在大语言模型落地部署的实践中，流式推理（Streaming Inference）已成为对话系统、长文本生成等场景的标准交互范式。然而，随着上下文长度从数千 token 扩展到数万乃至数十万，如何在保持模型质量的前提下控制推理延迟，成为工程团队面临的核心挑战。注意力匹配（Attention Matching）提供了一种从注意力分布出发、动态决定缓存保留策略的技术路径，其核心理念是让流式模型的 “有效注意力模式” 尽可能逼近全量上下文的密集注意力，同时将 KV 缓存体积控制在预算范围内。本文将从工程实现角度，系统阐述这一技术在实际系统中的落地要点。
注意力匹配的基本原理与延迟度量
流式推理的本质是在有限内存下处理无限增长的上下文。传统做法采用固定窗口注意力（Sliding Window Attention），仅保留最近 W 个 token 的 Key-Value 状态，优势在于计算复杂度恒定为 O (W)，但代价是模型对远距离历史信息的感知能力急剧下降。注意力匹配则从另一个角度出发：对于每个新生成的 token，密集自注意力会输出一个在所有历史位置上的概率分布；流式模型的任务是找到一种缓存保留策略，使得保留下的 KV エントリ 所对应的注意力分布与该目标分布的 KL 散度最小化。
这一优化目标催生了三种典型的技术路线。第一种是启发式方法，典型代表是 Attention Sinks（注意力汇），其核心是在序列起始位置保留若干特殊的 “汇 token”，这些 token 的 KV 状态永不驱逐，从而为注意力归一化提供稳定的锚点。StreamingLLM 的实验表明，仅需 1 至 4 个汇 token 即可显著恢复长上下文模型的困惑度。第二种是基于学习的方法，通过一个轻量级控制器网络动态决定哪些历史 token 应当保留。第三种是结构化先验方法，将历史划分为多个语义段（如对话轮次、文档段落），在段级别进行注意力匹配决策。
在延迟度量上，流式推理主要关注三个关键指标：TTFT（Time to First Token，首 token 延迟）决定了用户感知的响应速度；ITL（Inter-Token Latency，token 间延迟）影响生成流畅度；尾延迟则决定了高并发场景下的服务质量。注意力匹配通过缩小单次解码的 KV 访问范围，直接降低注意力计算的矩阵乘法开销，从而改善 ITL；通过避免全量上下文的重新编码，也能显著优化断点恢复场景下的 TTFT。
在线剪枝策略的工程实现
将注意力匹配从理论转化为生产可用的系统，需要解决若干工程实现问题。首要决策是缓存结构的划分：推荐采用三层架构 —— 滚动窗口（Rolling Window）负责最近 W 个 token，汇 token 池（Sink Pool）存储始终保留的汇 token，长时缓存池（Long-term Pool）用于存放根据注意力匹配得分筛选出的高价值历史块。典型的配置参数为：窗口大小 W 设为 1024 至 4096 token，汇 token 数量 S 为 1 至 4 个，长时缓存预算 L 为 64 个块（每块 16 token，即额外 1024 token 的容量）。
块级操作是平衡效率与粒度的关键设计。单一 token 级别的 KV 驱逐决策会产生巨大的元数据管理开销，而以 16 至 64 个 token 为单位的块操作能显著降低 bookkeeping 成本，同时保持足够的选择精度。每个块的注意力匹配得分可以采用指数移动平均（EMA）更新：维护一个分数向量，每隔 M 个 token（如 32）采样一次当前层 / 头的注意力权重，计算各块的平均注意力质量，然后将其与历史分数按因子 α（通常取 0.9 至 0.95）进行融合。这种稀疏更新策略将计算开销从每步 O (N) 降至每 M 步 O (N/M)，对延迟的边际影响可以忽略不计。
驱逐策略的执行时机同样重要。一种推荐的做法是异步执行：主线程负责逐 token 解码，专门的背景线程或 GPU 计算单元负责定期更新长时缓存池的得分并执行驱逐。这种流水线设计确保了注意力匹配逻辑不会阻塞解码的关键路径。驱逐时优先移除得分最低的块，同时确保汇 token 和最近窗口内的块永不驱逐。
延迟优化的实战参数与监控建议
基于上述架构，以下参数配置可作为生产环境的起点：滚动窗口大小设为 2048 token，适合大多数对话场景；长时缓存池设为 32 至 64 块（512 至 1024 token），在 24GB 显存的 GPU 上即可运行 7B 级别的模型；汇 token 数量设为 4 个，可根据模型架构（尤其是注意力是否包含归一化层）进行微调。块大小建议使用 16 token，在管理开销与选择精度之间取得平衡。
监控层面，建议在推理服务中埋入以下指标：缓存命中率（Long-term Pool 中被实际用于注意力计算的块占比），理想值应达到 70% 以上；平均 KV 访问量（每次解码操作实际加载的 KV 向量数量），应稳定在窗口大小加上长时池容量的范围内；TTFT 与 ITL 的 P99 延迟，尤其需要关注缓存池更新期间的波动。此外，可以建立 “注意力匹配质量” 指标：通过定期采样密集注意力的输出作为基准，对比当前缓存策略下的注意力分布 KL 散度，当散度超过阈值（如 0.1）时触发缓存策略调整。
资料来源
本文技术细节参考了 StreamingLLM（arXiv:2309.17453）的注意力汇机制以及相关推理优化实践。