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阿里大模型面试原题：LLM推理为什么用KV Cache

发布日期：2024-08-30 06:23:41 浏览次数： 2937 作者：丁师兄大模型

本篇介绍为什么 LLM 推理加速有 KV Cache 而没有 Q Cache。

简单来说，LLM 在 decoding 阶段的每次推理只会用到当前的 Q，这次用的 Q 下次不会用到，所以不用 Cache Q。

但是每次都要用到当前和过去所有的 KV，这次用到的 KV 下次马上就要再用一次，所以 Cache KV 可以加速推理。

下面说明原因：

观察 Attention 公式，这个 K 和 Q 怎么看都很对称，为什么只 Cache K 而不 Cache Q？

把 KQV 写成分块的形式，像这样：

然后 Q 和 K 转置的矩阵乘就变成了这样：

直到这一步，K 和 Q 看上去都很对称。轮换一下 K 和 Q 对结果没有本质影响。

V 的引入破坏了这一对称性。忽略 ?? 系数，第 i 行的 softmax 简写成 ?? ，attention 操作的结果变成了这样：

这是没有 Causal Mask（因果掩码）的情况。

加入 Causal Mask 会变成这样：

可以写一下结果的通项，没有 Causal Mask：

有 Causal Mask：

无论有没有 Causal Mask，Q 和 K 在结果中都是不对称的。

在序列的 t 位置，Q 只有当前位置的 ??q_t 参与了计算，而 K 和 V 多个位置参与了计算，所以需要 KV Cache，而不需要 Q Cache。

在没有 Causal Mask 时，计算 t 位置的 Attention 需要未来的 KV，这在实际进行自回归推理时无法得到；加上 Causal Mask 之后，只需要 1,2,…,t 位置的 KV 就可以进行推理。

来源：https://www.zhihu.com/question/653658936/answer/3545520807

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