
オープンウェイトの拡散言語モデルDiffusionGemma
Google DeepMindが2026年7月31日にarXivへ技術レポートを投稿した実験的なモデルが、DiffusionGemmaです。学習済みの重みを公開したオープンウェイトのLLM(大規模言語モデル)で、画像生成で知られる拡散の考え方を文章作りに使います。
いま主流のLLMが文章を作る手法は、これまでに書いた内容をもとに次の1トークン(言葉をカウントする最小の単位)を予想して追加する自己回帰(AR)です。DiffusionGemmaは自己回帰と違い、256トークンのブロックをまとめて作って何度も修正します。
DiffusionGemmaは速さと引き換えに絶対性能が低下するモデルです。単一のH100では毎秒約1,500トークンが出ますが、元になったGemma 4(自己回帰)よりベンチマークの性能は低く、同時に使う人数が約32を超えると処理量では自己回帰のほうが有利になります。
"We introduce DiffusionGemma, an experimental open-weight language model that uses discrete diffusion to generate text at exceptionally high speed."(Abstract)/"Autoregressive (AR) models dominate the current Large Language Model (LLM) landscape"(1 Introduction)— arXiv より公式情報を見る →
拡散言語モデルと自己回帰モデルの違いは?
拡散言語モデル(dLLMとも呼ばれます)はブロック単位で文章を並列に作り、自己回帰モデルは1トークンずつ順に作ります。拡散は語彙からランダムに選んだトークンで埋めた256トークンのキャンバスを出発点にして、ノイズ除去を繰り返して文章に近づけていきます。
自己回帰と拡散の違い
| 観点 | 自己回帰(AR) | 拡散(DiffusionGemma) |
|---|---|---|
| 生成の単位 | 1トークンずつ | 256トークンのブロック |
| 生成の出発点 | これまでに書いた文章 | ランダムなトークンで埋めたキャンバス |
| 修正の可否 | 出したトークンは修正しない | 現在のキャンバス内だけ修正できる |
| 速度を制約する要因 | メモリからのデータ転送待ち | 計算量 |
修正の可否も異なります。現在のキャンバス内なら、前のステップで受け入れたトークンも後から修正できるとのこと。ただしすでに確定した前のキャンバスは凍結され、修正できません。
"Rather than decoding one token at a time, DiffusionGemma iteratively refines blocks of 256 tokens in parallel, avoiding the sequential decoding bottleneck of conventional autoregressive (AR) large language models."(Abstract)/"Canvas generation starts from a canvas of uniformly random tokens and is iteratively denoised"(3.1)/"Because all tokens can transition between one another, the model can continuously correct its own errors: tokens accepted during earlier denoising steps"(3.2 Multinomial diffusion。2つ目の断片のあいだに数式記号が入る)— arXiv より公式情報を見る →
従来のLLMは高速化をメモリ帯域の待ちに阻まれる
自己回帰は左から右へ1トークンずつ作るので、同時に使う人が少ないとメモリの待ち時間で速度が頭打ちになります。1トークンを出すたびに、モデルの重みとKVキャッシュ(それまでの文脈で得た計算結果をためておく記憶領域)を、メモリから演算装置へ運ぶためです。
1人か少数で使う状況では運搬にかかる時間が実際の計算時間を大きく超えます。演算装置が空いたままデータを待つとのこと。したがって1人あたりの生成速度は伸びません。
多数の要求をまとめて処理するバッチ処理なら、全体の処理量は稼げます。ただし1人あたりの速度は向上しません。
"When serving many requests simultaneously, one can achieve acceptable throughput by batching"/"serving single or low-concurrency requests is fundamentally memory-bound: time spent transferring model weights and context KV cache from memory to the accelerator far exceeds time spent on actual computation."(1 Introduction 冒頭。2つのあいだに別の語句が入る)— arXiv より公式情報を見る →
dLLMはトークンをブロック単位で並列に生成し修正を重ねる
拡散言語モデルはブロック全体を同時に予測します。これで実行の律速がメモリの待ちから計算へ切り替わるとのこと。DiffusionGemmaは256トークンのブロックを平均約12回の順伝播で出し、1回あたり平均約20トークンになります。
ただし1ステップごとに各位置を互いに条件付き独立(同じステップにある他の位置での選び方を見ずに個別に選ぶ)と見なすので、局所的な不整合や文法上の矛盾が起こりえます。この矛盾への対策として、自己条件付け(直前の予測を次のステップへ戻す仕組み)とエントロピー制約つきのサンプラーが用意されています。
長い文章はブロックごとの自己回帰で作ります。確定したブロックは履歴へ追加されて次のブロックへ進むとのこと。モデルが発言を終えたことを示す特殊トークンが出るまで、この繰り返しが続く仕組みです。
"Text diffusion circumvents this bottleneck by predicting entire blocks of tokens simultaneously"/"effectively shifting execution from a memory-bound regime toward a compute-bound one."/"DiffusionGemma generates on average 20 TPF"(以上 1 Introduction。断片のあいだに図番号や別の語句が入る)/"Because this denoising process is factorized, it assumes conditional independence during individual reverse steps."/"This structural tradeoff can occasionally introduce local inconsistencies or conflicting grammatical predictions."(以上 2)/"The model denoises a canvas of 256 tokens at a time, and once a canvas is fully denoised, it is committed to the sequence history, and the model begins denoising the next canvas."(3.1)— arXiv より公式情報を見る →
Gemini DiffusionとMercury 2は専用API限定
テキスト拡散への関心は近年高まっています。技術レポートに名前が出ている先行例は次の5つです。
- Gemini Diffusion
- Mercury
- LLaDA
- Seed Diffusion
- Nemotron-Labs-Diffusion
このうちGemini DiffusionとMercuryは、専用API(外部から呼び出す窓口)の中に閉じています。重みをお使いのPC上に置くことはできません。
高い知能と極端な速さと入手しやすさを併せ持つテキスト拡散モデルは、これまで存在しなかったというのが、技術レポートが示す出発点です。オープンウェイトで公開された既存のモデルは、推論力や画像などを理解する力が限られるか、拡散が約束する極端な低遅延を出せないか、その両方だったとのこと。DiffusionGemmaはその空白を埋めるモデルとして出されました。
"Some models, e.g., Gemini Diffusion and Mercury, are locked behind proprietary APIs. On the other hand, existing open-weights alternatives either exhibit limited reasoning capabilities and multimodal understanding, or fail to deliver on the extreme latency benefits promised by the diffusion technology, or both. Until now, there has been no text diffusion model that is highly intelligent, exceptionally fast, and openly accessible."(1 Introduction)— arXiv より公式情報を見る →
MoEを蒸留と強化学習でブロック生成型に作り替える
DiffusionGemmaはゼロから学習したモデルではなく、既存の自己回帰モデルを作り替えて得たモデルです。Gemma 4 26B A4Bについて公開済みとなっている学習後の重みを出発点にして、微調整しています。
Gemma 4の26B A4Bは、MoE(混合エキスパート)という構成のモデルです。入力ごとに一部の専門ネットワーク(エキスパート)だけを動作させる仕組みで、パラメータ(モデルの規模を表す学習済みの数値)の総数は25.2B、実際に使うのは有効3.8Bです。
MoEのファインチューニングで学習量は10%未満
元の自己回帰モデルが使った総学習トークン予算の10%未満で、2段階の学習を完了させています。第1段階はSFT(正解つきの例で再学習させる教師あり微調整)です。
256トークンのブロック内で、前後の両方を見ながらノイズを取り除く練習をします。中程度のSFTで思考なしの性能は十分に出るとのこと。思考の挙動を覚えるには長いSFTが必要です。
"Instead of training from scratch, we obtain DiffusionGemma by fine-tuning the mixture-of-experts Gemma 4 model with 3.8B activated and 25.2B total parameters."/"Our compute-efficient two-stage training pipeline uses fewer than 10%"(以上 Abstract。2つ目の断片の直後に続きの語句が入る)/"We warm-start DiffusionGemma from the final post-trained, publicly released weights of the Gemma 4 26B A4B MoE model"(1 Introduction)/"Only a moderate amount of SFT is needed to achieve good performance in non-thinking mode, however extended SFT is crucial for the model to learn thinking behaviour."(4 の図6の説明文)— arXiv より公式情報を見る →
強化学習と蒸留の同時最適化で品質と速度を両立
第2段階ではサンプラー蒸留(少ない反復回数でも品質を保てるように圧縮する学習)と強化学習を1つの工程で同時に進め、品質と速度を両立させます。サンプラー蒸留はノイズ除去の回数を削って低遅延を引き出し、強化学習は報酬を上げて生成の質を高めます。
効果は数字に出ています。ベンチマーク(性能を計測するテスト)のGPQA-DiamondとLiveCodeBench-v6の合算スコアが、SFT版より10ポイント向上しました。TPF(1回の順伝播で出るトークン数)は5から20近くへ4倍になったとのこと。SFTだけのモデルはステップ数を制限すると同じ語の繰り返しに崩れやすいのに対し、この工程を経たモデルは崩れを避けられます。
1回の順伝播で出るトークン数(TPF)
サンプラー蒸留と強化学習の工程でTPFは5から20近くへ4倍になった。
副作用として出力が短くなります。最終版の出力はSFT版の約1/2の長さで、長い推論で能力を伸ばす可能性を手放す代わりに、速度が向上するとのこと。評価一式で必要な順伝播の総数はGemma 4自己回帰の5%未満です。
"it yields a 10-point improvement on the combined GPQA-Diamond and LiveCodeBench-v6 score. On the efficiency axis, it quadruples the TPF from 5 to nearly 20, unlocking ultra-low latency inference."/"This counterintuitive behavior stems from the SFT model frequently degenerating into repetitive token loops in this restricted-step regime."/"it encourages the model to produce concise, token-efficient outputs"(5。断片のあいだに別の語句が入る)— arXiv より公式情報を見る →
思考モードとマルチモーダルと長いコンテキストを維持
思考モード(答える前に推論の過程を書き出す機能)とマルチモーダル入力(画像など文字以外の入力)と長い文脈への対応は、元モデルから維持されています。最終の重みは自己回帰でも文章を作ることができるとのこと。技術レポートの要旨では、拡散と自己回帰を組み合わせるハイブリッドな復号も実現できると示唆されました。
"By preserving features of its AR starting point, DiffusionGemma exhibits strong multimodal understanding, long-context capabilities, and thinking mode, enabling it to generate reasoning traces prior to responding."(1 Introduction)/"Despite diffusion fine-tuning, it remains capable of AR generation with only minor performance degradation, suggesting a path toward hybrid diffusion-AR decoding."(Abstract 末尾)— arXiv より公式情報を見る →
H100での速度は毎秒約1,500トークン
単一のNVIDIA H100で動作させたDiffusionGemmaは、評価一式の平均で毎秒約1,500トークンを出します。つまり、1回の順伝播あたり約20トークンを出した結果です。
実測ではH100とFP8(数値を8ビットで表す軽量な形式)を用いました。バッチは1(要求を1件ずつ処理)で、入力は4096トークン、出力は1024トークンです。1ステップにかかる時間は13.56ミリ秒で、TPFが19.74なら毎秒1,456トークンになります。
単一H100での生成速度(H100・FP8・バッチ1)
MTP付き自己回帰は、マルチトークン予測(MTP)という高速化の工夫を加えた自己回帰モデル。
| モデル | 毎秒のトークン数 | DiffusionGemmaとの比 |
|---|---|---|
| Gemma 4自己回帰 | 204 | DiffusionGemmaが7.1倍 |
| MTP付き自己回帰 | 303 | DiffusionGemmaが4.8倍 |
| DiffusionGemma | 1,456 | — |
DiffusionGemmaが1ステップで処理するトークン数は、自己回帰が1ステップで処理する数の256倍です。一方で遅延は3.2倍にとどまるとのこと。1回で多くを作る分だけ全体の時間が短くなります。
H100以外のGPUでの数字も出ています。第三者の推論事業者Unslothが出した初期ベンチマークでは、NVIDIA RTX 6000で最大2,000トークン/秒まで伸びたとのこと。ただし初期の値でありH100の実測とは条件が異なります。
"it generates around 20 tokens per forward pass and achieves roughly 1,500 output tokens per second on a single NVIDIA H100 GPU, which is substantially faster than AR models even with state-of-the-art speculative decoding."(Abstract)/"Assuming a TPF of 19.74"/"the average decoding throughput of the model is 1456 TPS"(以上 6 Throughput for batch size of 1 serving。断片のあいだに別の語句が入る)/"early benchmarking by third-party inference providers such as Unsloth"/"demonstrates these speeds can scale up to 2,000 TPS on the NVIDIA RTX 6000."(以上 1 Introduction。断片のあいだに年の表記が入る)— arXiv より公式情報を見る →
投機的デコードによる高速化は1回あたり3〜6トークン
投機的デコードとは、先に複数の語を高速に予測して後からまとめて検証する、高速化手法のことで、小さな下書き用モデルが先の語を予想し、本体のモデルがまとめて検証します。ところが、下書きの長さが典型的な8トークンでも、1回の順伝播で得られるのは3〜6トークンです。
ただしこの方法にも限界があります。自己回帰で下書きを書くモデルは逐次生成で詰まります。並列に下書きする手法でも後ろの位置ほど採用率が低下するとのこと。拡散モデルはこの下書きと検証の手順を省いてブロックを直接作るので、1回あたり約20トークンに届きます。
反復の回数は固定ではありません。適応停止(予測が安定したら反復を打ち切る仕組み)が働いて、上限48回に対して平均約12回で止まるとのこと。技術レポートは、全体の遅延が1/4になり品質は落ちないとしています。
"Speculative decoding can improve utilization by drafting a candidate sequence, typically 8 tokens, from a small “drafter” model and feeding the draft to the LLM for verification"/"With a draft length of 8 this can produce 3-6 tokens per forward pass (TPF)"/"However, the draft-then-verify paradigm is still limited: on one hand, AR drafters are bottlenecked by sequential generation"(以上 1 Introduction。断片のあいだに参照番号が入る)/"By successfully bypassing redundant refinement steps, this mechanism allows the model to dynamically scale its inference-time compute to the complexity of the prompt."(3.3)— arXiv より公式情報を見る →
GPQAとLiveCodeBenchの平均で見た速度と品質のトレードオフ
DiffusionGemmaは、速度と知能のトレードオフに新しいパレート境界(片方を伸ばすと他方が犠牲になる限界線)を引いたと、技術レポートは主張しています。品質はGPQA-DiamondとLiveCodeBench-v6の平均で、速度は単一H100(FP8・バッチ1)で計測した値です。
速度の境界は、MTP付きGemma 4のE2Bから31Bまでの全規模を超えると報告されています。この測定は技術レポートの著者ら自身によるものです。
"DiffusionGemma establishes a new Pareto frontier for the trade-off between generation speed and model capability."(Abstract)/"it extends the speed frontier beyond both prior text diffusion models and the Gemma 4 AR family across all parameter scales (from E2B up to 31B), even when the AR models are equipped with multi-token prediction"(1 Introduction)/"Quality and output speed are calculated as the average across GPQA-Diamond and LiveCodeBench-v6 for all models."(Figure 1 の説明文)— arXiv より公式情報を見る →
ベンチマークの絶対性能は元のGemma 4に届かず出力も短い
元の自己回帰モデルと比較すると拡散に作り替えた分だけ性能は低下します。技術レポートは性能の低下を認めたうえで、遅延を重視する用途に新しい選択肢を与えるとしています。
出力の長さも変わります。サンプラー蒸留と強化学習の副作用で、最終版の出力はSFT版の約1/2の長さになるとのこと。推論速度の向上と引き換えに、長い推論で能力を伸ばす可能性は手放しました。
"Although adapting the model to the diffusion regime introduces a performance penalty compared to the original AR baseline, the massive gains in inference speed offer an entirely new operating point for latency-critical applications."(1 Introduction)/"it encourages the model to produce concise, token-efficient outputs"(5)— arXiv より公式情報を見る →
確定したブロックは自己回帰のコンテキストに固定され直せない
長い文章はブロックごとの自己回帰で作るので、確定したブロックは後から修正できません。拡散の利点が効くのは各ブロックの中だけです。
確定したブロックはKVキャッシュに追加され、以後は変わらない文脈(コンテキスト)として次のブロックを生成する際に使われます。ノイズ除去は各位置を互いに条件付き独立と見なすので、局所的な不整合は残りうるとのこと。最終の重みは自己回帰モードでも文章を作れ、その性能は拡散モードと元のGemma 4の中間です。
"Tying our architecture to an existing AR backbone is a pragmatic choice that trades off absolute generation quality for a substantial reduction in the computational cost of training."(3)/"However, we note that tokens from previously generated canvases are permanently frozen."(3.2 Multinomial diffusion)/"its performance scores in AR mode land squarely between those of"(3.5。この直後に続きの語句が入る)— arXiv より公式情報を見る →
同時利用が約32超ならH100ではMTP付きGemma 4が処理量で勝る
例えば社内の問い合わせ用チャットを数人が使う状況を考えます。同時に動作する要求が少ない状況では、DiffusionGemmaのほうがMTP付きGemma 4より、1人あたりの速度も全体の処理量も高くなります。
多数のユーザーが出す要求を1台のGPUでさばく状況では事情が変わります。同時要求が約32という中程度のバッチから、MTP付きGemma 4が処理量で有利になるとのこと。測定条件はH100とFP8です。データセットはPG-19(入力4096・出力1024)で、MTPの下書き長は4です。
拡散は1トークンあたりの演算量が自己回帰より多く、低バッチではメモリ転送の減少がその増加を超えるため速い、というのが技術レポートの説明です。大きなバッチ向けの最適化はまだ完了しておらず、今後は処理量が伸びると見込まれているとのこと。DiffusionGemmaは、遅延を抑えたい少数の同時利用に適しています。
"In the low batch size regime, DiffusionGemma offers substantially higher TPS per user and higher total throughput."/"It is only at moderate batch sizes (around 32 concurrent requests) that AR models begin to have a throughput advantage."(以上 Figure 12 の説明文)/"these results are without targeted optimization for batch sizes larger than 1: current kernel selection is suboptimal, and sampling has not been tuned to scale with batch size"(6 Multi-user throughput)— arXiv より公式情報を見る →
Apache 2.0のオープンウェイトでローカル利用が可能
DiffusionGemmaは、Apache 2.0ライセンスのオープンウェイトで公開されています。技術レポートによると、商用の製品への組み込みを含む利用の制限が少ないとのこと。
Hugging Face Transformers(機械学習モデルを動作させるための代表的なライブラリ)とvLLM(LLMを高速に動作させるための公開ソフト)に、参照実装があります。公開から数週間の時点で、多言語音声認識や放射線レポートの対話型下書きといった下流用途に、すでに使われているとのこと。計算資源が限られた環境でも用途別の微調整をしやすいことが利点だと、技術レポートは分析しています。
"We release DiffusionGemma with open weights under a permissive Apache 2.0 license, aiming to democratize access to state-of-the-art text diffusion technology."/"the liberal licensing removes friction, ensuring seamless integration into both experimental prototypes and commercial applications without restrictive usage barriers."/"Despite the model being available for only a few weeks at the time of writing, it is already serving as the engine for specialized downstream applications."(以上 1 Introduction)/"Reference inference implementations are available in HuggingFace Transformers"(6 Low batch size serving)— arXiv より公式情報を見る →
DiffusionGemmaが合うのはどんな用途か
DiffusionGemmaは256トークンのブロックを並列に磨いて単一H100で毎秒約1,500トークンを出す拡散言語モデルですが、元のGemma 4より絶対性能は低下し、同時利用が約32を超えるとH100ではMTP付きGemma 4のほうが処理量で有利になります。低遅延が必要な少数の同時利用なら試す価値があり、大量の要求をさばく運用や精度を最優先する用途には従来の自己回帰モデルが適しています。
FAQ
- DiffusionGemmaとは何ですか?
- Google DeepMindが2026年7月31日に技術レポートを出した、実験的なオープンウェイトの拡散言語モデルです。Gemma 4 26B A4Bを微調整して作られ、離散拡散という手法で文章を極めて速く生成します。
- 拡散言語モデルは自己回帰モデルと何が異なりますか?
- 文章を作る単位が異なります。自己回帰モデルは左から右へ1トークンずつ作りますが、DiffusionGemmaは256トークンのブロックを並列に何度も修正して仕上げます。
- DiffusionGemmaは元のGemma 4より性能が落ちますか?
- 落ちます。元の自己回帰モデルに対する性能低下が出る一方、推論速度が大きく伸びて遅延を重視する用途に新しい選択肢を与えるとのこと。
- DiffusionGemmaは商用で使えますか?
- 使うことができます。Apache 2.0ライセンスのオープンウェイトで公開されていて、商用の製品への組み込みを含む利用の制限は少ないとのこと。



