💥下一代推理引擎:vLLM如何重塑AI服務架構?

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作為分布式大模型推理引擎,vLLM通過分頁注意力、連續批處理等核心技術實現高吞吐與低延遲。今天我將深度解析其架構設計。如果對你有所幫助,記得告訴身邊有需要的朋友。

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一、核心引擎架構

1.1 基礎元件

  • KV快取管理器:採用分頁注意力機制(PagedAttention),將KV快取劃分為固定大小塊(默認16 tokens/塊),透過記憶體池動態分配:

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  • 調度器:支持FCFS/優先級調度,維護等待隊列與運行隊列,混合處理預填充與解碼請求
  • 執行器:驅動模型前向傳播,支持即時執行與CUDA圖優化

1.2 推理流程

1)請求預處理:分詞後生成EngineCoreRequest
2)調度階段

  • 解碼請求優先分配KV塊
  • 預填充請求按令牌預算分塊處理

3)模型執行

  • 扁平化批次輸入,分頁注意力確保序列隔離

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4)採樣與後處理:根據採樣參數生成token,檢測停止條件

二、關鍵技術優化

2.1 分頁注意力(PagedAttention)

  • 塊大小公式:2 block_size num_kv_heads head_size dtype_bytes
  • 內存零碎片:釋放塊回歸資源池實現高效複用

2.2 前綴快取

  • 共享前綴哈希化存儲:對16-token完整塊計算SHA-256哈希
  • 複用機制:後續請求匹配哈希直接調用快取塊

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2.3 推測解碼

流程

  1. 草稿模型(N-gram/EAGLE/Medusa)生成k候選token
  2. 大模型並行驗證k+1個位置概率
  3. 按接受規則輸出有效token

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2.4 解耦式P/D架構

  • 預填充節點:處理長提示計算,輸出KV至快取服務
  • 解碼節點:專注token生成,讀取共享KV快取
  • 連接器協調:跨節點KV傳輸實現計算隔離

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三、分布式擴展

3.1 多GPU執行(MultiProcExecutor)

  • 張量並行:模型層分片至同節點多GPU
  • 流水線並行:跨節點分層處理長序列
  • 工作進程透過ZMQ實現RPC通信:

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3.2 服務層架構

無頭引擎節點:運行DPEngineCoreProc處理計算
API服務節點

  • AsyncLLM封裝引擎接口
  • FastAPI提供REST端點
  • DP協調器動態負載均衡

請求生命周期

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四、性能優化與基準測試

4.1 關鍵指標

指標 定義
TTFT 首token生成延遲
ITL token間延遲
TPOT 單token平均處理時間
Goodput 滿足SLO的吞吐量

4.2 性能權衡模型

批大小影響

  • 小批量:ITL↓,吞吐量↓
  • 大批量:ITL↑,吞吐量↑(至飽和點)

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4.3 調優工具

  • vllm bench latency:測量端到端延遲
  • vllm bench throughput:壓力測試峰值吞吐
  • 自動SLO優化:動態調整參數滿足延遲約束

最後總結一下

vLLM通過創新記憶體管理、分布式調度與算法優化,在LLM推理場景實現數量級性能提升。其模組化設計支持從單GPU到多節點集群的靈活部署,為高並發AI服務提供基礎架構支撐。当然,主流的LLM推理框架除了vLLM,還有其它幾大框架,具體的選擇根據實際專案需求來定,幾大框架的優勢對比及選型,我這裡也做了一個技術文檔,實力寵粉。粉絲朋友自行領取:《大型語言模型(LLM)推理框架的全面分析與選型指南(2025年版)》

好了,今天的分享就到這裡,點個小紅心,我們下期見。


原文出處:https://juejin.cn/post/7546014854219464743


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