
OxyGen : gestion unifiée du cache KV pour l'inférence de modèles VLA en parallélisme multi-tâches
Une équipe de chercheurs propose OxyGen, un système de gestion unifiée du cache KV (Key-Value) pour l'inférence des modèles VLA (Vision-Language-Action) sous parallélisme multi-tâches, décrit dans un preprint arXiv (2503.14371). Le travail cible en particulier π₀.₅, le modèle VLA de type Mixture-of-Transformers (MoT) développé par Physical Intelligence, une startup robotique fondée en 2023 par d'anciens chercheurs de Google et DeepMind. Sur un GPU NVIDIA GeForce RTX 4090, OxyGen atteint jusqu'à 3,7 fois la vitesse d'exécution par rapport à un système isolé classique, tout en maintenant simultanément un débit de plus de 200 tokens/s en génération de langage et une fréquence d'action de 70 Hz. Ces résultats ont également été validés sur un robot humanoïde physique embarquant un Jetson AGX Thor, la carte de calcul ciblée par NVIDIA pour les déploiements robotiques edge.
Le problème que résout OxyGen est concret : lorsqu'un agent robotique doit exécuter simultanément plusieurs tâches (manipulation, conversation, mise à jour mémoire) à partir d'une même observation visuelle partagée, les systèmes d'inférence existants recalculent indépendamment le cache KV pour chaque tâche, générant une redondance coûteuse et une contention de ressources. Les auteurs identifient la gestion isolée des caches KV comme la cause racine et proposent deux optimisations clés : le partage cross-tâches du cache KV, qui élimine le recalcul des tokens d'observation lors du prefill, et le batching continu inter-frames, qui désolidarise la génération de langage à longueur variable de la génération d'actions à cadence fixe. Cette architecture est particulièrement structurante pour les intégrateurs qui cherchent à déployer des VLAs sur du matériel embarqué sans recourir à des serveurs GPU distants, un verrou majeur pour la commercialisation des robots à intelligence embarquée.
Les modèles VLA de type MoT, dont π₀ (publié en octobre 2024) et π₀.₅ sont les représentants les plus visibles, routent les sorties hétérogènes vers des blocs transformer spécialisés tout en partageant un encodeur d'observation commun, ce qui rend techniquement possible le partage de cache KV inter-tâches proposé par OxyGen. Sur le plan concurrentiel, ce type d'optimisation d'inférence concerne aussi les VLAs de Google DeepMind (Gemini Robotics), OpenVLA, ainsi que les projets internes de Tesla pour Optimus Gen 3. Il s'agit à ce stade d'une contribution de recherche sans déploiement industriel annoncé, mais la validation sur robot réel avec Jetson AGX Thor embarqué indique une trajectoire claire vers le déploiement on-device à grande échelle.
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