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VLAarXiv:2602.23592

KEEP: 具現化プランニングのためのKVキャッシュ中心メモリ管理システム

KEEP: A KV-Cache-Centric Memory Management System for Efficient Embodied Planning

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LLMによる長期的な具現化プランニングで、メモリをKVキャッシュとして効率的に管理し、再計算を抑えつつ高速化と精度維持を両立するシステムKEEPを提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 記憶拡張型 LLM による長期的 embodied planning を対象とした、KV-cache 中心のメモリ管理システム KEEP を提案。 - 既存手法はメモリを raw text で保持するため prompt が長大化し prefill latency が高い。 - KV cache を保存・再利用しても頻繁な更新で効率利得が損なわれる問題に対処。 - ALFRED dataset で評価し、text-based memory 比 2.68x 高速化、精度低下は無視できる程度。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- text-based memory 手法と比べ、精度をほぼ落とさず 2.68x の speedup を達成。 - KV re-computation 手法 CacheBlend (EuroSys'25) と比べ、success rate が 4.13% 向上。 - 同比較で time-to-first-token (TTFT) を 1.90x 削減。 - 頻繁な KV cache 更新に伴う効率低下という既存の KV 再利用の課題を緩和。

3. 技術・手法の肝は?

- Static-Dynamic Memory Construction algorithm: mixed-granularity memory group により KV cache の再計算を削減。 - Multi-hop Memory Re-computation algorithm: 異なる memory group 間の重要な cross-attention を動的に特定し、memory 相互作用を反復的に再構築。 - Layer-balanced Memory Loading: 層間で偏りのある KV cache loading と cross-attention 計算を排除。 - 以上 3 点を核とした KV-cache-centric なメモリ管理。

4. どうやって有効だと検証した?

- ALFRED dataset 上で実験を実施。 - text-based memory 手法との比較で 2.68x speedup と無視できる程度の精度損失を確認。 - CacheBlend (EuroSys'25) との比較で success rate 4.13% 向上、TTFT 1.90x 削減を確認。 - コードは https://github.com/PKU-SEC-Lab/KEEP_Embodied_Memory で公開。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。 - 精度損失は negligible と述べられるが、具体的な限界や失敗ケース、汎化性の議論は要旨に記載なし。 - ALFRED 以外のタスクやモデル規模への適用可能性も要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- CacheBlend (EuroSys'25): 要旨で直接比較されている KV re-computation 手法。 - text-based memory を用いる memory-augmented LLM による embodied planning の既存研究(具体名は要旨に記載なし)。 - ALFRED dataset を用いた embodied planning の関連研究。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Zebin Yang, Tong Xie, Baotong Lu, Shaoshan Liu, Bo Yu, Meng Li

分類: cs.RO, cs.AI, cs.SE

原文アブストラクト

Memory-augmented Large Language Models (LLMs) have demonstrated remarkable capability for complex and long-horizon embodied planning. By keeping track of past experiences and environmental states, memory enables LLMs to maintain a global view, thereby avoiding repetitive exploration. However, existing approaches often store the memory as raw text, leading to excessively long prompts and high prefill latency. While it is possible to store and reuse the KV caches, the efficiency benefits are greatly undermined due to frequent KV cache updates. In this paper, we propose KEEP, a KV-cache-centric memory management system for efficient embodied planning. KEEP features 3 key innovations: (1) a Static-Dynamic Memory Construction algorithm that reduces KV cache recomputation by mixed-granularity memory group; (2) a Multi-hop Memory Re-computation algorithm that dynamically identifies important cross-attention among different memory groups and reconstructs memory interactions iteratively; (3) a Layer-balanced Memory Loading that eliminates unbalanced KV cache loading and cross-attention computation across different layers. Extensive experimental results have demonstrated that KEEP achieves 2.68x speedup with negligible accuracy loss compared with text-based memory methods on ALFRED dataset. Compared with the KV re-computation method CacheBlend (EuroSys'25), KEEP shows 4.13% success rate improvement and 1.90x time-to-first-token (TTFT) reduction. Our code is available on https://github.com/PKU-SEC-Lab/KEEP_Embodied_Memory.

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