网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

东方理工团队提出HiDrop:压缩90%视觉Token实现2.2倍加速

0
分享至

随着多模态大语言模型(MLLM)支持更长上下文,高分辨率图像和长视频会产生远多于文本的视觉 Token,在自注意力二次复杂度下迅速成为效率瓶颈。

现有研究通常通过渐进式剪枝来减少视觉 Token,但多采用固定策略,忽略了 MLLM 不同层在多模态处理中的功能差异。

通过对 MLLM 内部信息流的分析,本文发现不同层的功能存在明显差异:浅层主要传递视觉特征,中层进行跨模态融合,而深层则承担语义整合与推理,视觉信息在层间呈现明显的非均匀演化过程。

基于上述观察,宁波东方理工大学 / 宁波数字孪生(东方理工)研究院沈晓宇团队提出 HiDrop,通过 延迟注入(Late Injection) 、凹金字塔式剪枝(Concave Pyramid Pruning)和提前退出(Early Exit) 设计与模型层级功能对齐的视觉 Token 压缩策略。

实验效果: 在压缩约 90% 的视觉 Token 的情况下,HiDrop 仍能保持98.3%的模型性能,并实现1.72×的训练加速和2.2×的预填充加速。

图 1:不同视觉 Token 剪枝策略的对比。 FastV 和 TwigVLM 在浅层阶段进行早期剪枝,PDrop 在各层采用统一比例的逐层剪枝,而 HiDrop 根据模型层级功能动态调整视觉 Token:浅层延迟注入,中层进行非均匀剪枝,并在深层提前移除剩余 Token,从而在保持性能的同时显著降低计算开销。

目前,该论文已被 ICLR 2026 接收。

  • 论文标题:HiDrop: Hierarchical Vision Token Reduction in MLLMs via Late Injection, Concave Pyramid Pruning, and Early Exit
  • 论文链接:https://arxiv.org/pdf/2602.23699
  • 仓库链接:https://github.com/EIT-NLP/HiDrop

核心发现:揭示 MLLMS 内部信息处理的动态机制

为理解 MLLM 是如何处理和整合视觉信息,作者分析了模型表征在不同层中的演化过程。具体而言,通过计算各模态表示在层间的余弦相似度,以衡量模态内部表征的变化;同时,通过观察固定指令在配对不同图像时文本嵌入的变化,以评估视觉信息对文本表示的跨模态影响。

图 2:MLLM 各层的信息表征动态。左图展示了模态内部表征的逐层精化过程,而右图则反映了视觉与语言之间的跨模态交互强度。

浅层:从左图可以看到,浅层视觉 Token 表征具有明显的自相似性,仅在连续层之间发生微小的变化,表明 LLM 在此阶段对视觉表征的处理可忽略不计;从右图可以看到,浅层中固定指令的文本嵌入对不同的匹配图像几乎保持不变,这表明跨模态影响仍可忽略,且有意义的融合尚未发生。因此,浅层更像是视觉信息的传递通道,主要负责将视觉特征向更深层传播,而非进行实质性的语义处理。

中层:与被动的浅层不同,中层成为跨模态融合的关键阶段。此时,视觉信息开始显著影响文本表示,说明模型正在主动整合视觉与语言信息,完成语义层面的对齐与融合。然而进一步分析发现,这一过程具有明显的稀疏性:只有少量关键视觉 Token 对文本表示产生决定性影响,而大量视觉 Token 则相对冗余。因此,中层成为视觉 Token 压缩的关键阶段。

深层:当跨模态融合在中层基本完成后,模型进入以抽象语义推理为主的阶段。此时视觉信息对文本表示的直接影响逐渐减弱,模型更多依赖融合后的语义表示进行高层推理。

图 3:中层视觉 Token 的稀疏性分析。左图:不同 p 值下的视觉标记压缩曲线,其中较低的 p 值会强制实施更强的剪枝。右图:即使在高压缩率下,模型性能仍保持稳定,表明该剪枝策略具有良好的鲁棒性。

综合来看,MLLM 的信息处理呈现出明显的层级结构:浅层主要传递视觉信息,中层进行视觉与语言的跨模态融合,而深层则侧重于高层语义理解与推理。这一发现为设计更加合理的视觉 Token 压缩策略提供了重要启示。

核心方法:HiDrop 的三段式层级对齐压缩策略

基于对 MLLM 层级信息处理动态的分析,作者提出HiDrop 框架,通过与模型层级结构对齐的视觉 Token 压缩策略,在保证模型性能的同时显著降低计算开销。如图 4 所示,HiDrop 将视觉 Token 的处理划分为 浅层、中层和深层三个阶段,并分别设计了不同的压缩策略,使计算资源分配与模型实际信息处理过程相匹配。

图 4:HiDrop 框架概述 (a) 框架示意图,浅层专注于视觉无关推理,中间层通过凹金字塔式方案多阶段剪枝冗余标记,深层实现早期视觉退出。(b) Hard top-k 算子与 Differentiable Top-k 算子的对比,后者实现自适应选择并更好地保留信息。

1. 浅层:视觉延迟注入 (Late Injection)

根据前文分析,浅层对视觉信息的处理有限,视觉 Token 主要被动地向更深层传播。因此,HiDrop 并不会在模型输入时立即注入视觉 Token,而是延迟到更深层再引入。注入位置被设置在跨模态融合的起始处,作者通过视觉表征层间相似性曲线(图 2)中的局部最小值进行识别。由于浅层并不承担跨模态融合任务,这种延迟注入在减少计算量的同时几乎不会影响模型性能。

2. 中层:凹金字塔式剪枝 (Concave Pyramid Pruning)

与浅层不同,中层是视觉与语言进行跨模态融合的关键阶段,同时视觉 Token 的贡献呈现明显稀疏性。因此 HiDrop 在该阶段采用 激进的凹金字塔式剪枝策略,通过先急后缓的方式减少视觉 Token,并引入 Differentiable Top-k 算子实现自适应选择,在保持关键信息的同时降低计算开销。

为确定剪枝层级位置,作者提出 Inter-Layer Visual Attention Similarity(ILVAS) 指标,通过衡量视觉 Token 注意力在相邻层之间的稳定性来识别适合进行过滤的层,并根据 ILVAS 曲线的局部极值确定中层的剪枝位置。

3. 深层:视觉提前退出 (Early Exit)

当跨模态融合在中层基本完成后,模型进入以高层语义理解与推理为主的阶段,此时视觉 Token 对文本表示的影响显著减弱。因此,HiDrop 在深层提前移除剩余视觉 Token,使后续层仅处理融合后的语义表示。

为确定退出位置,作者通过 从深到浅的掩码分析 观察性能变化,并选择性能趋于稳定的退出点,从而减少深层注意力计算。结合浅层的 延迟注入 与深层的 提前退出,HiDrop 实际形成了一个 聚焦的视觉处理窗口,将视觉 Token 的计算集中在中间层。消融实验表明,该窗口识别策略能够实现良好的效率–性能 trade-off。

此外,HiDrop 还针对动态 Token 选择带来的实现挑战进行了优化,例如采用 持久化位置编码 保持位置一致性、保持与 FlashAttention 的兼容,并通过并行解耦视觉计算进一步缩短预填充时间。

实验结果:更高压缩率,更优性能,更佳效率

在多个多模态基准测试上,HiDrop 在更高压缩率下仍保持优异性能。实验结果表明,当压缩率为 88.9% 时,仍能保持 98.3% 的原始性能;即使压缩率进一步提升至 91.7% 时,其性能仍然超过 PDrop 在 88.9% 压缩率下的表现,展现出更优的压缩–性能 trade-off。

除了保持性能外,HiDrop 还显著提升了计算效率。该方法将平均视觉 Token 数量减少约 90%,大幅降低了推理 FLOPs,并在 LLaVA-1.5-7B 上实现约 1.7× 的训练加速和 2.2× 预填充加速

总结

本文从 MLLM 内部的信息处理动态出发,揭示了视觉信息在不同层中的功能差异,并据此提出 HiDrop 压缩框架。实验结果表明,HiDrop 在实现极高视觉 Token 压缩率的同时仍能保持接近原始模型的性能,并显著提升训练与推理效率。该研究表明,理解模型内部的信息流结构是设计高效多模态模型的重要方向。

作者介绍

第一作者吴浩,为宁波东方理工大学 / 宁波数字孪生(东方理工)研究院沈晓宇团队科研助理,研究方向为多模态大模型压缩和流式大模型。其在 ICLR、CVPR、ECCV 等顶级会议发表多篇研究成果,其中一篇入选 Best Paper Award Finalist。更多科研项目成果请参阅实验室主页:https://idt.eitech.edu.cn/nlp/#/

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
梅艳芳骨灰被盗案迎来进展:嫌犯疑似寺庙清洁工,事发后不久就已乘机前往东南亚

梅艳芳骨灰被盗案迎来进展:嫌犯疑似寺庙清洁工,事发后不久就已乘机前往东南亚

观察者网
2026-10-18 21:03:48
党、政、军的接班人,毛主席在1971年选出来了,但只有他走到最后

党、政、军的接班人,毛主席在1971年选出来了,但只有他走到最后

简史档案馆
2026-10-18 11:05:04
“社保基数比收入都高了”

“社保基数比收入都高了”

起点财经
2026-10-19 10:30:15
不是被拉下水,是主动投靠!央视曝光一女内鬼,作案细节后背发凉

不是被拉下水,是主动投靠!央视曝光一女内鬼,作案细节后背发凉

铜臭的历史味
2026-10-18 18:29:14
各项赛事6场不胜!英超:曼联1-1利兹联7轮7分 姆伯莫破门

各项赛事6场不胜!英超:曼联1-1利兹联7轮7分 姆伯莫破门

狍子歪解体坛
2026-10-18 22:53:38
俄军喷气动力无人机猛增6倍!时速500公里碾压乌军拦截系统,90%拦截率被砍到60%

俄军喷气动力无人机猛增6倍!时速500公里碾压乌军拦截系统,90%拦截率被砍到60%

可达鸭面面观
2026-10-16 21:47:08
古尔曼:苹果明知iPhone Duo供应不足,仍坚持周五启动预售

古尔曼:苹果明知iPhone Duo供应不足,仍坚持周五启动预售

IT之家
2026-10-18 23:10:09
都说红果短剧看多了有后遗症,这回真信了!

都说红果短剧看多了有后遗症,这回真信了!

阿天爱旅行
2026-10-18 01:22:52
快讯!乌克兰正式宣布了!

快讯!乌克兰正式宣布了!

故事终将光明磊落
2026-10-19 08:20:51
“我们家三代人攒下的钱,不是让你去给别人家扶贫的”残忍又清醒

“我们家三代人攒下的钱,不是让你去给别人家扶贫的”残忍又清醒

另子维爱读史
2026-10-17 21:31:29
10月18日俄乌:普京故乡遭大规模袭击,俄军单日损失再破两千

10月18日俄乌:普京故乡遭大规模袭击,俄军单日损失再破两千

山河路口
2026-10-18 21:04:11
高铁一萌新售货员卖货前偷偷给自己打气走红,当事人:自己在实习,还未毕业,当时看到有人拍视频,误以为是检查的领导,有些不知所措

高铁一萌新售货员卖货前偷偷给自己打气走红,当事人:自己在实习,还未毕业,当时看到有人拍视频,误以为是检查的领导,有些不知所措

潇湘晨报
2026-10-18 21:59:32
广东球迷意难平!不止因为95-96爆冷开门黑,更多在于以下五点!

广东球迷意难平!不止因为95-96爆冷开门黑,更多在于以下五点!

田先生篮球
2026-10-18 22:16:05
轮到中国反击了!中印隔空交锋,印财长不干:中国拒绝我们的牛肉

轮到中国反击了!中印隔空交锋,印财长不干:中国拒绝我们的牛肉

影孖看世界
2026-10-18 17:40:14
宏远速递!陈老板赛后正式上诉,官方表态杜润旺离队,阿祖称广东是CBA湖人

宏远速递!陈老板赛后正式上诉,官方表态杜润旺离队,阿祖称广东是CBA湖人

多特体育说
2026-10-18 22:21:51
被困拉法地道长达18个月,一批哈马斯武装人员传出死讯

被困拉法地道长达18个月,一批哈马斯武装人员传出死讯

桂系007
2026-10-18 22:33:49
变天了!NBA一夜裁掉75人!

变天了!NBA一夜裁掉75人!

贵圈真乱
2026-10-19 11:46:16
人在失业,机器在干活!分配制度是智能社会的最大漏洞!

人在失业,机器在干活!分配制度是智能社会的最大漏洞!

汉唐智库
2026-10-19 07:40:04
57岁主持人和晶近况曝光!嫁给龚朝晖生下一女,如今婚姻生活很幸福

57岁主持人和晶近况曝光!嫁给龚朝晖生下一女,如今婚姻生活很幸福

代军哥哥谈娱乐
2026-10-18 09:27:02
中超保级形势:4队提前2轮上岸!2队争最后1席 河南队领先三镇6分

中超保级形势:4队提前2轮上岸!2队争最后1席 河南队领先三镇6分

我爱英超
2026-10-18 20:00:16
2026-10-19 12:16:49
机器之心Pro incentive-icons
机器之心Pro
专业的人工智能媒体
14237文章数 142748关注度
往期回顾 全部

科技要闻

王晟:近千亿资金涌入后 具身智能开始退烧

头条要闻

中国留学生在莫斯科大学课堂身披旭日旗 本人鞠躬道歉

头条要闻

中国留学生在莫斯科大学课堂身披旭日旗 本人鞠躬道歉

体育要闻

从NBA退役10年后,他真去警局上班了

娱乐要闻

演员许君聪近况曝光 婚恋成谜让人唏嘘

财经要闻

三季度GDP,同比增长4.5%

汽车要闻

星瑞L PLUS限时售价10.97万元起 开启智混3L时代

态度原创

亲子
教育
本地
家居
军事航空

亲子要闻

让孩子学搏击,不是教会孩子暴力,而是让孩子更加勇敢有担当

教育要闻

纪念中国工农红军长征胜利90周年 | “遵义红·数字行”:AI赋能思政教育的课程实践

本地新闻

因新荣记出圈,这座浙东小城才是吃货天堂

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

军事要闻

乌克兰全国超15处重要能源设施遭俄袭击 泽连斯基发声

无障碍浏览 进入关怀版