今天小編分享的科學經驗：免訓練加速DiT！Meta提出自适應緩存新方法，視頻生成快2.6倍，歡迎閲讀。
現在，視頻生成模型無需訓練即可加速了？！
Meta 提出了一種新方法 AdaCache，能夠加速 DiT 模型，而且是無需額外訓練的那種（即插即用）。
話不多説，先來感受一波加速 feel（最右）：
可以看到，與其他方法相比，AdaCache 生成的視頻質量幾乎無異，而生成速度卻提升了2.61 倍。
據了解，AdaCache 靈感源于" 并非所有視頻都同等重要 "。
啥意思？？原來團隊發現：
有些視頻在達到合理質量時所需的去噪步驟比其他視頻少
因此，團隊在加速 DiT 時主打一個" 按需分配，動态調整 "，分别提出基于内容的緩存調度和運動正則化（MoReg）來控制緩存及計算分配。
目前這項技術已在 GitHub 開源，單個 A100（80G）GPU 上就能運行，網友們直呼：
看起來速度提升了 2~4 倍，Meta 讓開源 AI 再次偉大！
" 并非所有視頻都同等重要 "
下面我們具體介紹下這項研究。
先説結論，以 Open-Sora 是否加持 AdaCache 為例，使用 AdaCache 能将視頻生成速度提升4.7 倍——
質量幾乎相同的情況下，前後速度從 419.60s 降低到 89.53s。
具體如何實現的呢？？
眾所周知，DiT（Diffusion Transformers）結合了擴散模型和 Transformer 架構的優勢，通過模拟從噪聲到數據的擴散過程，能夠生成高質量影像和視頻。
不過 DiT 并非完美無缺，自 OpenAI 發布 Sora 以來（DiT 因被視為 Sora 背後的技術基礎之一而廣受關注），人們一直嘗試改進它。
這不，Meta 的這項研究就瞄準了 DiT 為人熟知的痛點：
依賴更大的模型和計算密集型的注意力機制，導致推理速度變慢。
展開來説——
首先，團隊在研究中發現，有些視頻在達到合理質量時所需的去噪步驟比其他視頻少。
他們展示了基于 Open-Sora 的不同視頻序列在不同去噪步驟下的穩定性和質量變化。
通過逐步減少去噪步驟，他們發現每個視頻序列的 " 中斷點 "（即質量開始顯著下降的步驟數量）是不同的，右側直方圖也顯示了在不同步驟中特征變化的幅度。
這啓發了團隊，" 并非所有視頻都同等重要 "。
換句話説，針對每個視頻都可以有不同的緩存和計算分配，以此節約資源。
于是針對緩存，Meta 推出了一種名為 AdaCache（自适應緩存）的新方法，核心是：
每次生成視頻時，AdaCache 會按視頻的特定内容分配緩存資源，将不同視頻的緩存需求動态調整到最優。
其架構如圖所示，下面具體展開。
左側部分，AdaCache 将 DiT 的原始擴散過程分為多個步驟，并對每一步進行殘差計算，以生成新的表示。
這些新的表示會在後續步驟中被重復使用，而不需要每次都重新計算，從而節省大量計算資源。
過程中，研究使用一個距離度量（ct）來判斷當前表示和之前緩存的表示之間的變化幅度。
如果變化較小，就可以直接使用緩存，節省計算量；如果變化較大，則需要重新計算。
右側部分，是 DiT 内部的計算過程，可以看到空間 - 時間注意力（STA）、交叉注意力（CA）和多層感知器（MLP）三個模塊。
其中每一步生成的新表示（如 ft+k 和 ft）會使用緩存中的殘差進行更新，從而減少重復計算的次數。
總之一句話，這種策略使得計算資源能夠根據視頻内容的復雜性和變化率動态分配。
此外，為了進一步改進 AdaCache，團隊還引入運動正則化（MoReg）來控制計算分配。
通過考慮視頻特定的運動信息來優化緩存策略
團隊發現，視頻中的運動内容對于确定最佳的去噪步驟數量至關重要，通常高運動内容需要更多去噪步驟來保證生成質量。
基于此，MoReg 的核心思想是：
對于運動内容較多的視頻，應該減少緩存的使用，從而允許在更多的步驟中進行重新計算。
由于需要在視頻生成過程中實時估計運動，MoReg 不能依賴于傳統的、計算密集型的像素空間運動估計算法。
補充一下，這是一種用于視頻編碼中的技術，它通過比較相鄰幀之間的像素差異來估計運動向量，從而實現視頻的壓縮。
因此，MoReg 使用殘差幀差異作為噪聲潛在運動得分（noisy latent motion-score）的度量，其公式如下：
且為了進一步提高運動估計的準确性，MoReg 引入了運動梯度（motion-gradient）的概念。
它可以作為一個更好的趨勢估計，幫助在視頻生成的早期階段預測運動，并作為調整緩存策略的依據。
那麼，采用 AdaCache+MoReg 的最終效果如何呢？
實驗結果：優于其他免訓練加速方法
最後，團隊使用了VBench 基準測試來評估 AdaCache 在不同視頻生成任務中的性能。
其中 VBench 提供了一系列的質量指标，包括峰值信噪比（PSNR）、結構相似性（SSIM）和感知影像質量指标（LPIPS）。
同時，還測量了推理延遲（Latency）和計算復雜度（FLOPs）。
測試對象包括了AdaCache 的多個變體，包括慢速（slow）、快速（fast）和帶有 MoReg 的版本。
結果顯示，fast 變體提供了更高的加速比，而 slow 變體則提供了更高的生成質量。
與此同時，與其他無訓練加速方法（如∆ -DiT、T-GATE 和 PAB）相比，在生成質量相當或更高的情況下，AdaCache 都提供了顯著的加速效果。
另外，随着GPU 的數量增加，AdaCache 的加速比也相應增加，這表明它能夠有效地利用并行計算資源，并減少 GPU 之間的通信開銷。
更多實驗細節歡迎查閲原論文。
論文：
https://arxiv.org/abs/2411.02397
項目主頁：
https://adacache-dit.github.io/
GitHub：
https://github.com/AdaCache-DiT/AdaCache
參考鏈接：
[ 1 ] https://x.com/Marktechpost/status/1854229192650698897
[ 2 ] https://x.com/Meta/status/1842207712224157812
