昆仑万维北大联合发布新MoE架构，专家吞吐速度提升2.1倍

先说几个核心判断：MoE（混合专家模型）这条路，业界已经探索了多年，大家都在寻找让模型兼顾速度与效果的方法。颜水成领衔的昆仑万维2050研究院和北大袁粒团队近期推出了一个新方案——MoE++，思路很有新意，本质上是将“专家选择”从固定流程转变为动态可调节的机制。

MoE++最巧妙的地方在于，它是一个通用框架，可以直接嵌入到任何现有的MoE模型中，无需改动模型本身的结构。它的核心创新可以概括为：引入了“零计算量专家”。这一设计带来了三个直接益处：降低计算成本、提升性能、并易于部署。具体来说，每个Token现在可以使用不同数量的FFN专家，甚至可以完全跳过当前层。简单的Token少用专家，复杂的Token多用专家——算力就这样被高效地“挤压”出来。

而且，MoE++在做专家选择时，还参考了前一层的路由路径。这个想法很细致，但效果十分明显：在0.6B到7B参数规模的模型上，相比传统MoE，性能更强，专家吞吐速度提升了1.1到2.1倍。模型权重已经开源，有兴趣的可以直接尝试。

论文地址：
https://arxiv.org/abs/2410.07348

GitHub 地址：
https://github.com/SkyworkAI/MoE-plus-plus

Huggingface地址：
https://huggingface.co/Chat-UniVi/MoE-Plus-Plus-7B

图1丨MoE++与普通MoE的对比

MoE++的实现原理是什么？

当前大多数MoE方法都默认给每个Token激活固定数量的FFN专家——例如常见的Top-2路由。这种设定过于“刚性”。试想，一个逗号和一个复杂的逻辑推理词，预测难度能一样吗？显然不能。像逗号这类简单符号，一个专家都可能多余；而某些Token与当前层的专家完全不匹配时，跳过这一层反而是更明智的选择。

研究团队正是抓住这个“不匹配”点。他们设计了一组“零计算量专家”，包含三种类型：

• Zero专家：输出空向量，相当于丢弃当前输入；
• Copy专家：输入直接作为输出，相当于跳过当前层；
• Constant专家：用可训练向量替代输入，同时保留部分原始信息。

如图1所示，MoE++允许Token选择使用可变数量的FFN专家，甚至可以接受恒定量替换，或者完全跳过这一层。这种异构设计，实际上是在扩大网络组合空间，既提升了模型的拟合能力，也显著降低了计算开销。更重要的一点是，研究团队把前一层的路由分数也整合进来——让Token在选择专家时，能参考自己之前走过的路径，从而实现更稳定的分配。

团队在设计时还确立了两条原则：一是处理简单Token要高效，二是新增参数要尽量少。基于此，引入了这三种零计算量专家：

图2丨MoE++的核心组成部分

Zero专家：最直接的思路，将当前输入直接“干掉”。本质上，它可以把Top-2 MoE++层降级为Top-1，当Zero专家被激活时，输出就等于另一个专家的单独输出。对付简单Token，这就足够了。

Copy专家：输入直接变成输出，相当于跳过当前层。当Token和FFN专家匹配不佳时，这反而是最优解。

Constant专家：用可训练向量替换输入。但完全替换会导致信息丢失，因此团队添加了可训练权重矩阵来动态预测替换比例。计算开销极低，所以仍算作“零计算量”。

路由分数残差：这是关键创新之一。由于MoE++的专家类型异构化，路由器的设计变得更关键。团队提出了一种路径感知路由器，如图2(b)所示，它会把前一层的路由分数通过一个可学习的转换矩阵，合并到当前层。这样，每个Token都能感知到自己之前的选择路径，路由更稳定。

MoE++相比传统MoE有哪些优势？

算力分配更灵活。简单Token少用专家，复杂Token多用专家。结果就是：算力真正用在了刀刃上。如图3所示，实验中动词激活的FFN专家最多，名词次之，拆分后的词片激活最少。这说明MoE++能自动识别语义丰富程度，让简单Token少占资源，复杂Token得到更多关注，最终既节省计算，又提升性能。

图3丨在MoE++中不同Token所需的平均FFN专家数量

路由更稳定。通过加入前一层的路由分数残差，不同层之间建立了有效联系。从图4可以看到，路由方差明显减小，但均值和取值范围没有变化。在异构架构下，这种稳定路由至关重要。

图4丨路由分数残差对路由分数分布的影响

计算复杂度更低。从理论复杂度来看，MoE++比普通MoE具有明显优势（见下表）。

实验验证与结果

从0.6B到7B参数量的大量实验表明，MoE++全面优于传统MoE。在相同模型大小下，MoE++的专家吞吐量提升了15%到111%，同时性能更高。

现有大模型训练成本都很高，例如OpenMoE-8B/32E使用了1.1T tokens，TinyLlama-1.1B使用了3T tokens。研究人员将MoE++的预算扩展到1T tokens后发现，MoE++的性能与激活参数多2到3倍的稠密模型相当。更值得注意的是，它甚至超过了从零训练、使用更多token的OpenMoE-8B/32E。这充分证明，MoE++是一个非常有前景的LLM框架方向。

任务级专家负载分布的可视化分析

研究人员还细致地分析了MoE++在不同任务中的专家负载分布，结果很有趣：

(1) 层与层之间的专家负载存在相关性，尤其是相邻层。如果第j层激活了很多FFN专家，那么第j+1层很可能也会这样做。

(2) 浅层和最后一层的专家分配模式在不同任务中差异更大，这说明模型主要通过浅层和最终层来适配不同任务。未来可以在这些层上进行更精细的设计。

(3) 不同任务中每个Token激活的FFN专家数差异显著。但出乎意料的是，更简单的任务不一定激活更少的专家。这表明MoE++更关注Token级别的复杂性，而不是整体的任务难度。

(4) 在所有专家类型中，Zero专家被激活的次数最多，而且更简单的任务激活频率更高。这意味着Zero专家的激活水平，可能可以作为模型对任务难度判断的一个参考指标。

(5) 在所有层中，不同任务主题的专家分配显著不同——MoE++通过不同的专家分配模式，来应对不同主题的任务。这一点很具有启发意义。

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