你大概見(jiàn)過(guò)這種曲線(xiàn)服務(wù)剛上線(xiàn)時(shí)首 token 延遲兩百毫秒上下看著挺體面并發(fā)一上來(lái)這個(gè)數(shù)字開(kāi)始抖抖到兩秒、五秒可每 token 的輸出延遲卻穩(wěn)得很四五十毫秒沒(méi)怎么變。運(yùn)維查了網(wǎng)卡、查了顯存占用、查了卡上的利用率指標(biāo)都不難看但用戶(hù)就是在反饋卡。遇到這種情況我一般先不碰硬件也不急著換推理框架而是把一次請(qǐng)求拆成兩個(gè)性質(zhì)完全不同的階段來(lái)看——**Prefill預(yù)填充**和Decode解碼。這兩個(gè)詞在大模型推理里出現(xiàn)的頻率極高但真正搞清楚它們?cè)谟?jì)算上差在哪、為什么要用兩套策略去伺候的人并不多。Prefill 是一次性把整段 prompt 塞進(jìn)網(wǎng)絡(luò)一次前向算完所有 token 并行過(guò)模型Decode 是每步只吐一個(gè) token一步一循環(huán)直到遇到結(jié)束符。前者是典型的算力密集型后者是典型的訪存密集型兩者的瓶頸、優(yōu)化手段、調(diào)參方向幾乎是相反的。你把它們當(dāng)成一件事來(lái)調(diào)用同一套批處理策略、同一個(gè)顯存預(yù)算、同一種量化方案結(jié)果必然是兩頭不討好。這篇內(nèi)容就是把這層窗戶(hù)紙捅破從矩陣乘的形態(tài)講到顯存帶寬的賬從 KV Cache 怎么長(zhǎng)出來(lái)講到分塊預(yù)填充和 PD 分離怎么落地中間插一些我自己踩過(guò)的坑和可以直接抄的壓測(cè)腳本。不需要你先懂 CUDA 算子只要你會(huì)寫(xiě)幾行 Python、跑過(guò)模型服務(wù)就能順著往下讀如果你已經(jīng)在做推理部署第 4、5 部分應(yīng)該能直接對(duì)上你監(jiān)控里的那些異常曲線(xiàn)。1. 把兩個(gè)階段掰開(kāi)看一次請(qǐng)求到底發(fā)生了什么1.1 從輸入到第一個(gè) tokenPrefill 到底干了什么用戶(hù)發(fā)來(lái)一句話(huà)比如三百個(gè) token推理引擎收到的是一整個(gè) token 序列而不是一個(gè)一個(gè)喂進(jìn)去。Prefill 做的事情就是把這個(gè)長(zhǎng)度 300 的序列當(dāng)成一個(gè)整體走一遍完整的前向embedding 查表得到 300 個(gè)向量每一層做自注意力、做前饋網(wǎng)絡(luò)一路往上最后只取最后一個(gè)位置的輸出去算下一個(gè) token 的概率分布。注意這里的關(guān)鍵——300 個(gè)位置全部參與了計(jì)算但它們之間不是獨(dú)立的自注意力里的每個(gè)位置都要看到它前面所有位置的信息所以這一層的計(jì)算量隨序列長(zhǎng)度是平方級(jí)增長(zhǎng)的。用生活化的說(shuō)法Prefill 像是一次性把一整篇文章讀進(jìn)去理解讀的時(shí)候前后文互相對(duì)照讀完整篇才寫(xiě)出第一個(gè)字。這個(gè)過(guò)程里模型權(quán)重只需要被讀取一遍但是要參與大量的乘加運(yùn)算所以它對(duì)算力的胃口極大對(duì)顯存帶寬反而不那么敏感。這也是為什么在 Prefill 階段你會(huì)看到加速卡的算力利用率SM 占用、Tensor Core 活躍度能跑到比較高的水位而顯存控制器沒(méi)那么忙。還有一點(diǎn)容易被忽略Prefill 階段要一次性寫(xiě)入全量 KV Cache。300 個(gè) token每一層都要存下它們的 Key 和 Value這些數(shù)據(jù)后面 Decode 階段要反復(fù)讀取所以 Prefill 不只是算還是一次大規(guī)模的顯存寫(xiě)操作。這個(gè)寫(xiě)的量級(jí)我在 2.4 節(jié)會(huì)算給你看先記住這個(gè)動(dòng)作的存在。1.2 從第二個(gè) token 開(kāi)始Decode 為什么是一個(gè)繞不開(kāi)的循環(huán)第一個(gè) token 吐出來(lái)之后流程就變了。第二步的輸入只有一個(gè) token上一步生成的那個(gè)但它要跟前面 300 個(gè) token 的 KV 拼在一起做注意力。這里就體現(xiàn)出 KV Cache 的價(jià)值了前面 300 個(gè) token 的 K 和 V 在 Prefill 階段已經(jīng)算好存下來(lái)了Decode 每一步只需要算當(dāng)前這一個(gè) token 的 Q、K、V然后把新 K、V 追加到緩存尾部再用當(dāng)前 Q 去跟全部 301 個(gè)位置做注意力。如果沒(méi)有 KV Cache每一步都要把全部歷史重新算一遍代價(jià)會(huì)大到?jīng)]法用。關(guān)鍵是這個(gè)動(dòng)作要重復(fù)幾百上千次。每生成一個(gè) token你就要把整個(gè)模型的權(quán)重從頭到尾讀一遍但在當(dāng)前這一步里真正參與計(jì)算的新 token 只有一個(gè)。權(quán)重讀了幾十 GB算的卻只是一次矩陣乘向量這就是 Decode 階段的根本矛盾——算力大量閑置帶寬被榨干。你可以把它想象成每次只為了查一個(gè)字就把整本字典從頭翻一遍。字典的內(nèi)容權(quán)重沒(méi)有變翻的動(dòng)作顯存讀取卻是實(shí)打?qū)嵉某杀尽?.3 兩個(gè)階段的本質(zhì)差異用一張表說(shuō)清楚把上面的描述收斂成對(duì)照表后面所有的優(yōu)化手段幾乎都能從這張表里推出來(lái)維度Prefill預(yù)填充Decode解碼輸入形態(tài)長(zhǎng)度 T 的完整序列單 token每步計(jì)算量與 T 成正比線(xiàn)性層 與 T2 成正比注意力每步固定與歷史長(zhǎng)度成正比注意力部分權(quán)重讀取一次前向讀一遍每生成一個(gè) token 讀一遍核心瓶頸算力compute-bound顯存帶寬memory-bound矩陣形態(tài)大 GEMM瘦高矩陣乘胖矩陣GEMV 退化矩陣乘向量KV Cache批量寫(xiě)入逐步追加、全量讀取批處理收益中等主要攤薄權(quán)重讀取極高權(quán)重讀取被 batch 攤薄優(yōu)化重點(diǎn)提高算力利用率、減少無(wú)效計(jì)算提高帶寬利用率、增大有效 batch量化敏感度中注意激活值精度高權(quán)重位寬直接決定速度這張表建議你貼在工位上。后面遇到任何優(yōu)化方案先問(wèn)一句它作用在哪一列答案清楚了方案值不值得試也就清楚了。比如有人跟你說(shuō)把權(quán)重量化到 4bit 能提速一倍你心里應(yīng)該有數(shù)這是沖著右列去的對(duì) Prefill 的收益非常有限甚至可能因?yàn)榉戳炕_(kāi)銷(xiāo)反而變慢。2. 算力賬本為什么 Prefill 吃算力、Decode 吃帶寬2.1 算術(shù)強(qiáng)度一個(gè)能解釋大部分現(xiàn)象的比值要判斷一段計(jì)算是吃算力還是吃帶寬標(biāo)準(zhǔn)工具是算術(shù)強(qiáng)度Arithmetic Intensity定義很簡(jiǎn)單每從顯存里搬一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)能順帶做多少次浮點(diǎn)運(yùn)算。單位是 FLOP/Byte。拿它去和硬件的脊點(diǎn)Ridge Point比脊點(diǎn)等于硬件峰值算力除以峰值帶寬超過(guò)脊點(diǎn)的計(jì)算就是算力受限低于脊點(diǎn)的就是帶寬受限。拿一塊常見(jiàn)的數(shù)據(jù)中心加速卡舉例FP16 稠密算力按 300 TFLOPS 估顯存帶寬按 2000 GB/s 估脊點(diǎn)大約是 150 FLOP/Byte。意思是每搬 1 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)你得做夠 150 次浮點(diǎn)運(yùn)算才算沒(méi)浪費(fèi)這塊卡的算力?，F(xiàn)在看 Prefill。假設(shè) 7B 參數(shù)模型輸入 2048 個(gè) tokenFP16。權(quán)重總量約 13.4 GB只讀一遍計(jì)算量按經(jīng)驗(yàn)公式 2 × 參數(shù)量 × token 數(shù)估2 × 6.7e9 × 2048 ≈ 2.74e13 FLOPs也就是 27.4 TFLOP。算術(shù)強(qiáng)度 2.74e13 / 1.34e10 ≈ 2045 FLOP/Byte。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 150妥妥的算力受限。所以 Prefill 該做的事是把算力榨干而不是省顯存讀取。再看 Decodebatch 1。每生成一個(gè) token權(quán)重還是讀 13.4 GB計(jì)算量只有 2 × 6.7e9 ≈ 1.34e10 FLOPs。算術(shù)強(qiáng)度 1.34e10 / 1.34e10 1 FLOP/Byte。連脊點(diǎn)的百分之一都不到。這就是為什么單請(qǐng)求跑 Decode 的時(shí)候你看顯卡的算力利用率會(huì)低得離譜而顯存帶寬可能已經(jīng)跑滿(mǎn)。這組數(shù)字帶來(lái)的直覺(jué)是Decode 階段要提升吞吐唯一的出路是把 batch 做大讓同一份權(quán)重讀取服務(wù)多個(gè)請(qǐng)求把算術(shù)強(qiáng)度拉回來(lái)。batch 16 時(shí)算術(shù)強(qiáng)度能到 16雖然離脊點(diǎn)還遠(yuǎn)但吞吐已經(jīng)是 batch 1 的十幾倍了。2.2 Prefill 的 FLOPs 拆解線(xiàn)性層和注意力各占多少很多人以為 Prefill 的耗時(shí)大頭永遠(yuǎn)是注意力這個(gè)認(rèn)知在短上下文下是錯(cuò)的在長(zhǎng)上下文下才對(duì)。我們把 2.74 TFLOP 拆開(kāi)看。線(xiàn)性層部分QKV 投影、輸出投影、FFN 的兩層總共接近 2 × 參數(shù)量 × T就是上面算的 27.4 TFLOP 里的大頭。注意力部分單獨(dú)算QK^T 的乘加是 2 × T2 × d加權(quán)求和 AV 也是 2 × T2 × d兩層注意力矩陣乘加起來(lái) 4 × T2 × d再乘層數(shù) L。代入 T 2048、d 4096、L 324 × 20482 × 4096 × 32 ≈ 2.2e12也就是 2.2 TFLOP。占比約 8%。但注意力是平方增長(zhǎng)的線(xiàn)性層是線(xiàn)性增長(zhǎng)的。把 T 拉到 8192注意力部分乘 16 變成 35 TFLOP線(xiàn)性層只乘 4 變成 110 TFLOP注意力占比升到 24%。再拉到 32768注意力變成 560 TFLOP線(xiàn)性層 440 TFLOP注意力占比過(guò)半。這份賬解釋了為什么同一個(gè)服務(wù)短 prompt 場(chǎng)景跑得好好的一接長(zhǎng)文檔場(chǎng)景就崩。不是你的框架不行是計(jì)算結(jié)構(gòu)變了原來(lái)可以忽略的那一項(xiàng)變成主項(xiàng)了。對(duì)應(yīng)的優(yōu)化手段也就不一樣短上下文該優(yōu)化 GEMM 的分塊和融合長(zhǎng)上下文得先想辦法把注意力的平方項(xiàng)壓下去。2.3 Decode 的訪存賬本單卡吞吐的理論上限D(zhuǎn)ecode 每一步要讀什么權(quán)重 13.4 GB加上當(dāng)前上下文的 KV Cache。上下文 2048 時(shí)KV Cache 大小在 1 GB 量級(jí)算法見(jiàn)下節(jié)總計(jì)約 14.4 GB。顯存帶寬 2000 GB/s理論耗時(shí) 14.4 / 2000 ≈ 7.2 毫秒換算成單請(qǐng)求速度約 139 token/s。這是理論天花板實(shí)際因?yàn)榱魉€(xiàn)氣泡、kernel 啟動(dòng)開(kāi)銷(xiāo)、帶寬利用率達(dá)不到 100%通常是這個(gè)數(shù)字的三分之一到二分之一也就是 40 到 70 token/s。你線(xiàn)上看到的單請(qǐng)求解碼速度基本就在這個(gè)區(qū)間。再看 batch 16。權(quán)重還是讀 13.4 GB但 KV 變成 16 × 1 GB 16 GB總計(jì) 29.4 GB耗時(shí) 14.7 毫秒。注意這 14.7 毫秒里16 個(gè)請(qǐng)求各自都推進(jìn)了一個(gè) token所以吞吐是 16 / 0.0147 ≈ 1088 token/s是單請(qǐng)求的 7.8 倍。這就是連續(xù)批處理的價(jià)值所在。順便說(shuō)個(gè)反直覺(jué)的現(xiàn)象batch 增大時(shí)單個(gè)請(qǐng)求的 TPOT每 token 延遲實(shí)際上是變差的。batch 1 時(shí) 7.2 msbatch 16 時(shí)每個(gè)請(qǐng)求還是要等 14.7 ms 才拿到自己的那個(gè) token。吞吐和延遲在 Decode 階段是明確的 trade-off不是雙贏。這一點(diǎn)在 4.1 節(jié)還要展開(kāi)。2.4 KV Cache 的顯存賬被大多數(shù)人低估的那部分KV Cache 到底多大公式是每 token 每層存一對(duì) K 和 V每個(gè)張量的元素?cái)?shù)是 n_kv_heads × head_dim數(shù)據(jù)類(lèi)型 FP16 占 2 字節(jié)。所以每 token 大小 2K 和 V× n_kv_heads × head_dim × 2 字節(jié) × 層數(shù)以 32 層、32 個(gè) KV 頭、head_dim 128 的模型為例2 × 32 × 128 × 2 × 32 524288 字節(jié)正好 512 KB/token。2048 個(gè) token 就是 1 GB8192 個(gè) token 就是 4 GB32768 token 就是 16 GB已經(jīng)超過(guò)模型權(quán)重本身了。如果模型用了分組查詢(xún)注意力GQA把 KV 頭從 32 組減到 8 組每 token 直接降到 128 KB同樣的顯存能撐四倍上下文。這是現(xiàn)在主流模型幾乎都上 GQA 的核心原因省的不是算力是 KV Cache。做容量規(guī)劃時(shí)可以這樣估一塊 80 GB 顯存的卡模型權(quán)重 13.4 GB留給 KV 的按 60 GB 算還要留激活值和臨時(shí)緩沖區(qū)如果每 token 128 KB能裝下約 46 萬(wàn)個(gè) token 的總量。這個(gè)總量是所有并發(fā)請(qǐng)求共享的8 個(gè)并發(fā)各 8192 上下文就用掉 65 萬(wàn)個(gè) token直接爆。這就是為什么長(zhǎng)上下文并發(fā)一高就 OOM而單純把 batch 調(diào)小只是把問(wèn)題往后推。3. 算子視角從 GEMM 到 GEMV 的性能落差3.1 Prefill 階段是大矩陣乘的堆疊Prefill 里最主要的計(jì)算形態(tài)是 GEMM通用矩陣乘。以 FFN 層為例輸入是一個(gè) [T, d] 的矩陣權(quán)重是 [d, 4d] 的矩陣輸出 [T, 4d]。T 動(dòng)輒幾百上千兩個(gè)維度都足夠大GPU 的 Tensor Core 可以做很好的分塊數(shù)據(jù)復(fù)用率高算力能跑到峰值的相當(dāng)比例。QKV 投影同理輸入 [T, d] 乘權(quán)重 [d, 3d]也是大 GEMM。這類(lèi)計(jì)算的優(yōu)化方向很成熟算子融合把 QKV 三個(gè)投影合成一個(gè)、分塊大小調(diào)優(yōu)、用更寬的累加精度。你去看推理框架的日志Prefill 階段耗時(shí)基本都花在少數(shù)幾個(gè)大 kernel 上每個(gè) kernel 的耗時(shí)是可以預(yù)測(cè)的優(yōu)化空間主要在于減少 kernel 數(shù)量和減少中間結(jié)果的顯存往返。3.2 Decode 階段退化成矩陣乘向量Decode 的輸入只有一個(gè) token也就是 [1, d] 的向量去乘 [d, 4d] 的權(quán)重矩陣。這在形態(tài)上叫 GEMV矩陣乘向量。問(wèn)題是 GEMV 的訪存模式極不友好權(quán)重的每一行只用一次沒(méi)有任何復(fù)用相當(dāng)于純粹把權(quán)重從顯存搬到計(jì)算單元搬完就扔。這在 GPU 上是最浪費(fèi)的場(chǎng)景之一。這也是為什么很多框架在 Decode 階段會(huì)做批量化 GEMV把 batch 個(gè)請(qǐng)求的向量拼成 [B, d]退化成一個(gè)小 GEMM。B 越大越接近 GEMM 的效率。但 B 受限于顯存和延遲要求實(shí)際很難做大通常在 8 到 64 之間徘徊。還有一個(gè)經(jīng)常被忽視的成本kernel 啟動(dòng)開(kāi)銷(xiāo)。Decode 每生成一個(gè) token都要走完全部層幾十個(gè) kernel 挨個(gè)啟動(dòng)。如果每個(gè) kernel 只有幾十微秒啟動(dòng)開(kāi)銷(xiāo)和調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)的占比就很可觀了。所以 Decode 階段特別吃算子融合和CUDA Graph 捕獲這類(lèi)手段把整段前向固化成一張圖一次性提交能省掉大量 CPU 側(cè)的調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)。這一點(diǎn)在 batch 小的時(shí)候尤其明顯我自己實(shí)測(cè)過(guò)只加圖捕獲這一項(xiàng)小 batch 場(chǎng)景的 TPOT 能降一到兩成。3.3 注意力部分兩種截然不同的數(shù)據(jù)流動(dòng)Prefill 的注意力是一整塊下三角的因果掩碼矩陣。T 個(gè) query 對(duì) T 個(gè) key 做注意力掩碼保證每個(gè)位置只能看到自己和前面。這個(gè)形態(tài)適合做分塊計(jì)算把一個(gè) T×T 的大矩陣切成小塊只算下三角部分跳過(guò)被掩碼的上三角。分塊注意力的核心思路就是避免把整個(gè) T×T 的注意力分?jǐn)?shù)矩陣物化到顯存里——那個(gè)矩陣在 T 8192 時(shí)是 81922 × 2 字節(jié) ≈ 128 MB 每頭每層物化出來(lái)直接爆。Decode 的注意力則簡(jiǎn)單得多當(dāng)前這一個(gè) query對(duì)長(zhǎng)度為 L 的全部 key 做注意力。分?jǐn)?shù)向量長(zhǎng)度是 L不涉及平方項(xiàng)。但它是純讀取操作——要把 KV Cache 里 L 個(gè)位置的數(shù)據(jù)全讀一遍。上下文 2048 時(shí)讀 1 GB耗時(shí) 0.5 ms看著不多上下文 32768 時(shí)讀 16 GB耗時(shí) 8 ms已經(jīng)超過(guò)讀權(quán)重的 6.7 ms 了。這時(shí)候 Decode 的瓶頸從權(quán)重帶寬變成了KV 帶寬。這就是長(zhǎng)上下文解碼慢的底層原因不是模型變復(fù)雜了是每步要搬的數(shù)據(jù)變多了。對(duì)應(yīng)的手段有 GQA直接減少 KV 體積、KV 量化FP16 降到 INT8體積減半、稀疏注意力只讀部分 KV、以及滑動(dòng)窗口限制窗口大小老 KV 直接丟棄。每一樣都是在拿精度或能力換速度沒(méi)有免費(fèi)的午餐。3.4 分頁(yè)式 KV 管理與前綴復(fù)用傳統(tǒng)做法是給每個(gè)請(qǐng)求預(yù)分配一塊連續(xù)的顯存放 KV長(zhǎng)度按最大可能值留實(shí)際用不完也不給別人。這會(huì)造成嚴(yán)重的內(nèi)部碎片——一個(gè)請(qǐng)求只要 200 token你按 8192 預(yù)留剩下 7992 的空位全浪費(fèi)了。當(dāng)并發(fā)上來(lái)顯存被一堆半空的塊占滿(mǎn)明明還有余量卻接不了新請(qǐng)求。分頁(yè)式管理借鑒了操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存思路把 KV Cache 切成固定大小的塊比如每塊存 16 個(gè) token 的 KV按需分配不要求物理連續(xù)用一張映射表記錄邏輯位置到物理塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系。好處有三個(gè)碎片幾乎消失顯存利用率能到 90% 以上請(qǐng)求長(zhǎng)度可以動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)不用預(yù)留最重要的是塊可以共享。塊共享這點(diǎn)衍生出一個(gè)非常實(shí)用的功能前綴緩存。很多線(xiàn)上場(chǎng)景的 prompt 有大量相同前綴比如固定的系統(tǒng)提示詞、固定的知識(shí)庫(kù)文檔頭。這些前綴算出來(lái)的 KV 完全一樣沒(méi)必要每個(gè)請(qǐng)求都重算一遍。分頁(yè)管理下只要把相同前綴的塊標(biāo)成共享后續(xù)請(qǐng)求直接跳過(guò)這部分 Prefill只算新增的部分。我在一個(gè)客服類(lèi)場(chǎng)景里試過(guò)系統(tǒng)提示詞加固定說(shuō)明有 1500 token命中前綴緩存后首 token 延遲從 600 ms 降到 180 ms效果立竿見(jiàn)影。注意前綴緩存的前提是前綴逐 token 完全一致差一個(gè)字符都會(huì)失效。實(shí)際落地時(shí)要把動(dòng)態(tài)內(nèi)容時(shí)間戳、用戶(hù)名挪到 prompt 末尾否則命中率會(huì)低得讓你懷疑人生。4. 工程實(shí)踐把兩階段調(diào)順手的幾個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作4.1 首 token 延遲與單 token 延遲的取舍衡量推理服務(wù)質(zhì)量?jī)蓚€(gè)核心指標(biāo)必須分開(kāi)看TTFTTime To First Token首 token 延遲主要由 Prefill 決定加上排隊(duì)時(shí)間TPOTTime Per Output Token每 token 延遲主要由 Decode 決定加上調(diào)度間隔。用戶(hù)體感上TTFT 決定點(diǎn)完之后多久有反應(yīng)TPOT 決定吐字流不流暢。這兩個(gè)指標(biāo)是互相打架的。你真要壓低 TTFT就得讓 Prefill 優(yōu)先跑把 Decode 請(qǐng)求掛起等著Preill 一跑就是幾十上百毫秒這期間所有正在解碼的請(qǐng)求全都停頓用戶(hù)看到的就是打字機(jī)卡住。反過(guò)來(lái)你為了保證 TPOT 平穩(wěn)就得限制 Prefill 的頻率和批量TTFT 自然上去。我的經(jīng)驗(yàn)是做分檔交互式場(chǎng)景聊天、助手優(yōu)先保 TPOT把 Prefill 切碎混進(jìn) Decode 的批里TTFT 允許 300 到 800 ms批處理場(chǎng)景文檔摘要、批量翻譯優(yōu)先保吞吐Prefill 可以大批量跑滿(mǎn)TTFT 到幾秒也無(wú)所謂。這兩類(lèi)流量最好在入口就做好路由別混在一個(gè)池子里否則兩邊的指標(biāo)都會(huì)難看。4.2 分塊預(yù)填充讓長(zhǎng) prompt 不再堵車(chē)分塊預(yù)填充Chunked Prefill是我認(rèn)為性?xún)r(jià)比最高的一個(gè)改動(dòng)。做法很簡(jiǎn)單把一個(gè)長(zhǎng) prompt 的 Prefill 拆成若干塊比如每塊 512 個(gè) token然后每一輪調(diào)度時(shí)把一塊 Prefill 和當(dāng)前所有 Decode 請(qǐng)求拼成一個(gè)混合批一起跑一次前向。這樣做的效果是把原來(lái)一次獨(dú)占式的大 Prefill變成多次小塊 Prefill代價(jià)是 TTFT 稍微變長(zhǎng)因?yàn)榉至藥纵喪找媸?Decode 請(qǐng)求幾乎感受不到停頓TPOT 曲線(xiàn)會(huì)變得平滑。對(duì)于那些既要處理長(zhǎng)文檔又要同時(shí)服務(wù)多個(gè)短對(duì)話(huà)的服務(wù)這個(gè)改動(dòng)能直接把尾延遲壓下去一大截。參數(shù)選擇上有講究塊太小調(diào)度次數(shù)變多每次的固定開(kāi)銷(xiāo)占比上升整體吞吐下降塊太大Decode 被擠占的時(shí)間變長(zhǎng)TPOT 抖動(dòng)回來(lái)了。我的經(jīng)驗(yàn)是從 512 開(kāi)始試觀察 TPOT 的 P99 和整體吞吐如果 P99 抖得厲害就往下調(diào)到 256如果吞吐掉得多就往上調(diào)到 1024。這個(gè)值和硬件、模型大小強(qiáng)相關(guān)沒(méi)有一個(gè)通用最優(yōu)解。4.3 連續(xù)批處理與顯存水位控制連續(xù)批處理Continuous Batching解決的是一個(gè)批里最快的請(qǐng)求要等最慢的這個(gè)浪費(fèi)問(wèn)題。傳統(tǒng)靜態(tài)批處理一批里 8 個(gè)請(qǐng)求7 個(gè)已經(jīng)生成完了在等第 8 個(gè)這 7 個(gè)占著顯存不干活。連續(xù)批處理的做法是每生成一步就檢查一次誰(shuí)結(jié)束了立刻踢出去空出來(lái)的位置馬上塞新請(qǐng)求進(jìn)來(lái)。這個(gè)機(jī)制對(duì) Decode 階段意義巨大因?yàn)?Decode 的每一步是一個(gè)天然的調(diào)度點(diǎn)。但要注意一個(gè)細(xì)節(jié)新請(qǐng)求進(jìn)來(lái)通常先要跑 Prefill如果它一進(jìn)來(lái)就獨(dú)占正在解碼的請(qǐng)求又要停。所以連續(xù)批處理必須和分塊預(yù)填充配合使用否則等于把堵車(chē)點(diǎn)從入口挪到了中途。顯存水位控制是配套的另一個(gè)動(dòng)作。引擎一般會(huì)設(shè)一個(gè)閾值比如顯存占用的 90%超過(guò)就拒絕新請(qǐng)求或者排隊(duì)。這個(gè)閾值不能設(shè)太滿(mǎn)因?yàn)?Prefill 的激活值峰值比 Decode 高很多——處理一個(gè) 8192 token 的 Prefill中間激活值可能要吃幾 GB如果你按 Decode 的用量把顯存占到 95%一個(gè)長(zhǎng) prompt 進(jìn)來(lái)直接 OOM。我一般留 10% 到 15% 的余量并且對(duì)超過(guò)某個(gè)長(zhǎng)度的 prompt 單獨(dú)做限流。4.4 量化與推測(cè)解碼分別作用在哪一段量化怎么影響這兩個(gè)階段值得單獨(dú)說(shuō)因?yàn)楹芏嗳肆炕臧l(fā)現(xiàn)沒(méi)提速以為是量化沒(méi)用其實(shí)是作用錯(cuò)了地方。權(quán)重量化比如 4bit、8bit 只量化權(quán)重激活值還是 FP16主要收益在 Decode。因?yàn)?Decode 是帶寬受限權(quán)重從 16bit 降到 8bit讀取量直接減半速度理論上接近翻倍實(shí)測(cè)常見(jiàn) 1.4 到 1.8 倍。而 Prefill 是算力受限權(quán)重量化省下的帶寬它用不上反而要額外做反量化可能還慢一點(diǎn)。權(quán)重加激活全量化W8A8才有可能同時(shí)惠及 Prefill因?yàn)榧せ钜沧兂傻途群缶仃嚦丝梢杂玫途鹊?Tensor Core算力翻倍。但這條路對(duì)精度的影響要仔細(xì)評(píng)估特別是激活值的離群點(diǎn)問(wèn)題很多模型直接上 W8A8 會(huì)掉點(diǎn)得厲害需要配合平滑或裁剪手段。推測(cè)解碼Speculative Decoding是另一個(gè)思路用一個(gè)小模型快速草擬幾個(gè) token再用大模型一次性并行驗(yàn)證。它本質(zhì)上是把 Decode 的多個(gè)串行步驟轉(zhuǎn)化成一次 Prefill 形態(tài)的并行驗(yàn)證——因?yàn)轵?yàn)證階段可以把 k 個(gè)候選 token 當(dāng)成一個(gè)長(zhǎng)度為 k 的序列一次性過(guò)模型這正好是 Prefill 的形態(tài)。所以推測(cè)解碼特別適合 Decode 帶寬打滿(mǎn)、算力閑置的場(chǎng)景能把閑置的算力利用起來(lái)。代價(jià)是要多一份小模型的權(quán)重顯存并且在草稿命中率低的時(shí)候收益歸零。4.5 一套可復(fù)現(xiàn)的壓測(cè)方法調(diào)參不能靠感覺(jué)得有一套能量化 TTFT 和 TPOT 的壓測(cè)。下面這段是我常用的骨架思路是流式接收、記錄首塊到達(dá)時(shí)間和總耗時(shí)然后取中位數(shù)和 P99 看穩(wěn)定性import time import statistics def bench_one(client, prompt, max_new_tokens128): t0 time.perf_counter() ttft None n_tokens 0 for chunk in client.stream(prompt, max_tokensmax_new_tokens): now time.perf_counter() if ttft is None: ttft now - t0 # 首塊到達(dá) n_tokens 1 total time.perf_counter() - t0 # 減去 TTFT 得到純解碼耗時(shí)再除以生成的 token 數(shù) tpot (total - ttft) / max(n_tokens - 1, 1) return ttft, tpot def bench(client, prompt, runs30): ttfts, tpots [], [] for _ in range(runs): a, b bench_one(client, prompt) ttfts.append(a) tpots.append(b) ttfts.sort(); tpots.sort() p99 lambda xs: xs[int(len(xs) * 0.99) - 1] return { ttft_median: statistics.median(ttfts), ttft_p99: p99(ttfts), tpot_median: statistics.median(tpots), tpot_p99: p99(tpots), }壓測(cè)時(shí)有幾個(gè)細(xì)節(jié)必須控制住否則數(shù)據(jù)沒(méi)有可比性。第一固定輸入長(zhǎng)度和輸出長(zhǎng)度別讓模型自由發(fā)揮不然每次生成的 token 數(shù)不同TPOT 沒(méi)法比。第二并發(fā)梯度測(cè)試從 1 并發(fā)測(cè)到目標(biāo)并發(fā)每一檔都記錄你會(huì)看到一條清晰的曲線(xiàn)并發(fā)上升吞吐先漲后平TTFT 和 TPOT 單調(diào)上升拐點(diǎn)就是這套配置的合理水位。第三區(qū)分冷啟動(dòng)和熱態(tài)第一次請(qǐng)求要加載權(quán)重、要編譯圖數(shù)據(jù)不能用。還有一點(diǎn)壓測(cè)客戶(hù)端本身別成為瓶頸。Python 的同步 HTTP 客戶(hù)端在高并發(fā)下會(huì)被 GIL 和連接管理拖垮測(cè)出來(lái)的延遲里有一大半是客戶(hù)端自己的開(kāi)銷(xiāo)。并發(fā)超過(guò)幾十就要用異步客戶(hù)端或者多進(jìn)程壓我吃過(guò)這個(gè)虧一度以為服務(wù)端有問(wèn)題查了兩天才發(fā)現(xiàn)是壓測(cè)腳本自己在排隊(duì)。5. 問(wèn)題排查實(shí)錄那些監(jiān)控看不出原因的卡頓5.1 癥狀速查表線(xiàn)上一旦出現(xiàn)延遲異常先對(duì)照這張表定位能省掉大量瞎猜的時(shí)間癥狀大概率原因優(yōu)先檢查項(xiàng)TTFT 高但 TPOT 正常Prefill 排隊(duì)、批太大、前綴緩存沒(méi)命中排隊(duì)深度、Prefill 批大小、緩存命中率TTFT 正常但 TPOT 抖動(dòng)Prefill 搶占、塊大小設(shè)置不當(dāng)分塊預(yù)填充是否開(kāi)啟、塊大小TTFT 和 TPOT 同時(shí)劣化顯存接近上限、觸發(fā)換頁(yè)或拒絕顯存水位、KV 塊分配失敗率長(zhǎng) prompt 直接超時(shí)激活值峰值 OOM、單請(qǐng)求限流最大輸入長(zhǎng)度限制、顯存余量并發(fā)上不去但顯存沒(méi)滿(mǎn)KV 碎片、塊分配器配置過(guò)小塊大小、可用塊數(shù)量量化后吞吐沒(méi)變化量化只作用在權(quán)重瓶頸在算力側(cè)是 Prefill 還是 Decode 慢單請(qǐng)求快、多請(qǐng)求慢批處理未生效或 batch 上限太低連續(xù)批處理開(kāi)關(guān)、最大批大小首字很快但中途卡住KV 緩存被回收、請(qǐng)求被搶占重算搶占策略、優(yōu)先級(jí)配置這張表不是窮舉但覆蓋了我遇到過(guò)的大部分情況。用法是從左列找最像的然后按右列逐項(xiàng)排除通常兩三輪就能定位。5.2 幾個(gè)反直覺(jué)的坑第一個(gè)坑加大 batch 不一定提升吞吐。很多人看到吞吐不夠就把最大批大小往大了調(diào)結(jié)果發(fā)現(xiàn)吞吐反而降了。原因是 batch 大到一定程度后KV Cache 的讀取量超過(guò)了權(quán)重讀取量邊際收益遞減更糟的是顯存接近上限塊分配失敗率上升觸發(fā)請(qǐng)求搶占和重算實(shí)際干了雙份活。我一般的做法是找到那條吞吐曲線(xiàn)的平臺(tái)段停在平臺(tái)的 80% 位置留出余量應(yīng)對(duì)突發(fā)。第二個(gè)坑Prefill 的耗時(shí)不是線(xiàn)性的。有人按每 token 均攤?cè)ス浪阌X(jué)得 4096 token 的 prompt 應(yīng)該是 2048 的兩倍耗時(shí)。實(shí)際不是因?yàn)樽⒁饬Φ钠椒巾?xiàng)在長(zhǎng)上下文下占比上升4096 的 Prefill 耗時(shí)可能是 2048 的兩倍半甚至三倍。做容量規(guī)劃時(shí)一定要按實(shí)際長(zhǎng)度壓測(cè)別用線(xiàn)性外推。第三個(gè)坑流式輸出的第一個(gè)塊不一定是真首 token。有些客戶(hù)端或網(wǎng)關(guān)會(huì)先發(fā)一個(gè)空的心跳塊或者角色聲明塊你在客戶(hù)端計(jì)時(shí)會(huì)把這段時(shí)間算進(jìn) TTFT測(cè)出來(lái)的數(shù)字比服務(wù)端真實(shí)值高出一截。排查時(shí)要在服務(wù)端也埋一份計(jì)時(shí)兩邊對(duì)不上就說(shuō)明中間有額外緩沖。這個(gè)問(wèn)題很隱蔽因?yàn)榍€(xiàn)看起來(lái)只是TTFT 偏高你會(huì)一直往服務(wù)端查。第四個(gè)坑KV Cache 量化之后長(zhǎng)上下文的精度下降比短上下文明顯得多。因?yàn)?KV 量化誤差會(huì)隨著讀取的位置數(shù)量累積上下文越長(zhǎng)注意力加權(quán)時(shí)引入的偏差越大。短問(wèn)答場(chǎng)景測(cè)不出問(wèn)題一上長(zhǎng)文檔就發(fā)現(xiàn)模型開(kāi)始記不住前面的內(nèi)容。要做 KV 量化必須用長(zhǎng)上下文任務(wù)做驗(yàn)證不能只跑短 prompt 的評(píng)測(cè)集。第五個(gè)坑多卡張量并行的通信開(kāi)銷(xiāo)在 Decode 階段占比極高。張量并行把每一層的矩陣乘切到多卡上每層要做兩次全歸約。Prefill 階段計(jì)算量大通信能被掩蓋Decode 階段每層的計(jì)算只有幾十微秒通信延遲直接暴露出來(lái)。所以你會(huì)看到 4 卡部署的 Prefill 快了 3 倍多Decode 只快了 1.5 倍。小模型做 Decode 尤其不劃算寧可單卡多實(shí)例。最后分享一個(gè)我覺(jué)得最實(shí)用的觀察方式把 TTFT 和 TPOT 畫(huà)成兩條隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)疊上并發(fā)數(shù)。正常情況下三條線(xiàn)的形狀應(yīng)該是同步的——并發(fā)漲、兩條延遲漲、并發(fā)落、延遲落。如果是 TTFT 跟著并發(fā)漲但 TPOT 是平的問(wèn)題在入口調(diào)度如果 TPOT 出現(xiàn)周期性尖峰而并發(fā)沒(méi)變多半是分塊預(yù)填充的塊太大或者在跑定期任務(wù)如果兩條線(xiàn)一起抖且幅度很大去看顯存水位十有八九是塊分配器在掙扎。這套看圖方法比翻日志快得多尤其是在你沒(méi)時(shí)間深挖的時(shí)候能讓你在幾分鐘內(nèi)把范圍縮到一兩個(gè)模塊。