深入解析谷歌的神经长时记忆架构：宣称支持200万+ token上下文窗口，复杂度仅为O(n)。数据很好看，但保持怀疑态度是合理的。
一句话总结：谷歌的Titans架构引入了神经长时记忆，通过“基于意外”的更新在推理过程中学习——实现200万+ token的上下文，复杂度为O(n)而非O(n²)。基准测试显示，在“大海捞针”任务中准确率达98.8%，而Mamba-2仅为31%。但该研究没有公开官方代码，实现细节模糊，且后续论文发现分块处理会降低性能。这是一项令人印象深刻的创新，但在相信这些数字之前，最好等待独立的复现结果。
“好记性顶不过烂笔头” —— 谚语
或者说：如果无法检索，最好的记忆也毫无用处。
谷歌选择在除夕夜发布
在8K上下文长度下，任务中达到98.2%的准确率（可扩展至200万+tokens）。
Mamba-2—之前大家都看好的架构？准确率31%。
谷歌不只是击败了竞争对手，也彻底碾压了自己。
在AI领域最难的记忆基准测试上实现了3倍的提升，而这项成果却埋没在假期期间大多数人匆匆划过的论文里。
真正令人震惊的是：Titans 不只是像高级数据库那样存储上下文，它可以推理过程中学习。
这个模型实际上会实时重写自己的记忆，自主决定记住什么、遗忘什么——更像大脑，而不是硬盘。
200万+tokens。复杂度为O(n)而非O(n²)。在某些任务上，参数效率比GPT-4高出2000倍。
而谷歌呢？并没有过多宣传。没有官方代码。没有API。没有时间表。
他们构建了可能是自原始Transformer以来最重要的架构——然后把它锁进了保险箱。
原因是什么？
什么是谷歌Titans？ 谷歌Titans是一种神经网络架构，它结合了基于注意力的短期记忆与可学习的长期记忆模块。
与Transformer的O(n²)复杂度不同，Titans实现了O(n)的线性复杂度，同时能处理超过200万tokens的上下文窗口。该架构由谷歌研究院于2024年12月提出。
限制所有大语言模型的 O(n) 与 O(n²) 问题
大家需要关注一个数字：O(n²)。
这事注意力机制的复杂度。上下文长度翻倍，计算量就变成四倍。
这也是为什么"128K上下文"的模型会出问题。
Transformer架构在2017年通过其注意力机制彻底改变了AI——模型在处理当前tokens时能看到所有先前tokens的方法。"全局注意力"正是语言模型能够保持连贯对话和理解上下文的原因。
这样的机制有什么问题？
注意力机制具有 O(n²) 的复杂度。上下文长度翻倍，计算和内存需求就变成四倍。这就是为什么GPT-4，尽管拥有128K词元的上下文窗口，但在长上下文任务上表现出明显的性能下降，一些研究发现其有效上下文低至8K tokens，尽管窗口是128K。这个模型技术上可以_接收_128K tokens。但它无法有效地_使用_它们。
Researchers花了七年时间试图解决这个问题：
上下文长度解决方案时间线
表中的每个方案都有所取舍。稀疏注意力会丢失全局依赖关系。线性注意力无法忘记无关信息。状态空间模型将所有信息压缩成固定大小的表示，在长序列中会丢失细节。
Titans 声称能解决这个难题。
谷歌Titans架构运作原理
三记忆系统
Titans 并非单一架构，而是一个建立在三种不同记忆类型之上的框架，其灵感来源于人类认知中短期记忆与长期记忆的分离方式。
1. 核心（短期记忆）：注意力机制
这是标准的滑动窗口注意力机制，作用于当前的Tokens片段。可以把它想象成你的工作记忆——精确、详细，但容量有限。训练上下文长度：4K 词元（推理时窗口大小可能变化）。
2. 长期记忆：神经记忆模块
这是 Titans 的创新之处。与将上下文压缩成固定大小向量的传统 RNN 不同，Titans 使用一个深度神经网络（具体来说，是一个 2 层以上的多层感知机）作为其记忆。这个网络在推理过程中通过一种称为测试时训练的过程进行学习。
3. 持久记忆：习得参数
这些是与任务无关的可学习参数，在训练后保持固定。可以把它们看作是“本能”——不随当前输入而改变的通用知识。
正是这个神经长期记忆模块，将 Titans 与此前所有试图解决上下文窗口问题的尝试区分开来。虽然 Mamba 和其他状态空间模型将上下文压缩成固定向量，但 Titans 的神经记忆可以自适应地扩展其表征能力。
"惊喜"机制
这里就是数学变得有趣的地方。神经记忆模块并非盲目地存储一切。它使用一个"惊喜"指标来决定哪些内容值得记住。
直觉是这样的：如果你正在阅读一份财务报告，并遇到了"季度"这个词，你的大脑不会急于记住它——这是意料之中的。但如果在这份报告中间突然看到一张香蕉皮的图片，你就会注意到。这就是惊喜。
从数学上讲，Titans 通过重构损失的梯度来衡量惊喜：
# 泰坦记忆更新伪代码
def memory_update(M_prev, key, value, eta, theta, S_prev):
"""
M_prev: 前一个记忆状态（神经网络权重）
key, value: 当前输入表征
eta: 惊喜学习率（动量系数）
theta: 遗忘率（权重衰减）
S_prev: 前一个惊喜状态（动量）
"""
# 计算重构损失：记忆预测值的准确度如何？
loss = mse_loss(M_prev(key), value) # l(M; x) = ||M(k) - v||²
# 计算梯度 = "惊喜信号"
gradient = compute_gradient(loss, M_prev)
# 用动量更新惊喜状态
# 高梯度 = 意外输入 = 高惊喜度
S_t = eta * S_prev - theta * gradient
# 更新记忆
M_t = M_prev + S_t
return M_t, S_t
三十行伪代码。这是Google花了八年时间试图修正注意力机制的样子。
这种大语言模型的测试时训练方法与传统推理方式有根本性不同。模型不是在固定权重下运行，而是在每次前向传播时执行梯度下降——实时学习和适应。
核心：梯度充当了惊喜信号。如果记忆已经"掌握"当前输入（重构误差低），梯度就很小——无需更新。如果输入出人意料（重构误差高），梯度就很大——将其存储起来。
Titans记忆的工作原理：
1. 输入tokens抵达记忆模块
2. 模型计算重构损失（预测值 vs 实际值）
3. 梯度大小决定"惊喜"程度
4. 高惊喜度 = 大梯度 = 记住该tokens
5. 动量累积近期的惊喜模式
6. 权重衰减实现旧信息的自适应遗忘
两项关键改进
Titans 引入了两种机制，使其变得实用：
动量机制：模型不仅考虑“瞬时意外”（当前tokens），还考虑“过往意外”（近期上下文）。这确保了一个令人意外的句子能被完整捕捉，即使其后续的单个词语本身并不令人意外。
自适应遗忘（权重衰减）：记忆容量是有限的。遗忘门允许模型丢弃不再相关的信息——这对于处理超过数百万tokens的序列至关重要。
三种架构变体
这篇论文提出了三种将神经记忆与注意力机制结合的方法：
理解 MAC、MAG 和 MAL 这三种架构变体，对于任何想要实现 Titans 模型的人来说都至关重要。谷歌的实验结果明确显示，MAC（记忆作为上下文）在所有测试的基准上都表现最佳。
结果表明，MAC（记忆作为上下文）在处理长距离依赖关系时表现最好，而 MAG 在较短上下文上仍具有竞争力。它在各项基准测试中始终优于其他变体。MAL（记忆作为层）表现最差——显然，只是简单地将记忆和注意力层顺序堆叠，并不能捕捉到正确的交互关系。
Titans vs Mamba-2 vs GPT-4：基准测试对比
200万token的上下文窗口并非仅是理论宣称——谷歌提供了具体的基准测试数据。以下是Titans在长上下文检索与推理任务上，与当前顶尖模型的性能对比。
海量文本中寻找线索的效果测试
这是长上下文模型的经典测试：将特定事实隐藏在庞大的文档中，看模型能否检索出来。
Titans 与 Mamba-2 准确率对比（8K 上下文）：
- 海量文本寻针（S-NIAH-PK at 8K）：Titans 98.2% 对比 Mamba-2 31.0%
- 海量文本寻针（多值）：Titans 88.4% 对比 Mamba-2 32.5%
- 语言建模困惑度：Titans 25.43 对比 Mamba-2 30.83（数值越低越好）
数值近似取自 BABILong 论文
Mamba-2 的对比结果尤其惊人。在 8K 上下文长度下，Titans 达到了 98.8% 的准确率，而 Mamba-2 仅有 31%。
说得更直白点。Mamba-2 本应是 Transformer 的终结者，是大家翘首以盼的高效替代方案。但谷歌的 Titans 在最关键的任务——真正记住你告诉它的内容上——以三倍的效果优势击败了它。
BABILong 推理任务
BABILong 测试的不仅仅是检索，还包括跨分布式事实的推理。一个问题可能需要将文本中三个不同位置的信息联系起来。
核心结论是：一个拥有 7.6 亿参数的 Titans 模型，在长上下文推理任务上，表现优于 GPT-4（估计约 1.7 万亿参数）。这代表着参数数量上约 2000 倍的差距——尽管这个比较并不完美，因为 GPT-4 使用的是混合专家架构，而非稠密模型。
不是 2 倍。不是 20 倍。是两千倍。
多年来，Scale Law,行业一直致力于将模型规模扩展到数千亿参数，消耗着兆瓦级的算力，坚信越大越好。谷歌刚刚暗示我们可能完全搞错了方向。
前提是这些基准测试结果能迁移到实际应用场景中。
语言建模困惑度
困惑度越低越好。在原始语言建模任务上，Titans 的表现优于现代 Transformer 基线模型和 Mamba-2。
测试模型规模
这篇论文评估了四种模型规模：
谷歌Titans架构的五个关键问题
它的架构设计很优雅。基准测试结果很厉害。其影响颠覆所有认知所有认知。
但我在这行待得够久了，深知一个道理：牛叉的论断需要非凡的证据。而眼下，这些数字只有一个来源——谷歌自己的论文。
没有独立的复现。没有官方的代码库。没有第三方的验证。
1. 没有官方代码发布
根据我的分析，谷歌尚未发布 Titans 的官方代码。论文里承诺了会发布，但代码仓库并不存在。目前唯一可用的实现是 lucidrains/titans-pytorch，这是一个非官方的社区项目，目前仍在积极开发中。
这很重要，因为：
无法独立验证论文中的基准测试结果 具体的实现细节尚不明确（下文会详细说明） 目前最多只能推测其生产部署的可能性
2. 可复现性：只能看《Titans》论文
2025年10月，来自萨皮恩扎大学的研究人员发表了论文《Titans重访：一个轻量级重实现与批判性分析》。他们的发现发人深省：
原论文中的模糊之处：
预测应该仅来自最后一个片段还是所有片段？ 拼接记忆tokens后，降维策略是什么？ MAC模块是一个浅层编码器还是一个可堆叠的层？ 有多少个attention heade？使用什么pos-encoding？ 测试时更新与其他因素相比，具体贡献是什么？
关键发现："由于分块处理，titans模型并非总能超越已有的基线模型。"
分块问题至关重要。为了达到实际的训练时间，titans模型以片段为单位处理序列。但这种分块策略可能会降低性能，而原论文并未充分说明这一点。
坦白说：我泰坦模型能成功。我花了太多时间与上下文窗口限制作斗争，一个真正的解决方案将彻底改变我的工作流程。
这正是我对此如此严格的原因。
3. 测试时训练开销
TTT听起来很优雅，但它意味着模型在推理过程中还在训练。每次前向传播都包含对记忆模块的梯度计算。这会增加延迟，而论文并未对此进行充分的基准测试。
作为参考，现有的TTT方法在GPU利用率方面一直存在问题——由于在线小批量数据规模较小，通常只能实现不到5%的浮点运算利用率。
4. 规模未知
经过测试的最大 Titans 模型拥有 7.6 亿个参数。我们没有证据表明该架构能够扩展到 GPT-4 级别的规模（数千亿参数）。论文展示了有希望的扩展曲线，但外推纯属推测。
5. 对合成基准的审慎态度
BABILong 虽然严谨，但它是一个合成基准。现实世界中的长文本任务——如法律文件分析、代码库理解、多文档综合——可能表现不同。正如原始 BABILong 论文所指出的：流行的大语言模型实际有效利用的上下文长度，仅占其宣称能力的 10% 到 20%。
何时不应使用 Titans（基于现有证据）
需要经过验证的可靠性的生产系统
需要官方支持和文档的使用场景
4K-8K 上下文长度已足够的任务（使用经过验证的 Transformers 模型）
对延迟敏感的应用（Titans 的额外开销未知）
在可复现性问题得到解决之前
谷歌Titans会是Transformer的终结者吗？5个理由告诉你它可能真是
尽管存在一些注意事项，以下是我认为Titans值得关注的原因：
1. 数学基础是可靠的
基于“意外”的记忆更新机制并非空谈。它与在线学习和联想记忆中的成熟概念紧密相连。谷歌的配套论文MIRAS提供了一个理论框架，将Titans与其他序列模型统一起来。
2. 如果基准测试可复现，则意义重大
在"大海捞针"任务上，98.8% 对 31% 的准确率差距绝非偶然噪音。要么是结果造假（考虑到谷歌的声誉，这不太可能），要么是基准测试的设计偏袒了Titans模型（有可能但不明显），要么就是这种架构在长上下文检索方面确实效果更好。
3. 它解决了一个实际问题
注意力机制的 O(n²) 复杂度是一个根本性的瓶颈。每个研究长上下文模型的研究者都在与这个限制作斗争。如果 Titans 能以最小的质量损失实现 O(n) 复杂度，那就值得深入研究。
4. 时机说明一切
谷歌于2024年12月31日发布了Titans，随后在2025年12月4日通过MIRAS发布了一篇详细的博客文章。这并非一篇随意发表的研究论文，而是一项持续性的努力。结合关于Gemini 4开发的传闻来看，Titans可能代表了谷歌的下一代架构。
5. 竞争正在验证这一方法
TTT（测试时训练）概念并非谷歌独有。斯坦福大学、加州大学伯克利分校和Meta都发表过关于序列模型测试时训练的研究。GPT-4o以新颖的方式运用自回归推理。该领域正朝着在推理过程中持续学习的方向发展。
注意力架构的终结
把视野拉远一点。
过去七年，AI领域一直遵循一个简单的假设：只要把Transformer模型做大，能力就会涌现。从GPT-2到GPT-3再到GPT-4——模型越来越大，数据越来越多，效果越来越好。这个"规模扩展假说"取得了惊人的成功。
但注意力机制的O(n²)复杂度设定了硬性天花板。你可以把模型做得更大，但无法让上下文窗口按比例延长。一个参数多100倍的模型，并不会获得100倍的上下文长度——可能只增加2-4倍，内存就爆了。
Titans代表了一种不同的赌注：如果架构本身就需要改变呢？如果注意力机制只适合短期精确记忆，而长期记忆需要完全不同的机制呢？
人类大脑并不会把你见过的每一帧视觉画面都以完美细节存储下来。它会压缩、抽象、遗忘。它记住意外事件，丢弃可预测的内容。Titans试图在计算上实现这种机制。
如果它能大规模应用，影响将是深远的：
对于RAG：检索增强生成可能对许多用例变得不再必要。既然能记住，为什么还要检索？
对于智能体：自主智能体可以在数小时甚至数天的操作中保持连贯的上下文，无需复杂的上下文窗口操作技巧。
对于成本：线性复杂度意味着推理成本随上下文长度线性增长，而非二次增长。上下文增加10倍，成本只增加10倍，而不是100倍。
对于竞争：如果谷歌将Titans集成到Gemini 4中，OpenAI和Anthropic将需要架构层面的回应，而不仅仅是增加规模。
但这里有个没人问的问题：
如果Titans这么好，为什么谷歌按兵不动？
沉默了一年。没有代码。没有Gemini集成公告。要么他们在憋大招——要么内部复现结果不理想。
我知道我赌的是哪一种。
Titans架构会出现在 Gemini 4 中吗？
根据我的分析，以下是我的概率性预测：
最可竜出现的情况是：Titans架构将成为处理长上下文任务的几种架构选项之一，与改进的稀疏注意力、状态空间模型以及混合方法并存。Transformer 不会“消亡”——它会变得更加专业化。
如何在2026年追踪Google Titans的开发进展
如果你想追踪Titans的开发情况：
关注非官方实现：lucidrains/titans-pytorch 这个项目维护得很积极，会跟进最新的理解。
阅读关键分析：Titans Revisited 这篇论文提供了关于可复现性问题的重要背景信息。
跟进理论基础：MIRAS 这篇论文解释了Titans背后的数学框架。
关注BABILong的结果：BABILong排行榜 会显示独立团队能否复现Titans报告的性能数据。
留意Google的官方公告：任何关于Gemini 4架构的细节都可能揭示Titans是否已投入实际生产。
真的需要关注谷歌的Titans模型吗？
google发表了一篇论文，声称要淘汰Transformer。你们展示的基准测试结果足以改写所有AI教科书。你们描述了一个能解决我们十年来一直努力攻克的问题的架构。
然后,就没有然后了。
没有代码。没有权重。没有复现指南。只有一个PDF文件和一片寂静。
现实是：在2025年，没有代码的论文就是新闻稿。无法复现的基准测试就是营销。没有实现的架构就是科幻小说。
Gooogle有两个选择：
选项A：发布代码。让社区来验证。如果Titans是真的，你们将做出自《Attention Is All You Need》以来对AI最重要的贡献。历史将记住你们是开拓者。
选项B：继续藏着掖着。看着质疑声越来越大。看着舆论从“谷歌的突破”转向“谷歌的雾件”。加入那些过度炒作却从未面世的演示品的坟墓。
