10月14日，小米和北京大學(xué)聯(lián)合署名的論文發(fā)表于arXiv，曾被曝獲小米集團(tuán)創(chuàng)始人兼CEO雷軍以千萬年薪招募的DeepSeek“天才少女”羅福莉，出現(xiàn)在了這篇論文的通訊作者之列，但值得注意的是，論文作者中并沒有標(biāo)注羅福莉?qū)儆谛∶状竽Ｐ蛨F(tuán)隊(duì)。
通訊作者中的羅福莉是95后，她本科就讀于北京師范大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)，碩士畢業(yè)于北京大學(xué)計(jì)算語言學(xué)研究所計(jì)算語言學(xué)專業(yè)。隨后羅福莉曾在阿里巴巴達(dá)摩院主導(dǎo)開發(fā)了多語言預(yù)訓(xùn)練模型VECO，并推動了AliceMind的開源工作，2022年入職DeepSeek，參與了MoE大模型DeepSeek-V2的研發(fā)。去年年底，小米被曝以千萬年薪挖角DeepSeek-V2核心開發(fā)者之一羅福莉，使其沖上熱搜，但雙方至今都未公開聲明是否正式入職小米。
DeepSeek“天才少女”羅福莉（圖源：羅福莉個人公眾號）
這篇論文提出了提升MoE模型強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練的新方法Rollout Routing Replay（R3）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，R3的整體性能優(yōu)于GRPO、TIS這類強(qiáng)化學(xué)習(xí)領(lǐng)域提升模型性能的優(yōu)化算法，且引入R3的所有組合方法全過程無崩盤，訓(xùn)練過程中訓(xùn)練-推理KL散度等始終較低，在不影響訓(xùn)練速度的情況下，使得極端token比例減少一個量級。
當(dāng)下，強(qiáng)化學(xué)習(xí)（RL）已成為提升大語言模型能力的關(guān)鍵方法。然而，在MoE模型中，路由機(jī)制往往會引入不穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練崩潰，但現(xiàn)有的引入重要性采樣機(jī)制等并不能提升訓(xùn)練穩(wěn)定性。不同于此前采取諸如丟棄差異較大的數(shù)據(jù)之類的變通方法，這篇論文的研究人員希望通過解決路由分布也就是R3來根本性解決這個問題。
論文地址：https://arxiv.org/pdf/2510.11370
一、破解強(qiáng)化學(xué)習(xí)崩潰的關(guān)鍵方法，小米團(tuán)隊(duì)提出R3
強(qiáng)化學(xué)習(xí)已成為大語言模型后期訓(xùn)練的基石，利用大規(guī)模強(qiáng)化學(xué)習(xí)，大模型更深入、更廣泛推理，獲得解決復(fù)雜問題所需的高級能力，但其面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何平衡效率和穩(wěn)定性。
現(xiàn)代強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架通常使用不同的引擎進(jìn)行推理和訓(xùn)練用于部署，但這種架構(gòu)上的分離可能導(dǎo)致token概率出現(xiàn)分歧，甚至可能導(dǎo)致災(zāi)難性的強(qiáng)化學(xué)習(xí)崩潰。然而，現(xiàn)有的改進(jìn)方法并不能完全解決MoE模型上進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練時出現(xiàn)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)離線策略問題。
研究人員提出的R3，其工作原理是在序列生成期間從推理引擎捕獲路由分布，并將其直接重放到訓(xùn)練引擎中。這一過程可以縮小訓(xùn)練和推理之間的差距，其顯著特征是不同引擎生成的邏輯向量的KL散度（量化兩個概率分布之間的差異程度，值越小說明兩個分布越接近）顯著降低，兩個階段之間概率差異顯著的token數(shù)量減少了大約一個數(shù)量級。
此外，該方法同時適用于在線策略（on-policy）和小批量（mini-batch）式離線策略強(qiáng)化學(xué)習(xí)（off-policy）場景。
論文提到了研究團(tuán)隊(duì)的三大主要貢獻(xiàn)：
1、系統(tǒng)識別和分析了MoE模型中訓(xùn)練和推理之間的路由分布差異，強(qiáng)調(diào)了它們在訓(xùn)練不穩(wěn)定性中的作用；
2、提出Rollout Routing Replay，它重用訓(xùn)練引擎內(nèi)部的推理時間路由分布，以協(xié)調(diào)訓(xùn)練和推理之間的路由行為；
3、將R3應(yīng)用于多種RL設(shè)置進(jìn)行MoE強(qiáng)化學(xué)習(xí)，并表明R3在穩(wěn)定性和整體性能方面優(yōu)于GSPO和TIS。
二、可顯著縮小訓(xùn)練-推理差異，對Agent任務(wù)大有裨益
R3的主要思路是在訓(xùn)練前向傳播過程中重用推理路由掩碼I，同時仍將softmax應(yīng)用于訓(xùn)練邏輯以保持梯度流。
這種設(shè)計(jì)主要有兩個目的：一是對齊訓(xùn)練和推理，確保訓(xùn)練重放期間使用的專家與推理期間選擇的專家相匹配，從而消除專家選擇中的不匹配；二是保留梯度數(shù)據(jù)流，通過僅重放掩碼，梯度仍然可以流回logits而不會干擾計(jì)算圖，這有助于有效地優(yōu)化路由器。
重放門控權(quán)重、重放輸出y的計(jì)算方式
具體來看，R3在效率優(yōu)化上，通過路由掩碼緩存（Router Mask Caching）適配多輪對話場景，降低計(jì)算開銷。
其論文提到，緩存的路由掩碼具有相似的屬性，對于相同的前綴token，MoE路由器應(yīng)該產(chǎn)生相同的結(jié)果，因此來自推理引擎的路由掩碼可以與前綴KVCache一起緩存。
對于每個層和token前綴，相應(yīng)的路由掩碼都存儲在KVCache中。當(dāng)相同的前綴出現(xiàn)并命中緩存時，這些掩碼可以被重用，從而無需重新計(jì)算，這使得R3能夠與前綴緩存機(jī)制無縫集成。
研究人員稱，緩存路由掩碼在Agent場景中有較大應(yīng)用空間。例如軟件工程和網(wǎng)頁瀏覽等Agent任務(wù)，都涉及自回歸生成和工具調(diào)用之間的多輪交互，為了提高效率，這些過程直接重用了前幾輪的KVCache，因此無需重新生成已計(jì)算的數(shù)據(jù)。路由掩碼緩存使R3能夠在強(qiáng)化學(xué)習(xí)代理任務(wù)中保持高效，而無需重新預(yù)填充以生成路由掩碼。
為了證明R3在縮小訓(xùn)練-推理差異上的有效性，研究人員使用Qwen3-30B-A3B模型進(jìn)行了驗(yàn)證，其將推理過程中獲得的路由分布緩存在SGLang上，并在Megatron框架內(nèi)重放它們。
使用Megatron進(jìn)行兩次前向傳播獲得的概率
結(jié)果表明，應(yīng)用R3后，訓(xùn)練和推理之間的KL散度從1.5×10?³減小到7.5×10??，接近于稠密模型的6.4×10??水平，這表明其訓(xùn)練-推理差異減少。
研究人員還繪制了使用R3的訓(xùn)練-推理差異比率的累積分布圖，對于MoE模型，應(yīng)用R3可將具有較大訓(xùn)練推理差異的token的頻率降低一個數(shù)量級。
a、MoE模型中訓(xùn)練-推理差異的說明，b、MoE+R3模型中訓(xùn)練-推理差異的說明，c、稠密模型中訓(xùn)練-推理差異的說明，d、極端token分布函數(shù)
三、實(shí)測三大能力提升：整體性能、訓(xùn)練穩(wěn)定、優(yōu)化生成行為
為了評估R3對強(qiáng)化學(xué)習(xí)的性能改進(jìn)，研究人員從BigMath、ORZ等開源數(shù)據(jù)集篩選約10萬道可驗(yàn)證數(shù)學(xué)題，采用AIME24、AIME25、AMC23和MATH500作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行評估，并在單次訓(xùn)練過程中每5個全局步驟測量一次模型性能。
其選擇的模型是Qwen3-30B-A3B-Base及其微調(diào)模型Qwen3-30B-A3B-SFT。
評估方式是每5個全局步驟記錄模型性能，最終報(bào)告最佳性能及對應(yīng)訓(xùn)練步驟，若模型后期性能驟降，同時追蹤訓(xùn)練崩盤步驟”。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，整體性能上，R3在多步更新場景，GRPO+R3平均得分68.05分，比GSPO高出1.29分；GSPO+R3進(jìn)一步提升至69.00，比單獨(dú)GSPO高2.24分。
單步更新場景，SFT模型上，GRPO+R3平均得分71.83分，比GRPO（62.23）高9.6分，比GRPO+TIS（66.24）高5.59分；Base模型上，GRPO+R3平均得分70.73，比GRPO（61.69）高9.04分。
主要評估結(jié)果
研究人員還發(fā)現(xiàn)，將R3與TIS結(jié)合使用并不能帶來明顯的性能提升，甚至可能降低性能，例如在SFT模型的單小步設(shè)置下，TIS+R3的得分比單獨(dú)使用R3低1.69分。由于R3已經(jīng)顯著降低了訓(xùn)練和推理之間的策略差異，因此TIS的額外校正效果微乎其微。
訓(xùn)練穩(wěn)定性方面：如GRPO、GRPO+TIS等無R3的方法在單步更新場景中均出現(xiàn)崩盤，GRPO在60步崩盤、GRPO+TIS在105步崩盤。
引入R3后，所有組合方法均無崩盤，且訓(xùn)練過程中訓(xùn)練-推理KL散度等始終較低。
多步更新訓(xùn)練-推理崩潰分析
優(yōu)化與生成行為方面，在訓(xùn)練過程中，R3還能增強(qiáng)優(yōu)化穩(wěn)定性、探索行為和生成動態(tài)。下圖是研究人員繪制的單步+基礎(chǔ)模型組訓(xùn)練過程中的序列長度、梯度范數(shù)、生成熵和評估分?jǐn)?shù)。
wen3-30B-A3B-Base訓(xùn)練動態(tài)
結(jié)果顯示，R3具有更小的梯度范數(shù)、更平滑的序列增長模式和更穩(wěn)定的熵。實(shí)驗(yàn)中使用R3時，生成的序列長度在訓(xùn)練開始時迅速上升，表明R3能夠快速捕捉到正確的優(yōu)化方向，相比之下其他兩個訓(xùn)練過程在第80步之后才緩慢上升，并且波動更為明顯；R3始終保持較低的梯度范數(shù)，表明優(yōu)化過程更加穩(wěn)定；實(shí)驗(yàn)使用R3時，熵在大約第25步后開始穩(wěn)步上升，表明模型更早地開始探索更優(yōu)策略，不使用R3時，熵上升得更晚，并且波動較大。
結(jié)語：聚焦MoE模型訓(xùn)練難題，小米提出新思路
MoE架構(gòu)如今已成為擴(kuò)展現(xiàn)代語言模型的基石，其采用門控網(wǎng)絡(luò)，對每個token稀疏地僅激活一部分專家參數(shù)，從而將模型的總參數(shù)數(shù)量與其推理成本分離開來，從而大幅提升了模型容量。然而，由于門控網(wǎng)絡(luò)的敏感性，MoE模型容易受到訓(xùn)練不穩(wěn)定性的影響，這使得路由穩(wěn)健性成為有效模型收斂的核心挑戰(zhàn)。
在這篇論文中，研究人員在訓(xùn)練過程中重用推理時的路由分布，以在保留梯度流的同時對齊專家選擇。這種思路或?yàn)樾袠I(yè)提供了新的研究思路。