Step-DeepResearch(阶跃 StepFun):原子能力数据合成 + 三阶段训练的单 agent 深研
📄 Step-DeepResearch Technical Report
2025-12 · 阶跃星辰 StepFun Agent-Team · 代码
一句话:阶跃 32B 单 agent ReAct 深研模型——靠"原子能力数据合成 + agentic mid-training→SFT→RL 三阶段 + checklist Judger"把中等规模模型做到专家级深研,ResearchRubrics 61.42(单 agent 第一、总榜仅次 Gemini),单篇成本不到顶级商用的 1/10。
📖 论文原文 Abstract(英文)
As Large Language Models (LLMs) shift toward autonomous agents, Deep Research has emerged as a pivotal metric for assessing the core competitiveness of agents. However, existing works primarily focus on academic multi-hop search tasks with ground truth, such as BrowseComp, which often struggle to satisfy user demands for open-ended research tasks in real-world scenarios. Open-ended research not only demands robust retrieval capabilities but also challenges the agent's comprehensive skills in latent intent recognition, long-horizon decision-making, multi-turn tool use, logical structuring, and cross-source verification. To address this, we introduce Step-DeepResearch, a cost-effective, end-to-end Deep Research agent model. We propose a novel Data Synthesis Strategy Based on Atomic Capabilities, aimed at reinforcing underlying capabilities in planning, information seeking, reflection, and report writing. In terms of the training paradigm, we construct a progressive path from agentic mid-training to supervised fine-tuning and reinforcement learning. Combined with a Checklist-style Judger reward design, this approach significantly improves robustness across diverse scenarios. Furthermore, to address the lack of evaluations reflecting real-world demands in the Chinese domain, we establish ADR-Bench, a Chinese benchmark for realistic Deep Research scenarios. Experimental results demonstrate that Step-DeepResearch, with only 32B parameters, achieves a high score of 61.42 on the Scale AI ResearchRubrics. In expert human evaluations on ADR-Bench, its Elo score significantly outperforms comparable models and rivals state-of-the-art proprietary services such as OpenAI DeepResearch and Gemini DeepResearch. These findings prove that through a refined training scheme, medium-sized models can achieve expert-level Deep Research capabilities. With extremely low deployment and inference costs, Step-DeepResearch stands as the most cost-effective Deep Research agent model currently available in the industry.
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图源:StepFun, Step-DeepResearch Technical Report(arXiv:2512.20491)Figure 1——左图成本-效率、右图 ADR-Bench Elo 雷达(用于学习注解,版权归原作者)。
动机与创新点:search ≠ research,用原子能力 + 三阶段训练做单 agent 深研
Step-DeepResearch 的核心论点是 "search is not research"——多跳 QA(BrowseComp、GAIA 一类)有标准短答案、优化的是"检索准确率",容易把 agent 训成高效的"网页爬虫";而真正的研究是意图分解 → 规划 → 工具使用 → 跨源验证 → 综合成结构化报告的迭代过程。作者据此把深研重新建模为"在一组原子能力上的长程决策":自适应规划、信息收集与跨源验证、反思纠错、创造性写作。提升可用性的关键,不在于在外面套更复杂的工作流编排,而在于把专家式的认知闭环训进模型内部,让它边做边自检、自我修订。
这与本章 Tongyi DeepResearch、小红书 REDSearcher、理想 Mind DeepResearch 同处一条"不靠堆参数、靠训练 + 数据把 ~30B 压榨到深研 SOTA 级"的战线;差异点在于 Step-DeepResearch 坚持单 agent ReAct(不依赖多 agent 协调或重工作流),把所有能力都内化进一个 32B 模型。
关键创新:
- 原子能力数据合成:把深研拆成规划 / 深搜 / 反思验证 / 报告四类"原子能力",各自设计针对性的数据合成管线(逆向工程、知识图谱、错误-反思闭环、多 agent 教师),补的是能力而非刷分。
- 三阶段渐进训练:agentic mid-training(32K→128K 两段课程)→ SFT → RL,把训练目标从"预测下一 token"重塑为"决定下一原子动作"。
- Checklist 式 Rubrics Judger:把开放式报告质量转成原子化、可验证的 rubric 打分作 RL 奖励,并用非对称二值化消除中间档噪声。
- 单 agent ReAct,不靠多 agent:所有能力内化进一个 32B 模型,部署/推理成本极低(单篇约 0.5 RMB,不到顶级商用 1/10)。
- 自建 ADR-Bench:填补中文真实场景深研评测的空白(人评 + rubric 双轨)。
方法:原子能力数据合成 + 三阶段训练 + 单 agent ReAct
数据合成:把深研拆成四类"原子能力"分别造数据
深研的核心难点,作者概括为"弥合预训练与任务特定优化之间的决策鸿沟"(bridging the decision-making gap between pre-training and task-specific optimization):预训练给了海量世界知识,但后训练要模型在一个巨大的动作空间里做长程复杂推理。直接在 token 级动作空间
reshaping the training objective from "predicting the next token" to "deciding the next Atomic Action."
原子能力被定义为"一组可迁移的高层动作抽象,构成紧凑动作子空间
\min(\epsilon_{\text{pruning}} + \epsilon_{\text{RL}})① 规划 & 任务分解 —— 逆向工程合成(Reverse Engineering)
规划要求模型"把模糊或宽泛的用户请求拆成可执行子任务,并据环境反馈动态调路线"。高质量规划数据稀缺,作者反其道而行——拿现成的"完美规划结果"反推。选材是开放获取的技术报告、学术综述、金融研报,因为它们"本质上是复杂研究任务的最终产物,内含隐式的规划逻辑"(essentially the final output of complex research tasks and contain implicit planning logic)。三步:
- 取报告标题+摘要(或正文),抹掉具体实验细节与结果数据;
- 让 LLM 反推"当初可能导向这篇报告的初始项目任务",得到一个高难 query;
- 把摘要结构当作"事后诸葛(hindsight)",合成一份引导全程的高层 Plan——这保证"生成的规划路径有极高可行性与逻辑性,可作推理时的强约束"。
最后做轨迹一致性过滤:"为 agent 生成执行轨迹、计算其与预设 plan 的对齐度,过滤掉虽完成任务但显著偏离 plan 的轨迹",只学严格遵循已知 hindsight 的执行过程。
举例:拿一篇"固态电池正极材料综述",抹去其中容量/循环寿命等数据,反推出任务"调研近年固态电池正极的技术路线与瓶颈",再用综述章节骨架当"标准研究大纲",让模型学"这类调研该怎么规划"。
② 深搜 & 信息检索 —— 图谱合成 + 多文档合成
深搜要的是"多跳推理、挖掘隐藏实体、信息不全时主动拓扑游走"的能力,两条管线造数据:
- 图谱合成:在 Wikidata5m / CN-DBpedia 上做受控子图采样。先选度数 3–10 的非通用实体作种子(避免起点太孤立或太宽泛),以它为中心 BFS 扩出 10–40 个节点的子图;对度数超阈值(如 >1000)的超级节点截断当叶子,防语义漂移。关键一步是不直接拿三元组出题——因为知识图谱三元组"常有损、有时过时",所以"对子图每条边,都把三元组当 query 再搜一次,核验并忠实扩展其信息",最后基于这个"已验证、结构合理的子图"让 LLM 生成一个"需要多跳搜索与推理的模糊复杂问题"。
举例:子图链「导演 A —执导→ 电影 B —主演→ 演员 C —出生于→ 城市 D」,不会直接问"C 出生在哪",而模糊成"执导了 B 的那位导演,其影片男主角的出生城市是哪?"——逼 agent 一跳跳查下去。
- 多文档合成:用自建 Wiki-doc 索引,借其天然超链接结构,从随机实体出发、few-shot 引导一个搜索 agent 在文档索引内做"拓扑游走"——"在不预知目标的前提下顺着超链接挖信息,直到步数上限或信息足够",再把沿途节点汇总、反向生成 (Query, Answer)。
产出的题还要过难度过滤:用 QwQ-32b 当筛子——"凡 QwQ-32b 在默认 ReAct 下能解的,都算简单题、剔除"。理由很妙:QwQ-32b 与本工作同底座、同预训练知识,但缺 agent 专项训练,所以"它能解的就是不需要专项训练的简单任务"。
③ 反思 / 验证 / 交叉校验 —— 错误-反思闭环 + 多 agent 教师
长程推理要模型能"自我纠错(Self-Correction)"和"判断网络信息真伪(Fact-Checking)",两条闭环造数据:
- 错误-反思闭环:"专家模型生成初步轨迹 → 验证结果 → 多轮反思"。答案对则直接作正样本入库;不对则"构造 prompt 让模型基于错误结果做反思,保留历史记忆后重试,最多迭代 3 次"。对最终反思成功的轨迹做后处理清洗——"移除『根据用户提示(according to user hints)』之类人工诱导痕迹,使输出看起来完全是模型自发的内省与纠错"。
- 深度验证工作流(多 agent 教师):从脱敏真实数据清洗出数千个 (段落, 判定结果) 对作种子,用一个多 agent 教师工作流模拟专家核验、把完整路径录成轨迹。五个协作 agent:
- Extract:对输入做事实分解,抽出时间、地点、主体、核心数据、因果事件,转成一个个独立"验证点";
- Plan:判断每个验证点要不要查、该查什么来源,按逻辑依赖排计划;
- Verify:真正调搜索工具+模型,做多源检索与交叉验证;
- Replan:动态调路线,"及时总结已得信息、调整方向,减少冗余搜索";
- Report:汇总,对每个验证点给出"支持 / 反驳 / 存疑"结论 + 完整引用证据。 最后把"(验证点, 结论, 证据)"当三元组喂给 judge,"验证报告结论是否与证据逻辑自洽",确保学到的是"既事实准确、又逻辑严密"的验证范式。
④ 报告生成 —— mid-training 学风格、SFT 学格式
报告写作"不只是文本生成,而是把零散信息做结构化重组",分两段:
- mid-training 重"领域风格与内容深度":用 (Query, Report) 对,报告取自严格筛选的高质量人写报告(金融研报、深度综述),query 由前述逆向工程得到;这阶段"专注学怎么像专家一样组织语言、引用数据、展开有深度的论证",不纠结具体搜索过程。
- SFT 重"指令遵循与格式规范":要求报告"严格遵循预设 plan 结构",做对齐检查、过滤偏离样本;对"轨迹质量高但报告格式差"的样本,"用专门的 System Prompt 基于末轮状态重新生成报告",保证最终产出在内容与格式上都精确响应需求。
三阶段训练流水线(Qwen2.5-32B-Base 起步)
① Agentic Mid-training(两段式课程)
底座选 Qwen2.5-32B-Base,作者明说是为"在性能、算力成本、可复现之间取平衡"——保留接近大模型的核心能力与长上下文(128K),又大幅降低"多阶段训练与系统性消融"的门槛,使"性能提升能更直接归因于所提的训练范式与数据策略",便于社区复现。中训练走由短到长、由纯知识到带工具的课程,分两段:
- 32K 段(注知识、不碰工具):在纯文本、不引入工具调用下注入规划、信息检索、反思、报告四类原子能力,"确保模型在纯文本条件下先长出稳健的理解与推理能力"。数据覆盖:主动阅读(通用:维基/百度百科的 QA+改写;学术:论文)、合成知识(PleIAs SYNTH)、摘要、推理、反思。跑约 150B tokens,期间 SimpleQA +1.26% / TriviaQA +2.30% / FRAMES +10.88%(结构化/agentic 推理涨得最多),且"150B 处曲线仍未收敛,说明还有空间"。
- 128K 段(扩上下文、引工具):上下文扩到 128K、引入显式工具调用,数据更贴实战——URL QA、深搜步骤(搜索步+工具调用)、Web 浏览(web 导航+工具调用)、规划、长文摘要、推理、反思、通用对话。此阶段要模型"不只生成连贯的中间推理,还要学会何时、如何选择并调用外部工具,并把返回结果整合进后续推理"。

图源:StepFun, Step-DeepResearch Technical Report(arXiv:2512.20491)Figure 2——32K 中训练的性能随 token 数变化,FRAMES 提升最显著、曲线未收敛(用于学习注解,版权归原作者)。
② Post-training SFT
从"单独教能力"转向"把原子能力组合成端到端全链路轨迹"——用严格清洗的高质量全链路轨迹,"把已有原子能力系统性地接成高效、鲁棒、深度对齐深研需求的行为模式"。数据分两类:深搜(多跳、有 ground-truth)与深研(开放式,覆盖意图理解→规划→交叉验证→报告全流程,带严格引用)。四条清洗策略:
- 轨迹效率优化:奉行"正确且最短(correct and shortest)"——成功轨迹里只留推理步数最少、工具用得最省的,"鼓励用有效推理替代冗余搜索、以最小代价获取信息";
- 鲁棒性 / 噪声控制:故意保留一部分含工具失败(空搜索结果、工具报错)但随后正确"反思-纠错"的轨迹,这种"结构化噪声注入防止模型在真实网络不稳定时崩掉",并教会它处理异常;
- 认知模式去重:严格 N-gram 去重,剔除过度重复或退化成 loop 的低质轨迹,保证推理行为多样灵活;
- 严格引用对齐:把
\cite{}引用格式写进 SFT 数据,让模型养成"在关键信息点附来源"的写作范式,保证可追溯、对齐专业研究标准。
③ Reinforcement Learning(PPO)
前两阶段靠合成/蒸馏数据,本质是模仿 teacher、无法靠与真实环境试错改进。RL 把模型直接接入真实多工具环境(带检索缓存:相同 query 复用结果;并对工具调用数与总 token 设预算,把训练控在可预测的资源范围)。每个深研任务当一个 RL episode:先做意图分析、复述用户 query,再产分步计划、围绕子问题组织工具调用与信息收集,交叉验证多源证据,最后写完整报告;episode 终止时由 Rubrics Judge(见下节)打分作终端奖励。算法用 PPO,沿 Open-Reasoner-Zero 实践把 GAE 取

图源:StepFun, Step-DeepResearch Technical Report(arXiv:2512.20491)Figure 3——RL 训练奖励随步数稳定上升(用于学习注解,版权归原作者)。
Checklist 式 Judger:把"报告打分"做成可扩展奖励
RL 的奖励来自一个 Rubrics Judge(checklist 式 Judger)——把"开放式报告好不好"拆成一串原子化、可验证的检查项打分。三个关键设计:
造任务 + rubric:两步逆向合成。 RL 需要大量"(任务, rubric)"数据,但高质量 rubric 采集贵。作者用"两步逆向合成"绕开:
- 第一步:少量高质量样例+模板引导强 LLM 生成一个"隐藏任务摘要(hidden task summary)",同步产出一组细粒度 rubric——每条 rubric 是"含评估维度与重要性权重的原子标准,要求具体、可验证、实际可用",且被标上**显式 / 隐式 / 负向(加分或扣分)**的角色;
- 第二步:基于这组 rubric 反推真实用户 query,并重新评估每条 rubric 的角色——"若初始与最终的角色判定有出入,整条样本作废",确保合成 query 真正承载 rubric 里的关键维度、覆盖显式与隐式需求。
再加一道目标一致性校验:一个独立 judge 检查"隐藏任务摘要、rubric、合成任务"三者是否一致、有无矛盾,给总一致性分决定去留。
Judge 自己也要训。 让大模型按完整 rubric 逐条打分,"每样本要数十次推理才能覆盖所有维度,大规模 agentic RL 下算力与时延都吃不消"。于是先用强模型在 (Query, Rubrics, Report) 三元组上产出分数+解释当监督信号,训一个小 Rubrics Judge,经两阶段——SFT(学评分逻辑与解释风格、打基础判别力)+ RLVR(强化输出格式一致性与打分鲁棒性)。它是 RL 阶段主要的奖励提供方,把成本压进可接受预算。作者还点出一个洞见:rubric 本身的质量,往往比 judge 模型的绝对水平更决定"打分能否对齐人类专家"。
非对称二值化奖励。 最初按"完全满足 / 部分满足 / 不满足"三元映射到
- 正向 rubric:只有"完全满足→1","部分满足"与"不满足"都并为 0——贯彻"不完全满足就不给奖励(no reward unless fully satisfied)",防模型靠低质生成钻空子;
- 负向 rubric:只有"完全不满足→0","部分满足"与"完全满足"都并为 1——任何偏离都罚,逼模型避开不良行为。
举例(金融/法律场景):正向 rubric「报告是否引用了与本案相关的《民法典》对应条款」——只有完整引对才得 1;负向 rubric「报告是否把诉讼时效算错」——只要算错一点就触发扣分。报告最终奖励 = 各 rubric 判定 × 其权重(权重可正可负)之和。这种非对称二值映射消除了中间档噪声,"让奖励信号更可区分、加速向专家对齐的收敛"。
系统架构:单 agent ReAct + 专用工具集
Step-DeepResearch 刻意走单 agent ReAct——"用一个精简的 ReAct 单 agent,而非复杂的多步编排或多 agent 协作",把复杂深研变成 <think>→<toolcall>→<tool_response> 的迭代闭环,循环三相:
- 规划与反思:先识别用户意图、定行动计划;之后每轮"自发回看此前结果、对照目标校验当前状态,实现动态自纠错";
- 工具执行:把计划翻成具体动作,选最合适的工具发起精确的数据获取;
- 反馈与交叉校验:新工具返回注入下一轮推理,agent"对照历史上下文做交叉验证——解决冲突、过滤虚假——搭起逻辑严密的证据链"。

图源:StepFun, Step-DeepResearch Technical Report(arXiv:2512.20491)Figure 4——单 agent ReAct 循环 + 专用工具集(用于学习注解,版权归原作者)。
由模型自行决定探索深度直到出报告。工具系统按三条哲学设计——能力对齐(给到和人在电脑上做研究相当的操作力)、信息适配(结构化、高密度地组织反馈,显式考虑上下文窗口约束与失败恢复)、架构精简(功能相近的工具尽量合并)。核心组件:
- 权威增强检索(
batch_web_surfer):专业团队评出 600+ 权威站点(政府域名、行业研究机构、国际组织、顶级学术平台)建独立索引分片,"物理且逻辑上把权威内容与低质 SEO 垃圾隔开";面向 2000 万+ 长文文献按段落级粒度索引,"召回特定语义段落,以更低 token 拿更高密度信息";排序阶段加权威 boosting,相关性接近时优先权威源。 - 文件即外部记忆(
file):patch 补丁式编辑——只给改动片段+少量锚点,工具用模糊匹配做原子更新,"长报告局部润色省 70%+ 输出 token";隐式上下文管理——工具结果超阈值就截断、只注入高密度摘要,原文落盘、按需file.read分页,"把上下文压力卸到磁盘,等效近无限上下文"。 - 有状态待办(
todo):把复杂 CRUD 收进统一入口、按任务栈自动判定 create/rewrite/destroy,"把研究进度从模型权重里解耦、持久化到工具层",防长程研究中的目标漂移。 - 交互执行与多模态感知:所有命令在受限 MCP 沙箱里跑、集成 tmux 持久会话以稳定操作 vim 等带状态刷新的命令行程序;抗扰浏览器用 PHash 感知哈希算连续截图的视觉差异,"页面几乎没变就抑制图像反馈、退回纯文本流,大幅减少多模态 token 冗余";并配
file_parser(文档解析)、asr(音频转写)、analyze_image(图像分析)处理非结构化研究材料。
实验结果:ResearchRubrics 61.42 + 自建 ADR-Bench
ADR-Bench:面向真实中文场景的深研基准
针对现有学术基准(BrowseComp/GAIA/HLE 偏"闭卷短答"、覆盖不足)的缺口,作者建 ADR-Bench(Application-driven Deep Research Benchmark):
- 110 条 query,9 个领域(法律、计算机与 IT、教育、金融商业、科学工程、社会生活、文艺、医疗、政治),分两轨:
- 通用域(70 条,每域 10 条):开放式、无单一标准答案,用人类盲评 side-by-side 对比(左好/右好/都好/都一般/都差 + 信息完整性 / 内容深度 / 需求贴合 / 可读性四子维),引入参照锚降低主观不确定性。
- 专业域(40 条,金融 & 法律各 20):专家造题 + 交叉校验的 rubric 自动评,且引入显式负向扣分——专家认定的致命/专业性错误直接判该报告"零分不可用"。
- 配套总结了一套构造 rubric 的五原则(原子性 / 可验证 / 无歧义 / 独立性 / 对齐核心任务需求)与领域分割经验(深研约 6–12 个领域较合理)。
Benchmark 表现(以原文为准)
ResearchRubrics(Scale AI,三元打分、温度 0、三次取均值):Step-DeepResearch 61.42,在 ReAct/单 agent 类中第一,总榜仅次于商用 Gemini DeepResearch,超过 OpenAI DeepResearch。
| 系统 | ResearchRubrics 分 | 类型 |
|---|---|---|
| Gemini DeepResearch | 63.69 | 商用 agent 系统 |
| Step-DeepResearch(32B) | 61.42 | 单 agent ReAct |
| OpenAI DeepResearch | 60.67 | 商用 agent 系统 |
| Kimi-k2-thinking | 56.17 | ReAct |
| MiniMax-M2 | 55.35 | ReAct |
| Kimi-Researcher | 53.67 | 商用 agent 系统 |
| DeepSeek-V3.2 | 53.14 | ReAct |
| GLM-4.6 | 52.80 | ReAct |
| MiniMax Agent Pro | 51.85 | 商用 agent 系统 |
| Qwen DeepResearch | 49.24 | 商用 agent 系统 |
- 成本:单次调用约 0.50 RMB,而 Gemini ≈6.65、OpenAI ≈5.32 RMB——不到顶级商用系统的 1/10,仍保 SOTA 级性能。
- 维度拆解:隐式标准 54.5 / 显式标准 72.0 / 引用质量 57.0(与 Gemini 并列第一)/ 沟通质量 58.2(全场最佳);指令遵循 64.9 略逊 Kimi-Researcher 66.7。
- ADR-Bench 人评(N=70):对比自己的未 mid-training 版取得 30 胜 / 19 平 / 21 负——印证 mid-training 对齐了人类对复杂报告质量的偏好;对 Gemini 30 胜 / 17 平 / 23 负,对多数对手胜率高于负率。
- ADR-Bench 金融&法律(严格负向扣分)呈三梯队:Tier 1 仅 Gemini;Tier 2:Step-DeepResearch、Kimi-Researcher、Kimi-k2-thinking、OpenAI DeepResearch;Tier 3 其余。作者称在严格负向扣分下,差距更多来自模型自身领域知识覆盖而非 agent 框架优化,Step 凭金融/法律的领域训练进入第二梯队、与更大模型掰手腕。
一如本章惯例:这些分数口径、时点、工具配置、test-time 设置各异,跨系统直接比绝对值意义有限,当作"同期 32B 档单 agent 深研能力的量级参照"即可。
在 Deep Research 谱系里的位置
- vs Tongyi / REDSearcher / Mind DeepResearch:四者都在 ~30B 档走"专门训练深研 agent"。Step 的特色是 (a) 把深研显式拆成四类原子能力分别造数据 + (b) agentic mid-training(32K→128K 两段课程)→ SFT → PPO 三阶段 + (c) 坚持单 agent ReAct 不靠多 agent;理想 Mind DeepResearch 则相反,用规划/深搜/报告三 agent 分工 + Search-RL/Report-RL 分块 RL,可对照阅读。
- vs DR-Rubric / AgentDisCo:Step 的 Rubrics Judge 与 DR-Rubric(把"造 RL 奖励 rubric"当深研任务)思路相通——开放式深研越来越靠"多维 rubric/checklist"而非单一分数;AgentDisCo 不训底座、在强通用模型上做 agent 编排,与 Step"从训练侧造模型"互补。
- 整体定位与"国产/开源刷榜竞赛"背景见 Deep Research 总览。