新智元報(bào)道

編輯：桃子

【新智元導(dǎo)讀】AI視頻生成進(jìn)入了秒生極速時(shí)代！UCSD等機(jī)構(gòu)發(fā)布的FastWan系模型，在一張H200上，實(shí)現(xiàn)了5秒即生視頻。稀疏蒸餾，讓去噪時(shí)間大減，刷新SOTA。

單塊H200，5秒即生一個(gè)5秒視頻。

最近，UCSD、UC伯克利、MBZUAI三大機(jī)構(gòu)聯(lián)手，祭出FastWan系視頻生成模型。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2505.13389

它的核心采用了「稀疏蒸餾」全新的訓(xùn)練方案，實(shí)現(xiàn)了高效生成，讓視頻去噪速度實(shí)現(xiàn)70倍飆升。

基于FastVideo架構(gòu)，F(xiàn)astWan2.1-1.3B在單張H200上，去噪時(shí)間僅1秒，5秒內(nèi)生成了480p的5秒視頻。

在一張RTX 4090上，則耗時(shí)21秒生成一個(gè)視頻，去噪時(shí)間2.8秒。

若僅計(jì)算DiT處理時(shí)間

升級(jí)版FastWan2.2-5B，在單張H200上僅用16秒即可生成720P的5秒視頻。

FastWan模型權(quán)重、訓(xùn)練方案和數(shù)據(jù)集全部開(kāi)源

如今，終于實(shí)現(xiàn)AI實(shí)時(shí)視頻的生成了。

稀疏蒸餾，AI視頻進(jìn)入極速模式

「稀疏蒸餾」究竟是什么，能夠讓模型如此快速地生成視頻？

一直以來(lái)，視頻擴(kuò)散模型成為了AI視頻生成領(lǐng)域的主流，比如Sora采用了擴(kuò)散模型+Transformer架構(gòu)。

這些模型雖強(qiáng)大，卻長(zhǎng)期受困于兩大瓶頸：

1. 生成視頻時(shí)，需要海量的去噪步驟

2. 處理長(zhǎng)序列時(shí)的注意力二次方計(jì)算成本，高分辨率視頻必然面臨此問(wèn)題。

就以Wan2.1-14B為例，模型需運(yùn)行50次擴(kuò)散步驟，生成5秒720P視頻需處理超8萬(wàn)token，其中注意力操作甚至吞噬85%以上的推理時(shí)間。

此時(shí)此刻，「稀疏蒸餾」就成為了大殺器。

作為FastWan的核心創(chuàng)新，它首次在統(tǒng)一框架中實(shí)現(xiàn)稀疏注意力與去噪步驟蒸餾的聯(lián)合訓(xùn)練。

其本質(zhì)是回答一個(gè)根本問(wèn)題：在應(yīng)用極端擴(kuò)散壓縮時(shí)，如用3步替代50步，能否保留稀疏注意力的加速優(yōu)勢(shì)？

先前研究認(rèn)為并不可行，而最新論文則通過(guò)「視頻稀疏注意力」（VSA）改寫了答案。

傳統(tǒng)稀疏注意力，為何會(huì)在蒸餾中失效？

當(dāng)前，現(xiàn)有的方法如STA、SVG，依賴的是多步去噪中的冗余性，來(lái)修剪注意力圖，通常僅對(duì)后期去噪步驟稀疏化。

但當(dāng)蒸餾將50步壓縮至1-4步時(shí)，其依賴的冗余性徹底消失。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，傳統(tǒng)方案在少于10步的設(shè)置下性能急劇退化——盡管稀疏注意力本身能帶來(lái)3倍加速，蒸餾卻可實(shí)現(xiàn)20倍以上增益。

要使稀疏注意力真正具備生產(chǎn)價(jià)值，必須使其與蒸餾訓(xùn)練兼容。

視頻稀疏注意力（VSA）是動(dòng)態(tài)稀疏注意力核心算法，能夠自主識(shí)別序列中的關(guān)鍵token。

不同于依賴啟發(fā)式規(guī)則的方案，VSA可在訓(xùn)練過(guò)程中直接替代FlashAttention，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式學(xué)習(xí)最優(yōu)稀疏模式，同時(shí)最大限度保持生成質(zhì)量。

在步驟蒸餾過(guò)程中，當(dāng)學(xué)生模型學(xué)習(xí)用更少步驟去噪時(shí)，VSA無(wú)需依賴多步去噪的冗余性來(lái)修剪注意力圖，而是能動(dòng)態(tài)適應(yīng)新的稀疏模式。

這使得VSA成為，首個(gè)完全兼容蒸餾訓(xùn)練的稀疏注意力機(jī)制。甚至，他們甚至實(shí)現(xiàn)了VSA與蒸餾的同步訓(xùn)練！

據(jù)團(tuán)隊(duì)所知，這是稀疏注意力領(lǐng)域的重大突破。

三大組件，全適配

基于視頻稀疏注意力（VSA）技術(shù)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了稀疏蒸餾方法。

這是一種將稀疏注意力訓(xùn)練與步驟蒸餾相結(jié)合的模型后訓(xùn)練技術(shù)。

它的核心思想，是讓一個(gè)「少步數(shù)+稀疏化」的學(xué)生模型學(xué)會(huì)匹配「完整步數(shù)+密集計(jì)算」教師模型的輸出分布。

如下圖所示，該技術(shù)的整體框架包含以下關(guān)鍵要素：

• 稀疏學(xué)生網(wǎng)絡(luò)（VSA驅(qū)動(dòng)，可訓(xùn)練）

• 真實(shí)評(píng)分網(wǎng)絡(luò)（凍結(jié)，全注意力）

• 偽評(píng)分網(wǎng)絡(luò)（可訓(xùn)練，全注意力）

這三個(gè)組件均基于Wan2.1模型初始化。

訓(xùn)練時(shí)，經(jīng)過(guò)稀疏蒸餾的學(xué)生網(wǎng)絡(luò)接收帶噪聲視頻輸入，通過(guò)VSA執(zhí)行單步去噪生成輸出。

該輸出會(huì)被重新添加噪聲，隨后分別輸入到兩個(gè)全注意力評(píng)分網(wǎng)絡(luò)——它們各自執(zhí)行一次全注意力去噪。

兩個(gè)分支輸出的差異構(gòu)成分布匹配梯度，通過(guò)反向傳播優(yōu)化學(xué)生網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)偽評(píng)分網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)學(xué)生輸出的擴(kuò)散損失進(jìn)行更新。

這種架構(gòu)的精妙之處在于：學(xué)生模型采用VSA保證計(jì)算效率，而兩個(gè)評(píng)分網(wǎng)絡(luò)保持全注意力，以確保訓(xùn)練監(jiān)督的高保真度。

這種架構(gòu)的精妙之處在于：這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)加速（學(xué)生模型）與蒸餾質(zhì)量（評(píng)分網(wǎng)絡(luò)）的解耦，使得稀疏注意力能夠與激進(jìn)的步數(shù)縮減策略兼容。

更廣泛地說(shuō)，由于稀疏注意力僅作用于學(xué)生模型，該方案可適配各類蒸餾方法，包括一致性蒸餾、漸進(jìn)式蒸餾或基于GAN的蒸餾損失等。

那么，F(xiàn)astWan如何實(shí)現(xiàn)蒸餾的呢？

高質(zhì)量數(shù)據(jù)對(duì)任何訓(xùn)練方案都至關(guān)重要，尤其是對(duì)擴(kuò)散模型而言。為此，研究人員選擇使用高質(zhì)量的Wan模型自主生成合成數(shù)據(jù)集。

具體而言，采用Wan2.1-T2V-14B生成60萬(wàn)條480P視頻和25萬(wàn)條720P視頻，通過(guò)Wan2.2-TI2V-5B生成3.2萬(wàn)條視頻。

采用DMD進(jìn)行稀疏蒸餾時(shí)，需在GPU內(nèi)存中同時(shí)加載三個(gè)140億參數(shù)大模型：

·學(xué)生模型

·可訓(xùn)練偽分?jǐn)?shù)模型

·凍結(jié)真分?jǐn)?shù)模型

其中兩個(gè)模型（學(xué)生模型與偽分?jǐn)?shù)模型）需持續(xù)訓(xùn)練，既要存儲(chǔ)優(yōu)化器狀態(tài)又要保留梯度，加之長(zhǎng)序列長(zhǎng)度的特性，使得內(nèi)存效率成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

為此，他們提出的關(guān)鍵解決方案是：

1. 通過(guò)FSDP2實(shí)現(xiàn)三模型的參數(shù)跨GPU分片，顯著降低內(nèi)存開(kāi)銷

2. 應(yīng)用激活檢查點(diǎn)技術(shù)緩解長(zhǎng)序列產(chǎn)生的高激活內(nèi)存

3. 精細(xì)控制蒸餾各階段（如更新學(xué)生模型/偽分?jǐn)?shù)模型時(shí)）的梯度計(jì)算開(kāi)關(guān)

4. 引入梯度累積在有限顯存下提升有效批次規(guī)模

Wan2.1-T2V-1.3B的稀疏蒸餾在64張H200 GPU上運(yùn)行4000步，總計(jì)消耗768 GPU小時(shí)。

一張卡，秒生視頻

在Scaling實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)訓(xùn)練一個(gè)4.1億參數(shù)視頻DiT模型，潛在空間維度位（16, 32, 32）。

在保持87.5%稀疏度情況下，VSA取得的損失值與全注意力機(jī)制幾乎一致。

同時(shí)，它將注意力計(jì)算的FLOPS降低8倍，端到端訓(xùn)練FLOPS減少2.53倍。

從6000萬(wàn)擴(kuò)展到14億參數(shù)規(guī)模，進(jìn)一步證實(shí)了VSA始終能比全注意力機(jī)制實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的「帕累托前沿」。

為評(píng)估VSA的實(shí)際效果，團(tuán)隊(duì)在Wan-14B生成的視頻潛空間（16×28×52）合成數(shù)據(jù)上，對(duì)Wan-1.3B進(jìn)行了VSA微調(diào)。

如表2所示，采用VSA的模型在VBench評(píng)分上甚至超越了原始Wan-1.3B。

在極端稀疏條件下，與免訓(xùn)練的注意力稀疏方法SVG對(duì)比時(shí)，VSA盡管稀疏度更高仍表現(xiàn)更優(yōu)，驗(yàn)證了稀疏注意力訓(xùn)練的有效性。

實(shí)際應(yīng)用中，Wan-1.3B的DiT推理時(shí)間從全注意力模式的31秒降至VSA模式的18秒。

VSA精細(xì)塊稀疏內(nèi)核在長(zhǎng)序列場(chǎng)景下，更加接近理論極限，相較于FlashAttention-3實(shí)現(xiàn)了近7倍加速。

即使計(jì)入粗粒度階段計(jì)算開(kāi)銷，VSA仍保持6倍以上的加速優(yōu)勢(shì)。

相比之下，采用相同塊稀疏掩碼（64×64塊大?。┑腇lexAttention僅獲得2倍加速。

結(jié)果顯示，將VSA應(yīng)用于Wan-1.3B和Hunyuan模型時(shí)（圖4a），推理速度提升達(dá)2-3倍。

下圖5所示，研究團(tuán)隊(duì)還檢測(cè)了經(jīng)微調(diào)13億參數(shù)模型，在粗粒度階段生成的塊稀疏注意力，呈現(xiàn)高度動(dòng)態(tài)性。

最后，團(tuán)隊(duì)還對(duì)模型做了定性實(shí)驗(yàn)，下圖展示了隨著訓(xùn)練推進(jìn)，模型逐漸適應(yīng)稀疏注意力機(jī)制，最終恢復(fù)了生成連貫視頻的能力。

作者介紹

這個(gè)work來(lái)自于咱們的老朋友Hao AI Lab的FastVideo研究小組。

Peiyuan Zhang（張培源）

張培源是UCSD計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系一年級(jí)博士生，導(dǎo)師為Hao Zhang教授。

他曾在南洋理工大學(xué)擔(dān)任研究助理，師從Ziwei Liu。

他主要研究機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)以及高效的視頻模型架構(gòu)，是TinyLlama, lmms-eval, LongVA以及FastVideo的作者。

Yongqi Chen

Yongqi Chen是UCSD Hao AI Lab的研究實(shí)習(xí)生，導(dǎo)師是Hao Zhang教授。

他曾在密歇根大學(xué)（UMich）獲得機(jī)器人學(xué)碩士學(xué)位，此前于2023年以榮譽(yù)畢業(yè)生的身份畢業(yè)于浙江大學(xué)竺可楨學(xué)院，獲機(jī)器人工程學(xué)士學(xué)位。

現(xiàn)階段，他的研究方向聚焦高效視頻生成技術(shù)，致力于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互式視頻生成。

Will Lin

Will Lin是UCSD計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系Hao AI Lab的博士生，導(dǎo)師是Hao Zhang教授。

他在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士學(xué)位。

目前在Anyscale實(shí)習(xí)，是開(kāi)源項(xiàng)目vLLM的活躍貢獻(xiàn)者。

Haofeng Huang（黃浩峰）

黃浩峰是清華姚班本科生，導(dǎo)師為Jianfei Chen 和 Jun Zhu教授。

目前，他主要研究方向?yàn)楦咝C(jī)器學(xué)習(xí)，重點(diǎn)關(guān)注注意力機(jī)制、量化加速，以及圖像/視頻壓縮技術(shù)。

參考資料：

https://x.com/haoailab/status/1952472986084372835

https://hao-ai-lab.github.io/blogs/fastvideo_post_training/