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7 年前,AI 记住一个字要 4.5 MB;今天只要 890 B - 七张图讲透 KV Cache

7 年前,AI 记住一个字要 4.5 MB;今天只要 890 B - 七张图讲透 KV Cache AI 原力注入
2026-09-20
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导读:图解入门版:七张手绘图讲清 KV Cache 的账。

 

图解入门版:七张手绘图讲清 KV Cache 的账。技术细节与全部数字的出处,见参考长文 Attention 演进与 KV Cache 之变:每 token 从 4.5 MiB 到 890 B——17 个代表性模型逐字段对照 config.json 与引擎源码核对。

严谨说明:「一个字」指一个 token;所有数字按训练精度 2 字节/元素计算,混合模型只计全注意力层。

2020 年,GPT-3 每生成一个字,要花 4.5 MB 显存去「记住」它。到今年 9 月,DeepSeek-V4.1-Flash 把这个数字压到了 890 B。七年,约 5000 倍。这篇用七张图,把 KV Cache 这笔账算清楚。

图1:KV Cache 是显存里唯一越用越多的部分

图 1:推理的显存里有两笔账:模型权重是固定的,KV Cache 却随上下文线性增长。拿 Llama-3-8B 算:每 token 128 KiB,4K 上下文只要 0.5 GB,到 128K 就要 16 GB——追平权重。这就是长上下文又慢又贵的根源。

图2:MHA 每个头各存一份 K/V

图 2:最原始的存法叫 MHA:注意力有多少个头,就存多少份 K/V。头的独立性是好事,代价是按头数计费:7B 模型 32 个头,每 token 512 KB。

图3:GQA 几个头共用一份 K/V

图 3|第一轮省法:让几个头共用一份 K/V,这就是 GQA。70B 的大模型用上它,每 token 320 KB,反而比 7B 的老款还小。代价:头少了,能力略降。

图4:MLA 压缩打包

图 4:第二轮更彻底:DeepSeek 的 MLA 不共享了,把所有头的 K/V 直接压进一个小小的隐向量。671B 的模型,每 token 只要 68 KB,比 7B 的 GQA 还小一半。代价:拆包费工,引擎要为它写专门的内核。

图5:SWA 只留最近一个窗口

图 5:第三轮最简单粗暴:滑动窗口注意力(SWA)只留最近一个窗口,窗口外当场扔掉。滑窗层的账从此固定(gpt-oss 只要 3 MiB),但长文档里「看过但想不起」的错误,多半来自这里。

图6:2026 年的三条路线

图 6:到 2026 年,这本账分成了三种算法,而且不可互相比较:DeepSeek 的序列压缩把 KV 压到几乎不涨(890 B/token);GLM-5.3 的稀疏选择只省计算、不省存储,KV 照旧线性涨;Kimi K3 的线性混合干脆把大部分 KV 换成固定状态。

图7:七年之间每 token 的 KV 账缩水约 5000 倍

图 7:七个代表模型放到一根对数轴上:七年之间,每 token 的账从 4.5 MB 缩到 890 B,约 5000 倍。省下的不是算力,是显存——和模型大小无关。

 


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AI 原力注入
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