Titans 完全指南

AI长期记忆革命进行时

深度解析 Google 最新架构背后的技术突破

关于本文:独立技术分析,基于公开资料整理,分享对前沿技术的见解与探讨。

🚀 核心价值主张

Google Titans 是 Google Research 在 2024-2025 年提出的革命性架构,通过引入神经长期记忆模块, 让模型在推理时也能"学习"和更新自己的记忆,彻底解决了传统 Transformer 的三大痛点:

超长上下文支持

  • 支持 200万+ tokens 级别的超长文本
  • 在 BABILong 等极长上下文任务中表现优异
  • 以更少参数超越 GPT-4、Mamba-2 等模型
  • 完美处理长文档、代码库、日志等场景

真正的测试时记忆

  • 模型在推理过程中根据"惊讶度"动态更新长期记忆
  • 不再完全依赖训练阶段的固定权重
  • 实现根据当前任务"即时吸收"新知识的能力
  • 持续学习和适应新场景

线性计算效率

  • 通过历史信息压缩,大幅减少计算成本
  • 避免 O(n²) 的自注意力计算瓶颈
  • 在同等参数规模下性能更优
  • 接近线性的计算复杂度,经济高效

📺 视频演示

精选视频资源,帮助您快速理解 Titans 技术原理与应用场景

官方技术演讲

Ali Behrouz 在 NeurIPS 2025 的完整演讲,详细介绍 Titans 的技术原理和实验结果。

深度技术解析

详细讲解 Titans 的数学原理、惊讶度机制和三种架构变体的实现细节。

科普解读

面向大众的科普视频,通俗易懂地解释 Titans 如何改变 AI 的未来。

架构对比分析

对比 Titans 与 Transformer、Mamba 等主流架构的性能差异和应用场景。

观看提示

  • 建议按顺序观看:官方演讲 → 技术解析 → 科普解读
  • 视频支持倍速播放,可根据需要调整播放速度
  • 遇到不理解的概念,可参考页面中的技术文档部分
  • 部分视频包含中文字幕,可在播放器设置中开启

🔬 技术深度解析

三层记忆架构

模仿人脑的记忆系统,创新性地将记忆分为三个层次:

1. 短期记忆(注意力层)

  • 类似 Transformer 的自注意力机制
  • 处理当前上下文内的精细依赖关系
  • 计算复杂度 O(n²),适合局部模式捕捉
  • 通常处理 2K-8K tokens

2. 长期记忆(神经记忆模块)

  • 使用深度 MLP 作为记忆单元
  • 通过"惊讶度"信号选择性存储重要信息
  • 记忆容量可扩展到百万级别 tokens
  • 实现真正的"深度记忆"功能

3. 持久记忆(固定知识)

  • 传统训练好的模型权重
  • 提供基础语言和世界知识
  • 在推理过程中保持不变
  • 构成模型的"常识基础"

MIRAS 框架

MIRAS(Memory, Attention, Retention, Algorithmic Selection)是统一的理论框架:

1. Memory Architecture(记忆结构)

  • 向量空间(传统 RNN)
  • 矩阵结构(记忆网络)
  • 深度网络(Titans选择)

2. Attentional Bias(关注偏置)

  • MSE Loss:连续值预测
  • Huber Loss:异常值鲁棒
  • 非欧几里得目标:语义相似性

3. Retention Gate(保留/遗忘门)

  • 正则化机制:防止过拟合
  • 权重衰减:避免记忆无限增长
  • 梯度裁剪:稳定训练

4. Memory Algorithm(记忆更新算法)

  • 标准梯度下降
  • Adam 优化器
  • 自适应学习率:动态调整

惊讶度驱动的记忆更新

类似人类"惊讶"的机制,是 Titans 的核心创新:

惊讶度的数学原理

Surprise = ||∇L||₂
  • 高惊讶度:差异大 → 需要记住
  • 低惊讶度:符合预期 → 可以忽略

记忆更新公式

Memorynew = Memoryold - α · Surprise · ∇M

关键技术

  • 梯度动量:综合近期上下文
  • 自适应衰减:自然遗忘机制
  • 门控融合:平衡新旧信息

三种架构变体

架构 接入方式 优势 适用场景
MAC
(Memory as Context)
编码为额外上下文 实现简单,兼容性强 快速原型开发
MAG
(Memory as Gate)
门控融合 计算效率高,内存少 实时推理场景
MAL
(Memory as Layer)
独立预处理层 记忆质量最高 高精度要求

🎯 应用场景与案例

文档与法律分析

  • 智能合同审查:处理 50万+ token 的并购协议
  • 判例法研究:分析数千个相关判例
  • 法规合规检查:跨部门法规文档比对
  • 学术研究:整本学术书籍理解

实际效果:在 200 页并购协议测试中,准确标记 93% 风险条款

代码助手与 IDE

  • 大型代码库重构:理解数百万行依赖关系
  • 跨项目知识迁移:学习最佳实践
  • 长期上下文理解:保持开发会话
  • 架构模式识别:提供优化建议
# Titans 理解整个项目上下文
class DataProcessor:
    def process_large_dataset(self, data):
        # 即使定义在数千行之前也能记住
        batch_size = ProjectConstants.DEFAULT_BATCH_SIZE

时间序列分析

  • 长期趋势预测:10年以上金融数据
  • 实时监控告警:学习新异常模式
  • IoT 集群分析:数千设备监控
  • 供应链优化:多年数据预测

性能提升:比 LSTM 提高 15%,比 Transformer 提高 8%

基因组与医疗

  • 全基因组测序:30亿碱基对处理
  • 蛋白质结构:超长氨基酸序列
  • 电子病历:跨年病史追踪
  • 药物发现:分子活性关系

突破:同时处理数百万个 SNP,识别疾病基因模式

💻 开发者资源中心

快速开始

PyTorch 实现(推荐)

pip install titans-pytorch
  • GitHub: lucidrains/titans-pytorch
  • 支持 MAC/MAG/MAL 三种变体
  • 兼容 PyTorch 2.0+
  • 5.2k+ Stars,活跃维护

TensorFlow 实现

pip install tf-titans
  • TensorFlow 2.x 兼容
  • 支持 TPU 训练
  • 1.8k+ Stars

代码示例

import torch
from titans_pytorch import Titans

# 初始化模型
model = Titans(
    num_tokens=50000,
    dim=512,
    depth=12,
    heads=8,
    memory_type='mac',
    max_seq_len=2048,
    memory_size=100000,
)

# 处理超长序列
text = "你的超长文本..."  # 100K+ tokens
output = model(tokens.input_ids)

模型会自动管理长期记忆,无需手动管理上下文窗口

基准测试结果

模型 准确率 上下文长度
GPT-4 89.2% 8K
Titans-MAL 92.7% 2M+
Mamba-2 63.1% 16K
Titans-MAC 78.9% 500K+

技术文档资源

  • 主论文: NeurIPS 2025
  • MIRAS 框架: 理论基础
  • Google Research 博客
  • DataCamp 教程
  • Papers with Code

论文引用量:3.2k+(截至 2025年12月)

❓ 常见问题解答

Q1: Titans 和传统 Transformer 有什么区别?

Transformer: 依赖自注意力,短期记忆强,但上下文窗口有限,计算复杂度 O(n²)

Titans: 在 Transformer 基础上加入神经长期记忆模块,通过 test-time 学习将历史信息压缩进长期记忆,支持更长上下文和更高计算效率

Q2: Titans 和 Amazon Titan 是一回事吗?

完全不同

Titans(复数): Google Research 提出的新型长记忆架构,用在模型结构层

Amazon Titan(单数): AWS 在 Bedrock 上提供的基础模型家族,是可商用的云端模型服务

Q3: 现在能直接使用 Google Titans 吗?

目前没有官方开放的 Titans 云服务或大模型权重

想要使用,只能依赖社区实现(如 titans-pytorch)或根据论文搭建实验模型

未来如果被集成进 Gemini/GCP 产品,才会以 API 形式出现

Q4: Titans 会取代 Transformer 吗?

短期看更像"补充和进化",不是简单替代

Titans 本身是"Transformer + 长期记忆"的混合架构

未来可能出现多种路线:改进版 Transformer、线性 RNN、SSM、Titans 等共存

Q5: Titans 的长期记忆会记住用户隐私吗?

论文中的"长期记忆"主要指单次超长序列内部的记忆,不是跨会话的账号级用户画像

它更新的是模型在当前任务中的内部记忆状态

具体是否长期保留,取决于实际产品的实现方式

Q6: 有 Titans 的示例代码吗?

社区版实现,但都不是 Google 官方

  • lucidrains/titans-pytorch - PyTorch 实现
  • Mohammed-Saajid/tf-titans - TensorFlow 实现
  • 适合研究与原型验证,生产使用需谨慎