搜索Agent最新高效推理框架：吞吐量翻3倍、延迟降至1/5，还不牺牲答案质量丨南开& UIUC研究

SearchAgent-X团队 投稿
量子位 | 公众号 QbitAI

AI越来越聪明，但如果它们反应慢，效率低，也难以满足我们的需求。

大语言模型（LLM）驱动的搜索智能体，通过动态拆解问题、交错执行“思考”（推理）和“查找”（检索）来解决复杂任务，展现了惊人能力。

然而，这种深度交互的背后，也隐藏着显著的效率痛点。

处理复杂任务时，查得慢、查得不准，都会拖慢整个流程。

来自南开大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员深入剖析了这些效率瓶颈，并提出了一套名为SearchAgent-X的高效推理框架。

实践表明，SearchAgent-X实现了1.3至3.4倍的吞吐量提升，延迟降至原来的1/1.7至1/5，同时不牺牲最终的答案质量。

解析搜索智能体中的两大效率瓶颈因素

研究者发现，看似简单的检索环节，隐藏着两大关键的效率制约因素：

检索精度：并非“越高越好”的微妙平衡

直觉上，检索越准，LLM获取信息质量越高，效率也应该越高。但实际情况是非单调关系：

• 过低精度
  LLM需更多轮检索和推理弥补，总时间增加。
• 过高精度
  检索本身计算资源消耗巨大，拖慢整体速度。

研究表明，系统吞吐量随近似检索精度先升后降。当搜索范围超过最佳点，检索成本反噬整体效率。

核心洞察：搜索智能体更青睐高召回率的近似搜索，有效支撑推理，避免不必要开销。

检索延迟：“差之毫厘”引发的“千里之堤”效应

与传统RAG不同，搜索智能体对检索延迟极为敏感。即使微小增加，也可能导致端到端延迟急剧放大（高达83倍）。这与KV-cache命中率骤降密切相关，迫使系统频繁重计算。主要原因：

不当调度（Improper Scheduling）：

• 现象：标准“先来先服务”可能让短任务抢占长任务计算资源。
• 恶果：长任务宝贵KV-cache被“挤掉”，恢复执行时不得不重算。数据显示，高达55.9%的token被不必要重计算。

检索停滞（Retrieval Stalls）：

• 现象：异步检索和生成可能时间错位。长任务检索结果在下一轮生成“窗口期”之后返回。
• 恶果：任务错过当前调度批次被迫等待，KV-cache可能被挤占。平均而言，超过25%的序列在完成检索后会经历此类停滞。

SearchAgent-X的两大“加速引擎”

基于上述洞察，SearchAgent-X通过智能调度与自适应检索，最大限度减少延迟，最大化GPU资源利用率，尤其提升KV-cache的有效利用。

利器一：优先级感知调度 (Priority-Aware Scheduling)

解决不当调度问题，SearchAgent-X引入优先级调度，动态排序并发请求。

调度依据：综合考虑：

• 已完成的检索次数：检索越多，计算成果越多，缓存复用价值越大。
• 当前序列的上下文长度：指向更长、可复用的缓存。
• 请求的等待时间：确保公平。

核心理念：“让最有价值的计算优先”，减少无谓等待与重复劳动。

利器二：无停顿检索 (Non-Stall Retrieval)

缓解检索停滞，SearchAgent-X实现灵活、非阻塞式检索提前终止策略。

执行逻辑：自适应判断是否“见好就收”，依据：

• 检索结果的成熟度：新信息带来的质量提升甚微时，认为结果已足够好。
• LLM引擎的就绪状态：判断LLM是否准备好下一轮计算。

核心理念：当检索结果足够成熟且LLM引擎就绪时，SearchAgent-X停止检索。这种机制是恰到好处的“放手”，保证信息质量同时，让生成过程无需不必要的等待。

实战检验：效率与质量双丰收

研究者在Qwen-7B/14B等模型上，对SearchAgent-X与多种基线系统进行了全面对比。

端到端性能：吞吐与延迟的显著优化

• 离线推理 (所有请求一次性到达)：在Musique数据集上，SearchAgent-X的吞吐量比基线系统高出1.3至3.4倍，平均延迟降低至基线系统的20%至60%。

• 在线推理(请求持续到达)：SearchAgent-X 完成的请求数量比基线系统多**1.5至3.5 倍。请求速率越高，其优势越明显，最多时是某些基线的5.8倍。

生成质量：效率提升，效果不打折

在Musique, NQ, HotpotQA等六个代表性数据集上的评估表明，SearchAgent-X在生成准确率上，与采用精确检索的基线系统表现相当。

有趣的是，在某些数据集上，由于近似检索带来的轻微扰动促使模型进行额外推理，其准确率甚至略有提升。

技术拆解：每一项优化都“功不可没”

消融实验揭示各组件贡献：

• 优先级调度
  在引入缓存基础上，将端到端延迟降低35.55%，KV-cache命中率从0.07提升至0.51。
• 无停顿检索
  在前两者基础上，进一步将KV-cache命中率提升至0.65。它平均仅使检索时间减少0.01秒，却显著降低端到端延迟，印证了“差之毫厘的等待，影响深远”。

总结与展望

未来的AI要解决更宏大、更开放的问题，必然需要更频繁地与外部工具和知识库交互，而这恰恰是效率瓶颈所在。

SearchAgent-X揭示了：

• 平衡之殇
  在AI智能体中，任何单一工具（如检索）的性能并非越高越好，需要与智能体的整体工作流相匹配。
• 等待之痛
  在由多个异步组件构成的复杂AI系统中，微小的延迟和不当的资源调度会被急剧放大，造成雪崩效应。

该研究通过引入优先级感知调度和无停滞检索两项机制，显著提升了搜索型AI智能体的推理效率和响应速度。

实验表明，这些优化在不牺牲答案质量的前提下，有效缓解了深度交互中的延迟与资源浪费问题。相关方法可为包括搜索引擎、企业问答系统在内的多类复杂AI Agent提供实践参考。

论文地址: https://arxiv.org/abs/2505.12065
Github地址: https://github.com/tiannuo-yang/SearchAgent-X

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