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仅0.005%参数量实现推理翻倍:奖励模型性能大提升

仅0.005%参数量实现推理翻倍:奖励模型性能大提升

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2026-01-23


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新智元报道

编辑:LRST

【新智元导读】最新奖励模型SWIFT直接利用模型生成过程中的隐藏状态,参数规模极小,仅占传统模型的不到0.005%。SWIFT在多个基准测试中表现优异,推理速度提升1.7×–6.7×,且在对齐评估中稳定可靠,展现出高效、通用的奖励建模新范式。

在大语言模型的推理增强与对齐过程中,Best-of-N(优中选优)是一种常用的测试时增强策略:模型针对同一输入生成多条候选答案,再由奖励模型进行评分筛选。

然而,现有主流奖励模型往往本身规模庞大、推理开销高,并严重依赖大规模标注数据,逐渐成为在真实系统中部署的核心瓶颈。

为此,上海交通大学、新加坡国立大学、同济大学、伊利诺伊大学芝加哥分校的研究团队提出了SWIFT(Simple Weighted Intrinsic Feedback Technique),一种全新的轻量级奖励模型。


论文链接:https://arxiv.org/abs/2505.12225

项目主页:https://aster2024.github.io/swift-website/

代码地址:https://github.com/aster2024/SWIFT

模型权重:https://huggingface.co/Aster2024/swift-ministral-8b-deepscaler

SWIFT 不再「读文本」,而是直接利用大语言模型生成过程中产生的隐藏状态,从中挖掘内在奖励信号,其参数规模仅为传统奖励模型的「不到 0.005%」,却在MATH、GSM8K、HellaSwag 等多个基准上取得更优的Best-of-N效果,并在端到端推理中带来1.7×–6.7×的整体加速。

同时,该方法在有用性 / 安全性等对齐评估任务中同样表现稳定,展示出作为通用奖励模型的潜力。

奖励模型

推理增强的「隐形天花板」

Best-of-N的基本思想并不复杂:对于同一个问题生成N条候选回答,再挑选其中最优的一条。

然而,在真实系统中,真正昂贵的不仅是「多生成」,还有「如何评估」。

当前主流做法通常采用文本级奖励模型,对每条候选答案进行完整编码和评分,这带来了多方面的挑战:

模型体量大、推理开销高:奖励模型往往拥有数十亿参数,几乎相当于再运行一次大模型;

数据需求高:训练高度依赖人工偏好数据或复杂的合成标注流程;

系统扩展受限:当 N 增大时,奖励模型的评估成本迅速吞噬 Best-of-N 带来的收益。

因此,一个关键问题逐渐凸显:能否用一种更轻、更快、更易部署的方式,完成候选答案的高质量筛选?

隐藏状态中蕴含着模型「对自己答案的判断」

SWIFT 的出发点来自一个重要观察:当大语言模型生成回答时,其内部各层的隐藏状态本身就携带了关于推理正确性、稳定性与置信度的丰富信息。

换句话说,模型在「思考」的过程中,已经在内部形成了对当前推理路径质量的判断信号。

与其额外训练一个庞大的文本模型去「读输出结果」,不如直接从模型自身的隐藏状态中提取这些内在信号,构建一个专门用于打分的轻量级奖励模型。

这一思路使得奖励建模不再依赖复杂的文本表示,而是转向对模型内部表示的高效利用。

词元级线性打分+门控加权汇总

SWIFT的整体结构非常简洁,但针对奖励建模的需求进行了精心设计,具体而言:

对于生成序列中的每一个词元,收集大语言模型在该词元处的隐藏状态(来自所有层,或选定的部分层);

通过一个线性映射,同时预测「该词元的奖励分数」和「该词元的重要性门控权重」

使用门控权重对词元奖励进行加权平均,得到整条生成路径的最终奖励分数。

其中,门控机制使模型能够自动关注对最终正确性更关键的词元(如关键推理步骤、数值计算、结论标记等),从而对整条推理轨迹进行更精细的评估。

整个奖励模型的参数规模仅与「层数 × 隐藏维度」成正比,相比传统文本奖励模型实现了数量级的压缩。


如此轻量

参数规模与训练成本的数量级差距

与动辄数十亿参数的传统奖励模型相比,SWIFT的参数规模仅为10⁵量级,在不同底座模型上的具体数值均远低于现有主流方案。

论文在参数量与训练数据规模的对比中显示:

SWIFT不仅模型规模极小,训练所需的数据量也显著更低,却依然能够取得具有竞争力甚至更优的性能表现。

这一特性使得SWIFT在资源受限环境或大规模部署场景中具备明显优势。


在多个基准上全面超越主流奖励模型

在数学推理与符号推理等核心基准上,研究团队系统评估了SWIFT在Best-of-N设置下的表现。

在MATH、GSM8K、AQuA-RAT、Imbue Code Comprehension、HellaSwag、CoinFlip数据集上,SWIFT在不同底座模型与不同N值配置下,整体准确率均优于多种主流开源奖励模型,且表现更加稳定。

更重要的是,这些性能提升并非以高昂计算代价为前提。论文进一步报告了端到端推理流程中的实际耗时:在相同的生成设置下,用SWIFT替换传统奖励模型,可带来1.7×–6.7×的整体加速。


效率优势

时间与计算量均达到「数量级提升」

在真实系统中,推理效率往往比离线指标更具决定性意义。论文通过对比每条样本的平均耗时与计算量,清晰展示了SWIFT在效率上的优势:平均推理时间显著降低;所需计算量(FLOPs)减少到原有方法的极小一部分;在不同数据集和底座模型组合下均保持一致趋势。

结果表明,SWIFT在效率层面实现了真正意义上的数量级优势,为大规模 Best-of-N推理提供了可行路径。


从推理到对齐

在有用性/安全性评估中表现稳定

SWIFT并不局限于推理准确率的提升。研究团队进一步在对齐相关评估任务中验证了其通用性。

在PKU-SafeRLHF数据集上,采用Best-of-N设置,并使用强模型作为评判标准,对生成结果的有用性与安全性进行评估。结果显示,SWIFT在这两个维度上均优于多种大规模文本奖励模型。

这一结果表明,隐藏状态中蕴含的信息不仅能够反映推理正确性,也能刻画更广义的响应质量,为奖励模型在对齐评估中的应用提供了新的思路。


工程化优势

更轻、更快、与传统奖励模型协同

SWIFT 还展示了多种面向工程落地的扩展方式,使其不仅具备理论上的简洁性,也具备现实系统中的高度可用性:

部分层训练:消融实验进一步表明,相比模型前层,靠近输出的后层隐藏状态包含更强的推理正确性信号。仅使用少数后层训练 SWIFT,便可在显著减少参数规模与计算开销的同时,保持与使用全部层时接近的性能。这一结果说明,SWIFT 主要依赖模型在形成最终判断阶段的内部表示,而非早期的表层语言特征。

仅基于输出分布(logits)的训练方式:在无法访问隐藏状态的场景下,SWIFT 仍可仅依赖模型的输出分布进行训练。实验结果表明,即使在这种受限设定下,SWIFT 依然能够提取到具有判别力的质量信号。这一特性使其在一定程度上具备与部分闭源大模型兼容的可行性,显著拓宽了实际应用边界。

与传统奖励模型组合:得益于极小的参数规模(不足传统奖励模型的 0.005%),将 SWIFT 与现有奖励模型进行组合几乎不会引入额外的系统开销。论文探索了基于排序选择与加权融合的简单策略,实验表明,在多个基准上,这种组合方式能够进一步提升推理准确率。

综合来看,这些工程化特性使 SWIFT 不仅可以作为传统奖励模型的高效替代方案,也能够作为现有奖励模型体系中的轻量级补充模块,在几乎不增加部署成本的前提下提升整体系统性能。

总结

奖励建模的新范式

SWIFT 提供了一条不同于「更大模型、更重计算」的奖励建模路径:

直接利用大模型内部隐藏状态中的内在信号;

以极低的参数与数据成本,实现高效、稳定的奖励评估;

同时兼顾推理增强与对齐评估,具备良好的工程落地潜力。

这项工作表明,在大模型推理与对齐领域,性能提升并不一定依赖于更复杂的外部模型,而可能来自对模型自身内部机制的更深入理解与利用。

参考资料:

https://arxiv.org/abs/2505.12225


来源:https://www.163.com/dy/article/KJV8T7090511ABV6.html
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