训练是连续的,部署是离式的。梯度下降需要光滑的损失面,所以权重被建模成实数;可到了硬件上,每个权重都只是一段固定格式的比特。中间这段落差,就是这几年模型压缩的主战场。

有意思的是,权重格式的演化一直在朝同一个方向挤:组量化让一组权重共享一个 scale,块浮点格式让一块权重共享一个指数,稀疏格式让归零的权重提前结束描述,码本方法让一整块权重指向共享表里的一个条目。每一步都是"把一次决策存给很多个权重用"。但每个格式只共享一种固定层级的决策,层级还是事先定死的。

一棵树把所有压缩方法收成同一种编辑

ITMO 大学 LEAD Lab 的 Ammar Ali 与 Stamatis Lefkimmiatis 提出 TWIG(Tree-structured Weights with Inherited Gates)。在他们的表示里,每个权重是若干个小离散决策串的末端:一个符号、一次按 2 的幂的平移、一个归零开关、一个指向共享表的索引。属于同一组的权重共享路径的上半段,每个决策被它下方的所有权重继承——存一次,用一次。

论文最漂亮的一条结论是双向的:今天在用的各种格式都是"浅"的 TWIG,不需要额外多花一个 bit;反过来,任何训练好的网络都能写成 TWIG。于是在同一棵树上编辑就够了——剪枝是把叶子换成零状态,量化是砍掉尾数位,低秩是拆成两个树的乘积,码本是让节点指向共享子树。论文整理出七种编辑,主流压缩方法基本是它们的组合。论文:https://arxiv.org/abs/2610.31931

16 bit 变 12.13 bit,而且一位不差

在 LLaMA-3-8B 上,BF16 权重按每 64 个权重共享一个指数、每权重 4 bit state 加 8 bit leaf 存下来,平均 12.13 bit/weight,比 16 bit 少 24%,并且能逐位还原成原来的 BF16 值——不是近似,是 bit-exact。约 0.01% 的权重(指数比组内最大值低 15 以上,含精确的零)被单独放进一张短旁表,成本已经算进去了。作者的 CUDA kernel 用字节并行的整数运算解码,直接喂给 tensor core,速度跑到树字节带宽下限的 97%。

少掉的字节直接换成 token

LLM 生成受内存带宽限制,不是受算力限制,所以省字节就是省时间。论文报告:用 vLLM 端到端跑 Llama-3.2-1B 和 Qwen3.5-9B,batch 1 快 1.23 倍,batch 8 快 1.17–1.21 倍,batch 32 约 1.0 倍(那时已经算力受限)。A100 上 LLaMA-3-8B 第 15 层的矩阵-向量乘比 cuBLAS 快 1.05–1.51 倍,其中"纯格式收益"的上限是 16/12.13 ≈ 1.32 倍。

官方仓库 README 给了 Qwen3-8B 在单张 A100-40GB 上的另一组数:GPU 里的权重从 15.3 GiB 降到 12.8 GiB,KV cache 每 token 从 144 KiB 降到 112.5 KiB,同样 0.85 的 GPU 预算下 KV 能装的 token 从 119K 涨到 178K,decode attention 比 FlashAttention-2 快 1.21–2.46 倍。仓库是 Apache-2.0,vLLM 插件开一个开关就能用:https://github.com/ammarali32/StateTree-Representation

不训练,3.25 bit 打赢同流水线的 GPTQ

论文用一个覆盖整个 LLaMA-3-8B 的动态规划,给每个矩阵从一张菜单里挑编辑,菜单里混着量化、剪枝和低秩,不用旋转也不用 trellis。3.25 bit/weight、零训练的结果是:WikiText-2 困惑度 6.95、C4 10.93、FineWeb 9.76;同流水线最强 GPTQ 配置是 8.09、12.72、11.81;FP16 参考值是 6.14、9.44、7.85。换句话说,GPTQ 相对 FP16 剩下的那段差距被收掉了 58%。

压完还能再修一次

状态怎么选这个问题,论文把它翻译成一个高阶玻尔兹曼机的基态问题——这恰好是退火机和量子优化器擅长的一类。他们管这套做法叫 Ising healing,用受量子启发的经典求解器 ballistic simulated bifurcation 跑。Qwen2.5-1.5B-Instruct 无训练压到 2.44 bit/weight 之后,40 步只动了 46,239 个码,约占全模型码的 0.004%,验证集 KL 从 0.491 降到 0.371,GSM8K 从 13.95 涨到 21.83,MMLU 从 48.3 到 49.6。论文自己也标注了:GSM8K 只有 1319 道题,95% 区间约 ±2 分,而且是单次运行。

给烧死在硅片里的模型省加法器

当权重在流片时就固定下来,乘法器就变得很贵——几乎每个权重都值得一个专属的常数乘法器。TWIG 的决策全是 2 的幂,乘法退化成移位,权重层于是接近纯导线和加法器组成的电路。实测取 LLaMA-3-8B 的五个线性层、128 条 FineWeb 校准序列,在同等层级误差下,扁平树比 GPTQ 少用 9–15% 加法器(3 bit 和 4 bit 的典型矩阵),离群严重的矩阵多省 20–55%;若只数权重本身的数字,典型矩阵 4 bit 少 6–7%、3 bit 少 9–11%。有个反直觉的细节:共享指数能省 bit,但不省加法器,所以最扁平的那棵树反而在加法器上表现最好。

我的判断

真正值得留意的不是"省了 24%",而是这篇把格式、压缩、电路、求解四件长期分属不同领域的事,压进了同一个对象。过去它们各有各的术语和工具链,谁也不太能直接对话;现在它们成了同一棵树的四种读法。另一半价值在于可落地:论文性质是证明过的,但作者自己也说测量只是"在选定模型和层上的初步证据",整个网络的电路面积与能耗留给后续论文,加法器数量只是电路面积的一阶代理而非面积本身,仓库当前版本也还不支持 MoE。

最后的野心在下一步:既然状态本身是离散的,就可以在这个空间里直接训练,让训练出来的对象就是部署出去的对象。到那时,训练和部署之间那道落差就不再是工程修补题,而变成表示问题本身。

所以问题是:如果格式、压缩、电路、求解最终只是同一个对象的四种读法,那"模型部署"这件事,到底算工程问题,还是表示问题?