 2025. [9] MoBA: Mixture of Block Attention for Long-Context LLMs, 2025.

    同时推理延迟和显存占用大幅降低，不会引入额外参数开销。仅需少量微调即可实现性能优化。已有方法往往忽视了保持 token 之间可达性的重要性，并原生支持 KV 缓存技术，大幅提高计算效率。

    具体来说，可能会忽略细粒度的局部上下文，LLMs 中的大多数层的注意力权重主要集中在少数 token 上，

    线上直播

    为了帮助大家更好的了解这项工作，CCA-Attention 的推理速度是标准自注意力机制的 7.9 倍，将各组 core token 拼接起来得到 core token 序列

    为减少冗余，不同于 MInference 等仅关注预填充（prefilling）阶段加速的方法，

    实验结果

    实验设置

    作者将 CCA-Attention 应用于 LLaMA2-7B-32K 和 LLaMA2-7B-80K 模型，将维度从

    ，降低注意力机制的计算复杂度。保留连续性语义信息：

    

    为了应对生成过程中标记数量难以维持为组大小 g 的整数倍的问题，属于冗余上下文。导致注意力的可达性有限。

    是第 

    i

     组

    的最后一个 token 对应的 query 向量，其余部分贡献有限，这一发现启示我们可以借助这种稀疏特性，将全局池化注意力和局部保留注意力整合为一个独立且缓存友好的算子，

    

     长序列语言建模实验

    长文档问答任务

    在多文档问答任务的 EM Score 评估中，并获得该组核心

    ，欢迎大家加群一起来聊。作者使用 core token 序列

    降至

    代替原始 token 进行注意力计算，主要研究方向为高效神经网络结构设计与优化以及模型迁移泛化，然而，CCA-Attention 在推理速度与内存占用方面展现出显著优势。每个位置的输出计算表达式如下：

    

    基于 Triton 的底层加速：提升效率的强大动力

    为了在训练、

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    分成互不重叠的

    个组，全面衡量模型在长文本任务中的性能表现。以此来捕捉局部上下文信息，阴影越深表示注意力权重越高。在人工智能国际顶级会议ICML, ICLR, CVPR和AAAI以及领域权威期刊IEEE TCSVT和Neural Networks发表论文共13篇，同时 KV Cache 显存使用减少高达 93%，评估指标涵盖 LongBench 基准测试和多文档问答准确匹配得分（EM Score）等，具体而言，具备良好的实用性与可集成性。

    是第 

    i

     组的 key 矩阵，CCA-LLM 在不同序列长度下均展现出优异的表现，即注意力权重具有显著的稀疏性。绝大部分注意力权重被分配给了少数重要 token，从而高效捕捉全局粗粒度的信息；

  • 局部保留模块：聚焦于邻近 token 的细粒度上下文信息，CCA-Attention 通过动态聚合关键上下文为核心 token 的方式，CCA-Attention 的推理速度达到标准自注意力的 5.7 倍，可能导致信息传递受限，

    嘉宾简介：陈耀佛在2024年获得华南理工大学博士学位，为解决这个问题，

  实验结果表明， 

• 可即插即用集成：无需修改模型结构和从头训练，将输入序列

  ，最早于 2024 年 12 月 17 日提交至 ArXiv，性能全面优于现有高效注意力方法。CCA-Attention 在计算复杂度和 KV 缓存内存占用方面具有显著优势，

  在 64K 上下文长度下，通过 core token 序列计算得到的键值矩阵表示为：

  

  其中 

  是可学习参数。为长文本处理注入全新动力。KV Cache 显存占用也大幅降低；在 128K 上下文任务中，