💥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。

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:

- 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:

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

2.3 推測解碼
流程:
- 草稿模型(N-gram/EAGLE/Medusa)生成k候選token
- 大模型並行驗證k+1個位置概率
- 按接受規則輸出有效token

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

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:

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:

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)

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