一、大語(yǔ)言模型概要介紹

首先來(lái)看一下大語(yǔ)言模型的結(jié)構(gòu)。在 Transformer 結(jié)構(gòu)下的大語(yǔ)言模型推理的過(guò)程中，一個(gè) token 或者一個(gè)字的生成的過(guò)程大致上可以分成兩步：

• Step 1: 根據(jù)已有信息，也就是 input 的已知信息，估計(jì)下一個(gè) token 的概率分布。
• Step 2: 根據(jù)采樣的策略，從概率分布里面挑出最有可能的下一個(gè) token。

這個(gè)過(guò)程有可能是以概率最大的，偏 greedy 的方式來(lái)做，要考慮到后期生成的 token 的概率，從總體上去做采樣。這是跟傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)推理不太一樣的地方。這兩步是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，當(dāng)生成了下一個(gè) token 之后，這個(gè) token 會(huì)進(jìn)到下一步 Step 1 里面去再生成再下一個(gè) token，這就是推理的基本邏輯。

這里引出一個(gè)經(jīng)常提到的概念，KVCache。剛才提到的在 step 1 的時(shí)候，是根據(jù)已有信息，這里的已有信息包含兩個(gè)意思，一個(gè)是原始的輸入，另一個(gè)是之后生成的 token。如果我們把一個(gè)生成的過(guò)程拆開(kāi)，前面部分是最原始的輸入，生成第一個(gè) token A。第二步從概率分布的邏輯上來(lái)說(shuō)其實(shí)是要把前面的部分再加上 A 去估計(jì)下一個(gè) token，依此循環(huán)。這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題，計(jì)算量是在不停增長(zhǎng)的，而且會(huì)與前面已生成的部分和 input 部分成正比，可以想象到這樣的邏輯一定會(huì)越跑越慢。

在 Transformer 結(jié)構(gòu)里面，存在一個(gè)計(jì)算的特性，當(dāng)前 token 的結(jié)果只與前面的 token 有關(guān)，可以把前面 token 的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行緩存，形成兩個(gè)階段：

• Prefill 階段：輸入后走一遍全部的過(guò)程，這是全量的走模型的過(guò)程，走完之后，會(huì)產(chǎn)生一些中間結(jié)果。這些中間結(jié)果被緩存起來(lái)，放入到圖中標(biāo)紅的下一步的過(guò)程中，KVCache 在進(jìn)入 attention 之前，跟現(xiàn)有的新生成的 token 的結(jié)果做一個(gè) concat，然后再做計(jì)算。之后又是一個(gè) token 生成的過(guò)程。
• Decoding 階段：通過(guò) KVCache 的優(yōu)化，decoding 階段的計(jì)算量和前面的 token 數(shù)就變得無(wú)關(guān)了。這里其實(shí)是一個(gè)近似的無(wú)關(guān)。因?yàn)樵谄渌饕牟糠侄际菬o(wú)關(guān)的，但是在 attention 計(jì)算的地方，是被恢復(fù)成了一個(gè)全長(zhǎng)的 token，然后進(jìn)行 attention。

這就是 KVcache 的存在的意義，讓 decoding 階段的計(jì)算盡量復(fù)用以前已經(jīng)計(jì)算過(guò)的結(jié)果，這樣對(duì)前部分的數(shù)量就沒(méi)有依賴，從而提高整體的推理速度。

這里存在的問(wèn)題是，首先，開(kāi)始輸入很多 input，之后每次只會(huì)輸入一個(gè)，比如這里輸進(jìn)去的是一本書(shū)，可能是成百上千萬(wàn)的輸入，之后計(jì)算的數(shù)全部都是1。所以在推理的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)這樣的一種現(xiàn)象，比如一張 A100 的卡，它能夠并行推理的 token 數(shù)跟 GPU 的 TFLOPS 的關(guān)系是，當(dāng) token 數(shù)增長(zhǎng)的時(shí)候，GPU 會(huì)被更充分地利用起來(lái)，到達(dá)一個(gè)閾值之后，可能跟算值本身的時(shí)限有關(guān)，基本上到達(dá)了該 GPU 卡能夠提供的最大 TFLOPS。

我們發(fā)現(xiàn)在 prefill 的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間，可以把 GPU 壓滿。但是因?yàn)楹罄m(xù) decoding 的并行每一次只預(yù)測(cè)了一個(gè) token 數(shù)，也就是并行度非常小，在生成過(guò)程中，GPU 都處于一種不飽和的工作狀態(tài)。對(duì)于不飽和，最簡(jiǎn)單的處理方式就是做 batch，把 batch 加大。這里面存在一個(gè)問(wèn)題，如何才能把 batch size 加大？由于 KVCache 的存在，而且由于在大模型的情況下，KV cache 占用顯存非常厲害，batch size 會(huì)受到顯存的限制。

我們需要看一看，顯存到底是被怎么消耗掉的。一個(gè)正常的執(zhí)行過(guò)程，包括了 prefill 和 decoding 兩個(gè)階段。一個(gè)模型加載之后會(huì)占用一部分顯存，之后第一把執(zhí)行 input token 的時(shí)候，顯存會(huì)有個(gè)快速的消耗，之后隨著 token 的逐步生成，顯存的消耗在慢慢變大，這和常規(guī)的深度學(xué)習(xí)的推理非常不一樣。因?yàn)樗?prefill 過(guò)程和后面的生成的過(guò)程。這個(gè)消耗過(guò)程其一是跟長(zhǎng)度有關(guān)系，其二是跟我們加的輸入的長(zhǎng)度也有關(guān)系，當(dāng)我們 batch size 擴(kuò)大的時(shí)候，這里的顯存就會(huì)成倍地上漲。

從顯存角度來(lái)看待的話，可以列個(gè)很簡(jiǎn)單的公式，首先是模型占用了多少參數(shù)，然后在模型的推理過(guò)程中有很多的中間變量其實(shí)也會(huì)占用一部分參數(shù)，另外有多少 token 的 KVCache 緩存也會(huì)占一部分，最終是要小于顯存的大小。

正常而言，比如一個(gè) llama-13B 的模型，只要這種模型一上去，顯存基本就固定了。如果我們想優(yōu)化的是把 batch size 做大，就可以通過(guò)優(yōu)化 β，將顯存使用變小。這里主要涉及到 KVCache 的量化技術(shù)。

占用了 KV cache 的這些 token 的數(shù)量跟什么相關(guān)呢？可以這樣去列一個(gè)公式，實(shí)際上是 batch 內(nèi)平均的 token 的數(shù)量。比如現(xiàn)在已經(jīng)輸入了多少 token，以及生成了多少 token 的一個(gè)總數(shù)乘以 batch size。這里還存在一個(gè) γ 系數(shù)，其實(shí)就是 batch 之中不同的請(qǐng)求之間的 token 可復(fù)用的 KVCache。

一念 LLM 框架的名字是取自一念三千，現(xiàn)在的大模型轉(zhuǎn)瞬之間就會(huì)生成各種不同的結(jié)果，而一念在佛教里面就是一剎那的意思。一念三千也代表我們的目標(biāo)是希望大模型在一瞬之間生成世間萬(wàn)象。

因此這里會(huì)對(duì) latency 和 throughput 兩個(gè)方向重點(diǎn)優(yōu)化。

二、一念 LLM 基本框架

一念 LLM 的基本框架如上圖所示。從上往下分別為：

最上層就是咱們經(jīng)常實(shí)現(xiàn)的如 Llama、Baichuan、QWen 等模型，與常規(guī)的深度學(xué)習(xí)模型的推理方案不一樣，我們采用的是手寫(xiě)模型。我們拋棄了計(jì)算圖，計(jì)算圖以前都是用角度算值，拼成模型，這最大的好處是有很多的靈活性，便于算法人員去實(shí)現(xiàn)。而這樣會(huì)帶來(lái)另外一個(gè)問(wèn)題，即深度優(yōu)化困難，以至于最后大家會(huì)走向一個(gè)方向，去做融合算子，然后把融合算子放到圖里面去，如果符合圖的 pattern，用融合算子去替換。

對(duì)于 Transformer 結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，并且現(xiàn)在結(jié)構(gòu)基本已開(kāi)始收斂，大家不再卷模型結(jié)構(gòu)，更多的是卷模型效果。也就是說(shuō)，這一塊我們需要實(shí)現(xiàn)的模型的類型是比較少的，這就讓手寫(xiě)模型和手寫(xiě)算子變得有利可圖。

英偉達(dá)、Facebook 等各個(gè)大廠為大語(yǔ)言模型場(chǎng)景寫(xiě)的算子都非常的大。甚至像 attention 這種，按現(xiàn)在基本就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，用 Flash Attention 做一個(gè)大算子來(lái)做。

我們?yōu)槭裁匆獜氐讈G掉計(jì)算圖呢？因?yàn)槲覀冞€希望去優(yōu)化整個(gè)模型推理過(guò)程中的顯存，只要已經(jīng)規(guī)定好了模型，就可以盯著這個(gè)模型，仔仔細(xì)細(xì)地把里面顯存的使用全部去調(diào)好，使得整個(gè)顯存使用最小化。省出來(lái)的顯存都可以拿去做其他事，去做 KVCache 相關(guān)的事。

另外一個(gè)是高效調(diào)度以提高吞吐，后文中還會(huì)詳細(xì)介紹。

下面就是算子擇優(yōu)，我們的底層算子，很多時(shí)候會(huì)是開(kāi)源的封裝。因?yàn)槠鋵?shí)當(dāng)模型結(jié)構(gòu)相對(duì)固定之后，硬件廠商會(huì)專門針對(duì)這些大的算子進(jìn)行優(yōu)化，提高性能，最終目的是賣掉他們的卡。現(xiàn)在各大廠商甚至為了不同的 tensor 的大小，去寫(xiě)不同的算子，從而獲得收益的。

多硬件的支持方面，現(xiàn)在業(yè)界的主流框架，基本上都是英偉達(dá)，當(dāng)然也有支持英特爾的 CPU。然而像支持 GPU 和華為昇騰等國(guó)產(chǎn)卡，還并不完善。從國(guó)內(nèi)廠商的角度來(lái)看都會(huì)面臨一個(gè)問(wèn)題就是高性能的 GPU 卡進(jìn)不來(lái)。從業(yè)務(wù)安全的角度，我們也必須要去支持不同的硬件。

但是為什么不是按不同廠商使用不同框架，比如英偉達(dá)用一個(gè)框架，華為用華為的框架，兩邊的都能用到一個(gè)好的收益？實(shí)際上，當(dāng)你在做這一層優(yōu)化的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)面臨不同的框架，需要重復(fù)做。另外各個(gè)框架本身對(duì)后期業(yè)務(wù)邏輯的適配也會(huì)不同。

我們通過(guò)上面統(tǒng)一框架，下面支持多種硬件，這樣就相當(dāng)于做到調(diào)度這層一次優(yōu)化在所有硬件上都可以用，這樣更有利于整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)。

三、一念 LLM 框架調(diào)度

第一個(gè)問(wèn)題是 ContinuousBatching 和 PageAttention，從最原始的公式來(lái)看它其實(shí)就是在有效地優(yōu)化 batch size。

正常情況下，我們會(huì)把不同的請(qǐng)求打成一個(gè) batch 去做 GPU 的推理，這個(gè)過(guò)程往往是一個(gè) batch 一個(gè) batch 地進(jìn)去，要等到這個(gè) batch 里面的請(qǐng)求全部處理完才退出。從 GPU 的任務(wù)調(diào)度上來(lái)說(shuō)這是最簡(jiǎn)單的使用方式，但這種使用方式最大的問(wèn)題在于它的有效 batch 會(huì)越來(lái)越低，因?yàn)槊總€(gè)請(qǐng)求的輸入長(zhǎng)度不一樣，輸出長(zhǎng)度不一樣。比如有可能第一個(gè)請(qǐng)求是一個(gè)摘要的任務(wù)，會(huì)丟入一個(gè) 1,000 字的文章讓大模型用一句話總結(jié)出來(lái)；第二個(gè)請(qǐng)求可能是一個(gè)擴(kuò)寫(xiě)的任務(wù)，給了一小段話，讓模型把它擴(kuò)寫(xiě)成一篇長(zhǎng)文。也就說(shuō)輸入輸出的不匹配，會(huì)導(dǎo)致有些請(qǐng)求很快就結(jié)束了，有些請(qǐng)求還要跑很久。這樣的話，要等到所有的請(qǐng)求都完成，這個(gè) batch 才會(huì)退出，這會(huì)導(dǎo)致有效的 batch 到后面越來(lái)越小。另外一個(gè)問(wèn)題是，后面很多請(qǐng)求結(jié)束了，GPU 算力就會(huì)閑置。

因此很容易想到的是能否當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求處理完成后，就把另外新的請(qǐng)求輸入進(jìn)去，這就是 ContinuousBatching 的基本思想。這個(gè)想法其實(shí)早在 22 年就已經(jīng)被微軟提出來(lái)，但是這么好的一個(gè)想法一直都沒(méi)爆發(fā)，是因?yàn)榇嬖谝粋€(gè)問(wèn)題，就是它的 KVCache 的顯存的操作成本比較高，比較麻煩。去年由伯克利提出的 PageAttention解決了這一問(wèn)題，于是整個(gè) ContinuousBatching+PageAttention 的機(jī)制就迎來(lái)了一個(gè)爆發(fā)期，現(xiàn)在成為了大語(yǔ)言模型推理框架的一個(gè)標(biāo)配功能。

簡(jiǎn)單講因?yàn)檎麎K操作成本高，所以將它切小，它采用了常規(guī)操作系統(tǒng)里面的內(nèi)存分頁(yè)的機(jī)制來(lái)管理顯存，把 KVCache 切成不同的塊，用指針去引用的方式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。這樣就顯著降低了顯存操作的粒度。這樣 ContinuousBatching 的整體操作效率就得到了提升。

這里面還遺留了一個(gè)問(wèn)題，就是 input 在請(qǐng)求與請(qǐng)求之間的共享問(wèn)題，這在以前的深度學(xué)習(xí)的推理里面很少關(guān)注到，但是在推薦里面從很早的時(shí)候就已經(jīng)有類似的工作。比如一個(gè)用戶多個(gè) item 的 rank 操作，因?yàn)橛脩舳际且粯拥?，所以這一部分的推理只需要做一次。然后不同的 item 的推理多推多次，再融合到一起，再去做后面的推理工作。

請(qǐng)求是有共性的，這些共性的請(qǐng)求其實(shí)可以只算一次，然后把計(jì)算結(jié)果緩存，就可以把 KVCache 存起來(lái)，等到下一個(gè)請(qǐng)求，只需要處理后面的。Batch 之間也可以繼續(xù)復(fù)用，這樣整個(gè)后期請(qǐng)求的推理響應(yīng)就可以一下提上去。

KVCache 機(jī)制看起來(lái)非常美好，但也是有成本的，因?yàn)?KVCache 會(huì)占用顯存，而且一旦緩存大，就會(huì)面臨 cache 換入換出和命中問(wèn)題。比如放兩個(gè)前序在顯存里面，就得占兩份顯存。最終在具體的執(zhí)行節(jié)點(diǎn)上面，命中率就決定了這個(gè)機(jī)制最終的收益。所以 prefix catching 更多就相當(dāng)于上面公式里面的 γ。

我們?cè)诜?wù)節(jié)點(diǎn)的前置加了一個(gè)叫 prefix-token 的路由器。在這里，路由需要平衡兩件事情，命中率以及傳統(tǒng)路由的問(wèn)題，包括負(fù)載平衡、容災(zāi)等問(wèn)題。例如，如果前序都是一樣的，就直接打到一個(gè)節(jié)點(diǎn)上去，它一定會(huì)被命中。但是實(shí)際上還是會(huì)面臨負(fù)載平衡和容災(zāi)的事情怎么解決的問(wèn)題。所以我們構(gòu)建了一個(gè)路由表，例如經(jīng)?？吹降囊恍┙巧缪莸姆?wù)，比如正在跟宋江聊，首先需要告訴模型你現(xiàn)在正在扮演的是宋江，宋江是一個(gè)什么樣的人、之前的生平、有什么樣的能力、他的性格等一些重要的事件，就像用戶簡(jiǎn)歷一樣。然后再說(shuō)你跟宋江之前聊過(guò)什么，下面請(qǐng)生成你準(zhǔn)備作為宋江回復(fù)給用戶的信息。這個(gè)過(guò)程里面有大量的信息其實(shí)是跟用戶 profile 一樣。還有另外一種，比如作為愛(ài)因斯坦或者牛頓這樣的角色，對(duì)不同的角色，在進(jìn)到模型之前，我們就會(huì)把前面的這一段做一個(gè) prefix-token。對(duì)相同的一段給他指定一個(gè)具體的路由表，在有限的機(jī)器里面去選中一個(gè)機(jī)器集合。

另外剛才也提到一個(gè)問(wèn)題，我們需要解決不能有太多份的 cache，cache 份數(shù)多了，顯存里就全是 cache，沒(méi)有顯存去計(jì)算當(dāng)前要執(zhí)行的請(qǐng)求了。我們通過(guò)另一個(gè)維度的管理，對(duì)于單一的節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于是一個(gè) server-set 其實(shí)是有限的。從這張圖可以感覺(jué)到，最后每個(gè)節(jié)點(diǎn)只命中了兩個(gè) set，從而達(dá)到對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)而言 cache 份數(shù)是相對(duì)可控的，同時(shí)又能夠在 set 的維度完成負(fù)載平衡和容災(zāi)。

最后再講一下，CPU 跟 GPU 的混合推理，其實(shí)就是優(yōu)化 M。

前面提到把模型從 FP16 變成 INT8 或者 INT4，這種是量化操作，效果是有損的。從框架層面需要支持，待業(yè)務(wù)評(píng)估是否使用。這里講的是無(wú)損的一些方式，計(jì)算密度的問(wèn)題。我們一般講的大語(yǔ)言模型是計(jì)算強(qiáng)密集的，通常指的是 Transformer 結(jié)構(gòu)部分。實(shí)際上它還有一個(gè) token embedding 部分，這部分就是查表，類似推薦里面的 sparse 操作。往往這部分又是放在 GPU 上做的，這個(gè)表一旦大了就會(huì)占顯存。而且可以看到一般在業(yè)務(wù)應(yīng)用的時(shí)候，通常都會(huì)擴(kuò) token，擴(kuò)詞表。因?yàn)樵嫉哪Ｐ屠锩娴哪切┰~并不能完全覆蓋到我們的業(yè)務(wù)里。業(yè)務(wù)里面有可能會(huì)有一些特殊場(chǎng)景的詞。開(kāi)源模型如標(biāo)準(zhǔn)的 Llama-13B 在 v2 的時(shí)候是 3.2 萬(wàn)的詞表。詞表會(huì)隨業(yè)務(wù)擴(kuò)展，Llama-13B 原生的詞表可能只占整個(gè)參數(shù)的百分之一。但是當(dāng)把它擴(kuò)到三十萬(wàn)的詞表時(shí)，它對(duì)整個(gè)模型參數(shù)量的占比就會(huì)到 11.8% 的顯存。而它又是個(gè) sparse 操作，很直接的一個(gè)想法，就是把它丟到 CPU 上去改。我們自己在測(cè)試 30 萬(wàn)詞表的 Llama-13B 時(shí)，能夠有 10% 的性能提升。但這 10% 也不一定是能拿到的收益，跟詞表大小有直接相關(guān)。因?yàn)檫@會(huì)涉及到 CPU 跟 GPU 的聯(lián)合推理的問(wèn)題，意味著 CPU 執(zhí)行完的結(jié)果要拷貝到 GPU 上，多了一個(gè)成本。如果節(jié)省的顯存不足以去 cover 成本，收益就可能是負(fù)的。所以需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)所用的模型去調(diào)整是否選用這個(gè)機(jī)制。

四、一念 LLM 在 GR 模型的應(yīng)用

目前大家都在考慮大語(yǔ)言模型的 Transformer，生成式的結(jié)構(gòu)，能否用在推薦系統(tǒng)中。推薦系統(tǒng)的推理因?yàn)榱糠浅４?，耗時(shí)要求非常高，推理成本比常規(guī)的 AI 推理要高很多。

當(dāng)我們把常規(guī)的模型結(jié)構(gòu)，變成一個(gè)大語(yǔ)言模型的結(jié)構(gòu)，采用一個(gè)長(zhǎng)序列輸入，計(jì)算量可能是成千上萬(wàn)倍，成本也可能隨之增加。

生成式推薦其實(shí)是基于歷史序列去預(yù)測(cè)候選 item 的 action。這里單個(gè)用戶會(huì)有大量的 item 要預(yù)測(cè)，因?yàn)?rank 往往是千級(jí)別的。對(duì)于同一用戶的歷史序列，其實(shí)是一樣的，這是很好的符合 prefix catching 的場(chǎng)景?？梢詫?duì)這個(gè)用戶所有的 item 預(yù)測(cè)請(qǐng)求，做一次 prefix-cache，之后只做 item 部分的推理。這可以實(shí)現(xiàn)原來(lái)整個(gè)計(jì)算量是 prefix-token 加上一個(gè)待預(yù)測(cè)的 item，需要推理的 token 量乘以 item 的數(shù)量。相當(dāng)于每一個(gè) token 的計(jì)算量是乘的關(guān)系，所以會(huì)導(dǎo)致我們的計(jì)算量成千上萬(wàn)倍的增長(zhǎng)，因?yàn)?token 是成千上萬(wàn)的。通過(guò)這個(gè)功能，就可以實(shí)現(xiàn) item 變成了 item 的數(shù)量加上 token 數(shù)量，也就是把乘變成了加。這樣最后的計(jì)算量就是跟 item 數(shù)量線性相關(guān)，就跟現(xiàn)在正常推薦的推理相似。

這里只是解決了一個(gè)計(jì)算量的問(wèn)題，還有另一個(gè)問(wèn)題是 latency 的問(wèn)題。如果是以萬(wàn)級(jí)的 token 輸入，想要最后控制在 10 毫秒以下也是非常困難的，哪怕業(yè)務(wù)能夠接受更長(zhǎng)時(shí)間的 latency，也不是將閾值從 10 放松到 50 毫秒這樣的一個(gè)狀態(tài)，而是要放松到秒級(jí)。這里對(duì)于 item 的預(yù)測(cè)是可以分開(kāi)的。在不知道 item 的情況下，就已經(jīng)知道了用戶的序列，可以提前計(jì)算。比如在用戶請(qǐng)求剛剛過(guò)來(lái)時(shí)，就可以把序列發(fā)給用戶了，然后等到把 item 做了召回初排之后，再去執(zhí)行這一部分。這部分就只有一個(gè) item 的 token 耗時(shí)，這也是我們傳統(tǒng)意義上講的 rank 的請(qǐng)求耗時(shí)。這個(gè)耗時(shí)就可以做到只跟 token 的最后 item 有關(guān)而跟前面的 prefix-token 的數(shù)量無(wú)關(guān)。這樣的話就可以把整個(gè)系統(tǒng)跟現(xiàn)有推薦的推理系統(tǒng)基本對(duì)齊。

無(wú)、未來(lái)規(guī)劃

未來(lái)的規(guī)劃就是圍繞整個(gè)架構(gòu)的幾層：

1. 對(duì)模型的支持

常用的大語(yǔ)言模型；業(yè)務(wù)的 GR 的推薦模型的支持。

2. 調(diào)度層面的優(yōu)化

計(jì)算/顯存的流水線，包括現(xiàn)在熱門的投機(jī)解碼等業(yè)界先進(jìn)技術(shù)，會(huì)持續(xù)跟進(jìn)。

3. 硬件的支持

不只是在硬件上跑起來(lái)，更重要的是在硬件上定制化算子的開(kāi)發(fā)。例如華為等國(guó)內(nèi)其他公司也在做加速類的硬件。要單獨(dú)提一下 CPU，因?yàn)楝F(xiàn)在最新的英特爾芯片，已經(jīng)在 CPU 盒里面加進(jìn)了矩陣計(jì)算的硬件單元。這種情況下，CPU 其實(shí)是可以去承擔(dān)一定程度的高密度的矩陣計(jì)算的，性能會(huì)好很多。

六、Q&A

Q1：之前在做 CTR 推理的時(shí)候做了很多類似顯存分配、動(dòng)態(tài) batch、多流并行、kernel launch 等工作，未來(lái)有哪些 CTR 推理的能力和經(jīng)驗(yàn)是可以借鑒到 LLM 推理上的？CTR 和 LLM 之間的區(qū)別和優(yōu)化側(cè)重點(diǎn)有哪些共性和不同點(diǎn)？

A1：這里沒(méi)有提到傳統(tǒng)的深度學(xué)習(xí)推理里面的那些優(yōu)化，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)這些優(yōu)化全部都有效。只是在大語(yǔ)言模型推理場(chǎng)景下面，因?yàn)殚L(zhǎng)序列，序列輸入是以 token 方式去做并行這樣一個(gè)特殊性，引入了一些特殊的優(yōu)化方法，包括動(dòng)態(tài) batch，其實(shí)很大程度上也會(huì)是跟剛才提到的 continuous batching 結(jié)構(gòu)類似，實(shí)際上 continuous batching 就是更細(xì)化的動(dòng)態(tài) batch 操作。

多流的并形其實(shí)可以用在單個(gè)請(qǐng)求單個(gè) batch 前向推理的過(guò)程優(yōu)化里面。這部分相當(dāng)于已經(jīng)有一定的 batch 了，要去生成一個(gè) token，就要經(jīng)過(guò)圖的過(guò)程。所有以前用的優(yōu)化都可以繼續(xù)使用。

只是可能有一部分，比如手寫(xiě)算子，圖優(yōu)化，因?yàn)闆](méi)有圖了，所以也就不需要圖優(yōu)化了。

簡(jiǎn)而言之，目前的 GR 模型其實(shí)并不是一個(gè)連續(xù)生成的模型，其實(shí)對(duì) KVCache 連續(xù)生成這一點(diǎn)上的依賴沒(méi)那么重。就像在現(xiàn)有體系下是計(jì)算圖去實(shí)現(xiàn)。走一次前項(xiàng)，再走一次前項(xiàng)，只不過(guò)多了一個(gè) KVCache 的輸入。然后圖存在一些變化的部分，用傳統(tǒng)計(jì)算圖的一些優(yōu)化方式去實(shí)現(xiàn)也都是沒(méi)問(wèn)題的。

這個(gè)理論可能會(huì)涉及到極致優(yōu)化的問(wèn)題，因?yàn)槭謱?xiě)算子極致優(yōu)化這件事情本身就是相當(dāng)于損失易用性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這張圖上的應(yīng)用，是跟咱們算法同學(xué)配合上線的。在大語(yǔ)言模型的場(chǎng)景下面，如果有一個(gè)新模型，就又得去支持它。從工程層面上來(lái)說(shuō)，需要重新把從訓(xùn)練到推理的這一套，全部的給重新弄一遍，這其實(shí)就是取決于模型結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性的問(wèn)題。因?yàn)樵诖笳Z(yǔ)言模型場(chǎng)景，結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常穩(wěn)定，跟推薦場(chǎng)景比起來(lái)簡(jiǎn)單太多了。推薦場(chǎng)景會(huì)有很多的 sparse，小算子來(lái)回拼來(lái)拼去的事情。在大語(yǔ)言模型這種情況下全都沒(méi)有了，只剩下大算子。

像 kernel launch 這種類型的優(yōu)化，在現(xiàn)有的大語(yǔ)言模型場(chǎng)景下？全部都可以用?，F(xiàn)在的主流的大語(yǔ)言模型推理框架基本上都不是用圖。除了 tensorRT LLM 算是用圖的，但其實(shí)它里面也是很多大算子，只是用圖大致串了一下幾個(gè)大算子。

Q2：一念現(xiàn)在用的是連續(xù)的 batch，在大 batch 中間，模型的 forward 部分和解碼采樣是會(huì)有一個(gè)串形的執(zhí)行流水線，這樣是不是可能會(huì)出現(xiàn) GPU 的空隙？

A2：實(shí)際上在解碼采樣這件事情上，目前主要的優(yōu)化手段還是把解碼采樣的時(shí)間段盡量放短，因?yàn)楝F(xiàn)在主要的方式仍然是 token 依次生成。當(dāng)前大語(yǔ)言模型，因?yàn)轱@存的問(wèn)題，顯存占用太大了，比較難像以前一樣。這個(gè) batch 跟那個(gè) batch 交換著做一個(gè)流水線。

現(xiàn)在盡可能將一個(gè) batch 打大，打大之后顯存就已經(jīng)沒(méi)了，沒(méi)法再切到另一個(gè) batch 的顯存來(lái)做下一步的推理，所以現(xiàn)在這一塊基本上是串行?，F(xiàn)在主要的優(yōu)化是想辦法把解碼采樣這一環(huán)節(jié)壓縮，把它壓的更短，不要就那個(gè)地方的解碼采樣，現(xiàn)在很多都在最后全部采用 GPU 算子來(lái)做，而不是在 python 層面去寫(xiě)，寫(xiě)了再用。其實(shí)都是為了極致的壓縮，因?yàn)樗@整個(gè)過(guò)程現(xiàn)在就是個(gè)串行的，比以前的優(yōu)化的空間小很多，不能夠讓流水線讓下一個(gè) batch 的計(jì)算能夠進(jìn)來(lái)，還需等前一個(gè)解碼采樣算完，希望盡可能的用 GPU 去算解碼采樣。

現(xiàn)在主流的方案基本都是這樣的，因?yàn)橹虚g提到的 decoding 是有狀態(tài)的，其中的 KVCache 不可能在這么短的時(shí)間內(nèi)（一個(gè)采樣的時(shí)間）把它換出去，再換另外一個(gè) batch 進(jìn)來(lái)。這樣的操作會(huì)得不償失。

Q3：一念有沒(méi)有做過(guò)跟 TensorRT-llm 的對(duì)比，是否有跟 A800 或者 4090 做推理。它的性價(jià)比如何？

A3：A800 或者 A100 的有測(cè)，其他普通的非線上卡沒(méi)有測(cè)。跟 tensorrt-llm 的對(duì)比的話，在具體場(chǎng)景，有 10%-20% 的收益。這個(gè)收益主要源于我們?cè)谙旅鎸?duì)開(kāi)源算子進(jìn)行了封裝，包括 FastTransformer 的算子，vllm 的算子和 TensortRT 的算子。我們集成了開(kāi)源的大語(yǔ)言模型推理框架，以及為業(yè)務(wù)定制的算子。這里面存在一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樽隽舜罅康娜诤纤阕佣加?FP16 在推理，在這種情況下 FP16 有精度損失。大家都知道在業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，有些業(yè)務(wù)可能會(huì)有非常強(qiáng)的效果一致性的需求，有時(shí)候就需要把算子退化到比如 pytorch 的算子來(lái)跟訓(xùn)練做對(duì)齊。

對(duì)于 TensorLRT-LLM 來(lái)說(shuō)，它其實(shí)完全用 FP16 的性能并不是那么好，只有開(kāi)啟 INT8 和 FP16 的混合量化的機(jī)制之后性能才上來(lái)。

Q4：如果是對(duì)于 GR 生成推理的話是更適合做一個(gè) multi stream 的并發(fā)，還是也像 llm 那樣做一個(gè)異步大 batch 之后，再去做一個(gè)串行執(zhí)行？

A4：在大語(yǔ)言模型情況下為什么沒(méi)有做這件事情，是因?yàn)轱@存不夠。但是在 GR 的場(chǎng)景，模型大小不是很大，像現(xiàn)在做的大語(yǔ)言模型，13B 的規(guī)模那就是 26G 的顯存沒(méi)了。但如果模型可能只有 G 這種級(jí)別，剩下的顯存就是足夠大的，就有空間去做多 batch。對(duì)于現(xiàn)在大語(yǔ)言模型的場(chǎng)景，很多問(wèn)題都暴露在了顯存大小這件事情上。