发表时间: 2026-06 · Blog post by Z Lab, Modal, and SGLang Teams (lmsys.org)
原文: https://lmsys.org/blog/2026-06-15-next-generation-speculative-decoding-dflash-v2
作者/机构:Z Lab, Modal, and SGLang Teams(Z Lab:Jian Chen, Yesheng Liang, Zhijian Liu;Modal:David Wang, Charles Frye;SGLang:Qiaolin Yu, Liangsheng Yin, Khoa Pham)
发布时间:2026年6月15日
一句话结论 该工作提出了融合块扩散并行生成与跨层键值注入的推测解码模型 DFlash,配合 SGLang 消除主机同步开销的 Spec V2 重叠调度引擎,使 Qwen 3.5 397B-A17B 的端到端推理吞吐达到原生多词元预测的 1.5 倍、无推测基线的 4.3 倍以上。
要解决什么问题 大语言模型自回归生成面临严重的内存墙瓶颈,逐词生成的算术强度(计算与访存之比)极低。推测解码(用小型草稿模型提议候选词元并由目标模型并行验证的技术)可缓解此问题,但现有主流方案(如 EAGLE 系列,以及 Gemma 4 和 DeepSeek-V4 中的原生多词元预测 MTP)在草稿模型内仍采用逐词自回归生成。这种串行机制导致草稿延迟随词元数线性增加,迫使工程实践只能采用极浅层草稿网络,限制了候选词质量;同时,EAGLE-3 等方法仅在草稿网络输入层引入目标模型特征,信号随网络深度加深而衰减,难以支撑更长推测。若直接训练小型块扩散模型则接受率过低,使用大型扩散模型(如 SpecDiff-2)又会带来高显存与计算开销。此外,主机与设备间的频繁同步开销也严重阻碍了硬件性能的充分释放。
怎么做的 DFlash 的核心思路是用单步并行扩散替代自回归串行草稿,并用目标模型键值缓存直接增强深层草稿质量,同时在引擎侧消除调度同步瓶颈。关键设计包含三个层面:首先是块扩散草稿模型,仅需单次前向传播便可并行生成整块草稿词元,将草稿延迟转化为硬件友好的常数级开销,在生成 4、8 乃至 16 个词元时延迟均显著低于浅层自回归草稿器;其次是键值(KV)注入机制,针对深层草稿特征衰减难题,直接提取目标模型上下文隐藏状态 $H_{\text{target}}$,并在草稿模型的每一层直接投影注入其 KV 缓存:
这使草稿模型免于从头建模全部上下文,并在深层持续保留强上下文约束以提升接受长度;最后在 SGLang 引擎实现中,系统引入分层批处理投影与融合算子实现即时物化,避免保存中间隐层张量占用显存并支持基数树前缀缓存共享,同时借助 Spec V2 重叠调度器,将第 $N-1$ 批次的主机清理工作与第 $N$ 批次的 GPU 执行重叠,并将第 $N$ 批次的显存分配与第 $N-1$ 批次的 GPU 执行重叠,消除了主机同步断点。
效果如何 实验在 Modal 平台的 8 张 B200 上测试了 BF16 精度的 Qwen 3.5 397B-A17B(开启思考模式,最大生成 4096 词元),并在单张 B200 上测试了 Qwen 3-4B 与 3-8B。对比基线包括自回归推测代表 EAGLE-3(5 层结构)、原生多词元预测 MTP 路线(最长 7 步)及无推测基线。在 Qwen 3.5 397B-A17B 的 HumanEval 测试中(并发 1,块大小 16),DFlash 达到基线吞吐的 4.3 倍以上、原生 MTP 的 1.5 倍,并在 GSM8K、HumanEval 和 MT-Bench 的并发 1 至 32 场景下全面超越原生 MTP。在 Qwen 3-4B 上,5 层 DFlash 在接受长度与 5 层 EAGLE-3 相当的情况下,端到端加速比全面胜出(GSM8K 达到 3.3 倍对 2.1 倍,HumanEval 达到 3.2 倍对 2.2 倍,MT-Bench 达到 2.2 倍对 1.4 倍)。消融实验显示,纯扩散模式在接受长度较低时依然超越 EAGLE-3 的加速比,纯注入模式则将接受长度提升至 4.8。在系统层面,Spec V2 调度器使 Qwen 3-8B(并发 32)吞吐从 11.4 ktok/s 提升超 33% 至 15.3 ktok/s;小米 MiMo v2.5-Pro-UltraSpeed 亦采用该方案达成了超 1000 output tps。其代价在于草稿与目标模型状态强绑定,高度依赖底层融合算子与物化优化来避免显存开销。
在基于 Transformer 架构的大语言模型(LLM)推理部署中,自回归(Autoregressive)解码机制导致输出必须逐 token 串行生成,算术强度(Arithmetic Intensity)极低,难以充分饱和现代硬件(如 GPU、TPU)的计算吞吐。推测解码(Speculative Decoding)作为加速推理的标准范式,通过小型草稿模型(Draft Model)预测候选 token,并由目标大模型并行验证。然而,主流方案(包括 EAGLE 系列以及 Gemma 4、DeepSeek-V4 等原生搭载的 Multi-Token Prediction/MTP 模块)依然在草稿模型中采用串行自回归生成,导致草稿生成过程依然受到硬件低利用率的瓶颈限制,且草稿开销随推测长度线性增长。针对已有方案要么直接训练小型块扩散(Block Diffusion)模型导致接受长度(Acceptance Length)极低,要么使用大型扩散模型(如 SpecDiff-2)导致显存开销和延迟不可承受的困境,本文及合作团队提出并工程落地了新一代推测解码技术体系:
pop_and_process)以及批次 KV 分配(prepare_for_decode)与 GPU 计算流水线,彻底消除推测解码中的 Host-Device 同步开销,使端到端吞吐提升超 33%。
工作负载:Qwen 3.5 397B-A17B (BF16),数据集:HumanEval。评测配置:贪婪解码(Greedy Decoding),启用思考模式(Thinking Enabled),最大新生成 token 数量 4096。硬件:Modal 平台 8×B200。接受长度为所有请求的平均值。草稿 token/块大小选择以最大化吞吐为准(MTP:7步;DFlash:块大小 16)。
下表汇总了本文方法与设计阐述中所引用的核心参考文献、标号、原文上下文描述及对应详细索引信息:
| 引用标注 | 原文对应描述及分析 | 详细索引信息 |
|---|---|---|
| [Speculative Decoding] | “Speculative decoding addresses this bottleneck by using a smaller, faster draft model to propose multiple tokens, which are then verified in parallel by the target LLM...” 用于引入推测解码的基础概念。 | Leviathan et al., Fast Inference from Transformers via Speculative Decoding, 2022. URL: https://arxiv.org/abs/2211.17192 |
| [EAGLE series] / [EAGLE] | “...many speculative decoding methods, like the EAGLE series and the native multi-token prediction (MTP)... still rely on sequential autoregression – but in the draft model instead of the target.” 指出 EAGLE 等方法在草稿器中依赖串行自回归的缺陷;后文指出其特征信号随层数衰减。 | Li et al., EAGLE: Speculative Sampling Requires Rethinking Feature Uncertainty, 2024 / 2025. URL: https://arxiv.org/abs/2503.01840 |
| [DFlash] | “That’s why Z Lab developed DFlash, which uses a lightweight block diffusion draft model to generate an entire block of draft tokens in parallel...” 介绍 DFlash 原创工作出处。 | Chen et al., DFlash: Block Diffusion for Efficient Speculative Decoding, 2026. URL: https://arxiv.org/abs/2602.06036 |
| [SpecDiff-2] | “...while using an existing large diffusion LLM like SpecDiff-2 as the drafter introduces a large memory footprint and high drafting cost.” 用于对比大型扩散草稿模型高显存与高延迟的弊端。 | SpecDiff-2: Large Scale Diffusion Draft Models for LLMs, 2025. URL: https://arxiv.org/abs/2511.00606 |
| [Medusa] | “Inspired by previous methods like Medusa, EAGLE and MTP... we extract hidden representations of the context tokens from the target model.” 用于说明从目标模型借用表征的设计灵感来源。 | Cai et al., Medusa: Simple LLM Inference Acceleration with Multiple Decoding Heads, 2024. URL: https://arxiv.org/abs/2401.10774 |
| [Gloeckle et al., 2024] | “Inspired by previous methods like Medusa, EAGLE and MTP (Gloeckle et al., 2024; Samragh et al., 2025)...” 阐述原生多 token 预测架构的相关工作背景。 | Gloeckle et al., Better & Faster Large Language Models via Multi-token Prediction, 2024. URL: https://arxiv.org/abs/2404.19737 |
| [Samragh et al., 2025] | 同上,作为原生多 token 预测(MTP)关键参考文献之一。 | Samragh et al., Scaling Multi-Token Prediction for Efficient Speculative Decoding, 2025. URL: https://arxiv.org/abs/2507.11851 |
DFlashWorker)作为直接面向调度器的代理通信入口(通过 .forward_batch_generation 等核心方法),而将目标模型的 Worker 封装在内部。DFlashWorker 驱动 DFlashDraftModel 完成候选词生成后,在内部主动调用目标模型的 Worker 进行批次验证。Spec V2 重叠调度器消除主机端同步开销:在推测解码系统中,Host-Device 之间的频繁同步是扼杀推理性能的首要瓶颈,即便 GPU 计算核函数极致优化也无法规避。SGLang Spec V2 引擎通过引入重叠调度器(Overlap Scheduler),充分挖掘出推测流程中的两大时序重叠空间:
pop_and_process 清理逻辑(包括检测 Stop Token、更新请求元数据等操作)完全与 GPU 上正在执行的第 $N$ 个批次的计算重叠运行。prepare_for_decode 方法中)被前移,直接与 GPU 执行第 $N-1$ 个批次的操作实现完全并发重叠。Spec V2 引擎带来的端到端性能飞跃:在单卡 NVIDIA B200 硬件、运行 Qwen 3-8B 模型、并发量设置为 32 的基准测试下,Spec V2 重叠调度流水线优化将推理吞吐由原先的约 $11.4\text{ ktok/s}$ 飙升至约 $15.3\text{ ktok/s}$,端到端吞吐提升幅度突破 33%。
超大规模目标模型:Qwen 3.5 397B-A17B(BF16 精度,MoE 激活架构)。
对比与消融目标模型:Qwen 3-4B、Qwen 3-8B。
export SGLANG_ENABLE_OVERLAP_PLAN_STREAM=1fa4)trtllm_mha)triton)和 FlashInfer(flashinfer)--mamba-scheduler-strategy extra_buffer--enable-flashinfer-allreduce-fusion,Prefill 采用分段 Tensor Core CUDA Graph(tc_piecewise),Decode 阶段 CUDA Graph 最大 Batch Size 为 32。在控制训练数据和层数(均为 5 层)相同的前提下,对比 EAGLE-3、完整 DFlash 及各消融变体的端到端指标,指标格式为 接受长度 / 加速倍数:
| 评估任务 | EAGLE-3 (5层) | DFlash (完整架构) | DFlash (仅扩散消融) | DFlash (仅KV注入消融) |
|---|---|---|---|---|
| GSM8K | 4.2 / 2.1x | 4.2 / 3.3x | 3.5 / 2.9x | 4.8 / 2.4x |
| HumanEval | 4.3 / 2.2x | 4.0 / 3.2x | 3.5 / 2.9x | 4.6 / 2.3x |
| MT-Bench | 3.1 / 1.4x | 3.0 / 2.2x | 2.6 / 2.0x | 3.4 / 1.5x |
在 8×B200 集群上,全面对比无推测基线(Baseline)、原生 MTP(7 步)与 DFlash(块大小 16):
单并发吞吐表现(HumanEval):

。全并发覆盖表现(1 至 32 Concurrency):
详细评测基线数据及复现配置公开于 Hugging Face 仓库中。
本文阐述了由 Z Lab、Modal 和 SGLang 联合研发落地的全新推测解码方案 DFlash 及其配套系统 Spec V2。针对传统推测解码以及原生 MTP 模块在草稿模型中依赖串行自回归的根本缺陷,DFlash 创造性地结合了块扩散并行推测与跨层 KV 注入机制,既消除了串行草稿延迟,又解决了小型草稿器脱离上下文导致的低接受率问题。在工程系统侧,通过 SGLang Spec V2 引擎实现的即时物化、融合算子优化以及重叠调度器,彻底排除了显存挤占与主机端同步气泡。全尺度实验表明,该方案不仅在轻量级模型上表现优异,更在 Qwen 3.5 397B-A17B 等旗舰规模 MoE 架构上实现了跨并发、跨任务对原生 MTP 的全面超越(单并发吞吐超基线 4.3 倍、超 MTP 1.5 倍)。
未来展望与应用方向: