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计算所、ETH研究者提出WorldCache,视频世界模型近无损提速3.7倍

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如果说扩散世界模型的瓶颈,是每一步去噪都要把同一个大 Transformer 再跑一遍,那么WorldCache的思路就是:不要再把所有 Token、所有时间步都当成同一件事。这篇工作把 “哪些内容适合缓存”和“哪些时刻必须重算” 拆开处理,在不重新训练模型、几乎不增加额外显存的前提下,把缓存真正做成了一套更贴合世界模型结构的推理策略。



  • 论文标题:WorldCache: Accelerating World Models for Free via Heterogeneous Token Caching
  • arXiv 地址:https://arxiv.org/abs/2603.06331
  • 代码地址:https://github.com/FofGofx/WorldCache



世界模型为什么难以被直接缓存

世界模型之所以比普通图像或视频生成更难加速,首先在于它生成的不是单一模态内容。以论文关注的扩散世界模型为例,模型在去噪过程中同时处理RGB、Depth以及与相机轨迹相关的多模态状态,不同模态、不同空间位置上的 Token,变化速度和变化方式都不一样。有的 Token 在连续时间步之间几乎静止,有的 Token 大致线性变化,还有一小部分 Token 会出现明显的非线性转向。如果继续沿用单一缓存规则,要么会为了照顾困难 Token 而对大多数容易预测的 Token 过于保守,要么会因为策略太激进,在少量关键 Token 上迅速累积误差。

第二个问题出现在时间维度上。世界模型的去噪过程并不是均匀平滑地推进,真正决定结果是否失稳的,往往不是所有 Token 的平均变化,而是那一小撮最难缓存、最容易漂移的 “瓶颈 Token”。这意味着,固定间隔跳步也好,基于全局平均差值触发重算也好,都会错过真正危险的时刻:该重算时不够敏感,不该重算时又容易浪费一次完整前向。WorldCache 的切入点,正是把这两个世界模型特有的失效机理拆出来分别处理。

把缓存做成 Token 级策略

WorldCache 的第一步,是用曲率去估计 Token 轨迹到底 “好不好预测”。论文使用最近三次 FULL 计算得到的真实输出,构造离散速度和加速度,再由此计算每个 Token 的曲率分数。直观地看,曲率越小,说明该 Token 的轨迹越接近平滑、线性,可预测性更强;曲率越大,则意味着它在当前阶段更可能发生突变或转向。基于这一分数,WorldCache 将 Token 划分为 Stable、Linear 和 Chaotic 三组,分别对应直接复用、线性外推和阻尼更新三种缓存方式。

这一步的关键,不是简单地把缓存做细,而是把计算真正分配给需要它的地方。对 Stable Token,直接复用上一次输出就足够;对 Linear Token,用一阶外推在成本和精度之间取得平衡;而对最难处理的 Chaotic Token,WorldCache 进一步引入基于 Hermite 平滑权重的阻尼更新,避免模型只依赖最近一步的切线方向做冒进预测。换句话说,WorldCache 不是用一把尺子衡量所有 Token,而是承认世界模型内部存在难度分布的长尾,并围绕这件事重新设计缓存规则。



只盯住最难缓存的那一小撮 Token

如果说前半部分解决的是 “缓存时如何预测”,那么 WorldCache 的第二步处理的是 “什么时候该停下缓存、恢复完整计算”。论文提出了Chaotic-prioritized Adaptive Skipping,也就是混沌优先的自适应跳步机制。它不再对全部 Token 做平均监控,而是只跟踪那部分最难缓存的 Chaotic Token,并利用曲率对特征差值进行归一化,构造一个无量纲的漂移指标。这样一来,系统关心的就不再是 “整体看起来有没有变化”,而是 “关键 Token 是否已经开始失稳”。

这套调度逻辑带来的好处很直接。一方面,WorldCache 能在大量平稳时间步上放心地延长缓存链条,把昂贵的骨干网络前向让给真正必要的时刻;另一方面,当瓶颈 Token 出现漂移苗头时,累计误差又会足够快地触发 FULL 计算,避免局部误差扩散成整段 rollout 的质量坍塌。从方法设计上看,WorldCache 把 “缓存策略” 和 “重算触发” 做成了一套相互配合的系统,而不是孤立地改一个预测器或一个阈值。

结果不是靠堆显存换来的



在 HunyuanVoyager-13B 的 image-to-world 生成任务上,WorldCache 将端到端延迟从 1053.7 秒降到 288.6 秒,对应 3.65 倍加速;与此同时,Dynamic WorldScore 仍达到 45.43,接近无缓存基线的 46.40,PSNR 为 23.49,LPIPS 为 0.176。更重要的是,它的显存占用为 50.58GB,和基线 50.44GB 几乎一致。相比之下,部分层内缓存基线虽然尝试提速,但显存开销已经超过 100GB,单卡部署并不轻松。



在 Aether-5B 的世界生成任务上,WorldCache 依然保持了最强的一组质量 - 效率折中:Dynamic WorldScore 为 44.72,高于 EasyCache 的 44.02;PSNR 为 31.87,SSIM 为 0.924,LPIPS 为 0.066;端到端延迟降到 107.2 秒,对应 1.68 倍加速,而显存仍维持在 46.59GB。如果把视角进一步转到几何相关能力,WorldCache 在 Aether 的 3D 重建设置中把延迟从 55.42 秒压到 21.20 秒,实现 2.61 倍加速,同时保持 Abs Rel 0.341、RPE trans 0.068,并在加速方法中取得最低的旋转误差 0.796。



这件事对世界模型意味着什么

WorldCache 给出的不只是一次更快的采样过程,更是一种面向世界模型内部异质性的缓存思路。

世界模型并不是普通视频扩散模型的简单延伸,面向世界模型的推理优化,必须尊重多模态耦合、空间差异和时间动态非均匀这些结构性事实。在这个前提下,无需额外训练,不引入大规模额外显存,却能把本来昂贵的世界模型推理推到更接近交互式使用的区间,这为更长时间跨度的世界模拟、可交互场景生成乃至具身智能相关应用,提供一种有潜力的路径。

作者简介

本文共同第一作者为中国科学院计算所博士生冯伟伦、硕士生范国鑫,以及苏黎世联邦理工学院博后秦浩桐。通讯作者为中国科学院计算所杨传广和安竹林副研究员。核心成员来自计算所智能算法安全全国重点实验室智能优化课题组,隶属于徐勇军研究员团队,课题组长期从事高效人工智能的研究,重点关注视觉、多模态等领域的理解与生成高效性方面的研究。

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