在過去一兩年里，以GPT和Diffusion model為代表的大語言模型和生成式AI，將人們對AI的期待推向了一個新高峰，并吸引了千行百業(yè)嘗試在業(yè)務(wù)中利用大模型。

國內(nèi)各家大廠在大模型領(lǐng)域展開了激烈的軍備競賽，如：文心大模型、通義千問、混元大模型、盤古大模型等等，這些超大規(guī)模的模型訓(xùn)練參數(shù)都在千億以上，有的甚至超過萬億級。

即便訓(xùn)練一次千億參數(shù)量模型的成本可能就高達(dá)數(shù)百萬美元，但大廠們依然拼盡全力，除此之外也有很多行業(yè)企業(yè)希望擁有自己的專屬大模型。

對于企業(yè)來說，要想在大模型的競爭中勝出，就必須充分利用算力，并且構(gòu)建高效穩(wěn)定的服務(wù)運行環(huán)境，這就對IT基礎(chǔ)設(shè)施能力提出了更高的要求。

而云原生正是比拼的重要一環(huán)。云原生技術(shù)的自動化部署和管理、彈性伸縮等功能，能夠有效提高大模型應(yīng)用效率并降低成本。

據(jù)Gartner預(yù)測，2023年70%的AI應(yīng)用會基于容器和Serverless技術(shù)開發(fā)。在實際生產(chǎn)中，越來越多的AI業(yè)務(wù)，比如自動駕駛、NLP等，也正在轉(zhuǎn)向容器化部署。

那么，云原生是如何幫助大模型降本增效，在這個過程中又遇到了哪些挑戰(zhàn)?

1.云原生成為大模型的標(biāo)配

近年來，容器和Kubernetes已經(jīng)成為越來越多AI應(yīng)用首選的運行環(huán)境和平臺。

一方面，Kubernetes幫助用戶標(biāo)準(zhǔn)化異構(gòu)資源和運行時環(huán)境、簡化運維流程;另一方面，AI這種重度依賴GPU的場景可以利用K8s的彈性優(yōu)勢節(jié)省資源成本。

隨著大模型浪潮的到來，以云原生環(huán)境運行AI應(yīng)用正在變成一種事實標(biāo)準(zhǔn)。

• 彈性伸縮與資源管理

大模型訓(xùn)練往往需要大量的計算資源，而云原生環(huán)境通過容器化和編排工具可以實現(xiàn)資源的彈性調(diào)度與自動擴縮容。

這意味著在大模型訓(xùn)練過程中可以迅速獲取所需資源，并在任務(wù)完成后釋放資源，降低閑置成本。

• 分布式計算支持

云原生架構(gòu)天然支持分布式系統(tǒng)，大模型訓(xùn)練過程中的并行計算需求可以通過云上的分布式集群輕松實現(xiàn)，從而加速模型收斂速度。

• 微服務(wù)架構(gòu)與模塊化設(shè)計

大模型推理服務(wù)可以被分解為多個微服務(wù)，比如預(yù)處理服務(wù)、模型加載服務(wù)和后處理服務(wù)等，這些服務(wù)能夠在云原生環(huán)境中獨立部署、升級和擴展，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和迭代效率。

• 持續(xù)集成/持續(xù)部署(CI/CD)

云原生理念強調(diào)快速迭代和自動化運維，借助CI/CD流程，大模型的研發(fā)團隊能夠以更高效的方式構(gòu)建、測試和部署模型版本，確保模型更新的敏捷性。

• 存儲與數(shù)據(jù)處理

云原生提供了多種數(shù)據(jù)持久化和臨時存儲解決方案，有助于解決大模型所需的大量數(shù)據(jù)讀取和寫入問題。

同時，利用云上大數(shù)據(jù)處理和流式計算能力可以對大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行有效預(yù)處理和后處理。

• 可觀測性和故障恢復(fù)

在云原生環(huán)境下，監(jiān)控、日志和追蹤功能完善，使得大模型服務(wù)的狀態(tài)更加透明，遇到問題時能更快地定位和修復(fù)，保證服務(wù)高可用性。

總體而言，云原生架構(gòu)的諸多優(yōu)勢契合了大模型在計算密集、數(shù)據(jù)驅(qū)動、迭代頻繁等方面的需求，能夠為大模型帶來成本、性能、效率等多方面的價值，因而成為大模型發(fā)展的標(biāo)配。

2.大模型對云原生能力提出新挑戰(zhàn)

盡管云原生對于大模型有著天然的優(yōu)勢，但是面對LLM、AIGC這樣的新領(lǐng)域，依然對云原生能力提出了更多挑戰(zhàn)。

在訓(xùn)練階段，大模型對計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)架構(gòu)的要求都更高。

規(guī)模上，要訓(xùn)練出具有廣泛知識和專業(yè)領(lǐng)域理解及推理能力的大語言模型，往往需要高達(dá)萬卡級別的GPU集群和PB級的數(shù)據(jù)存儲以及TB級的數(shù)據(jù)吞吐。

此外，高性能網(wǎng)絡(luò)也將達(dá)到單機800Gbps甚至3.2Tbps的RDMA互聯(lián)。

性能方面，隨著模型體積和參數(shù)量的增長，單張顯卡已無法承載完整的模型。因此需要使用多張顯卡進(jìn)行分布式訓(xùn)練，并采用各種混合并行策略進(jìn)行加速。

這些策略包括數(shù)據(jù)并行、模型并行、流水線并行以及針對語言模型的序列并行等，以及各種復(fù)雜的組合策略。

在推理階段，大模型需要提供高效且穩(wěn)定的推理服務(wù)，這需要不斷優(yōu)化其性能，并確保服務(wù)質(zhì)量(QoS)得到保證。

在此基礎(chǔ)上，最重要的目標(biāo)是提高資源效率和工程效率。一方面，持續(xù)提高資源利用效率，并通過彈性擴展資源規(guī)模，以應(yīng)對突發(fā)的計算需求。

另一方面，要最優(yōu)化算法人員的工作效率，提高模型迭代速度和質(zhì)量。

由此可見，大模型對云原生技術(shù)提出了新的能力要求：

一是，統(tǒng)一管理異構(gòu)資源，提升資源利用率。

從異構(gòu)資源管理的角度，對IaaS云服務(wù)或者IDC內(nèi)的各種異構(gòu)計算(如 CPU，GPU，NPU，VPU，F(xiàn)PGA，ASIC)、存儲(OSS，NAS， CPFS，HDFS)、網(wǎng)絡(luò)(TCP， RDMA)資源進(jìn)行抽象，統(tǒng)一管理、運維和分配，通過彈性和軟硬協(xié)同優(yōu)化，持續(xù)提升資源利用率。

在運維過程中，需要多維度的異構(gòu)資源可觀測性，包括監(jiān)控、健康檢查、告警、自愈等自動化運維能力。

對于寶貴的計算資源，如GPU和NPU等加速器，需要通過各種調(diào)度、隔離和共享的方法，最大限度地提高其利用率。

在此過程中，還需要持續(xù)利用云資源的彈性特征，持續(xù)提高資源的交付和使用效率。

二是，通過統(tǒng)一工作流和調(diào)度，實現(xiàn) AI、大數(shù)據(jù)等多類復(fù)雜任務(wù)的高效管理。

對于大規(guī)模分布式AI任務(wù)，需要提供豐富的任務(wù)調(diào)度策略，如Gang scheduling、Capacity scheduling、Topology aware scheduling、優(yōu)先級隊列等，并使用工作流或數(shù)據(jù)流的方式串聯(lián)起整個任務(wù)流水線。

同時，需兼容Tensorflow，Pytorch，Horovod，ONNX，Spark，F(xiàn)link等各種計算引擎和運行時，統(tǒng)一運行各類異構(gòu)工作負(fù)載流程，統(tǒng)一管理作業(yè)生命周期，統(tǒng)一調(diào)度任務(wù)工作流，保證任務(wù)規(guī)模和性能。

一方面不斷提升運行任務(wù)的性價比，另一方面持續(xù)改善開發(fā)運維體驗和工程效率。

此外，在計算框架與算法層面適配資源彈性能力，提供彈性訓(xùn)練和彈性推理服務(wù)，優(yōu)化任務(wù)整體運行成本。

除了計算任務(wù)優(yōu)化，還應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)使用效率的優(yōu)化。為此，需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集管理、模型管理和訪問性能優(yōu)化等功能，并通過標(biāo)準(zhǔn)API和開放式架構(gòu)使其易于被業(yè)務(wù)應(yīng)用程序集成。

對于大模型還有一個主要能力，就是能夠在分鐘級內(nèi)準(zhǔn)備好開發(fā)環(huán)境和集群測試環(huán)境，幫助算法工程師開始執(zhí)行深度學(xué)習(xí)任務(wù)。

把端到端的 AI 生產(chǎn)過程通過相同的編程模型、運維方式進(jìn)行交付。

3.結(jié)語

隨著大模型等AI技術(shù)的不斷發(fā)展，云原生技術(shù)將面臨一些新的挑戰(zhàn)和需求。例如，如何快速適應(yīng)新的開源大模型訓(xùn)練方法，以及如何提高大模型推理性能并確保其質(zhì)量和穩(wěn)定性。

同時，也需要關(guān)注一些前沿技術(shù)和創(chuàng)新能力，通過標(biāo)準(zhǔn)化和可編程的方式來集成，不斷迭代業(yè)務(wù)應(yīng)用，形成 AI+ 或 LLM+ 的新應(yīng)用開發(fā)模式和編程模型。

但無論技術(shù)如何發(fā)展，為大模型提供快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定且成本可控的服務(wù)，保證大模型訓(xùn)練和推理的成本、性能和效率，都將成為企業(yè)為其價值買單的根本。