揭秘大语言模型实践:分布式推理的工程化落地才是关键!
大模型落地的首选方案
随着 3 月 15 日 OpenAI 重磅发布了 GPT4,其在司法考试、程序编程上的惊艳表现,将大家对大模型的热情推向了顶点,人们纷纷讨论是否我们已经进入到通用人工智能的时代。与此同时,基于大语言模型的应用也如雨后春笋出现在大家面前,其在协同办公、客服对话、语言翻译、内容生成等方面的使用均来带了前所未有的畅快体验。
在我们享受大语言模型带来的普惠 AI 能力时,它也给开发者带来了前所未有的挑战。GPT3 模型具有 1750 亿参数量,即使是针对学术界和初级用户的 Alpaca 也具有 70 亿的参数量,因此单机多卡的分布式推理便成为了大模型落地方案的不二选择。
本文将以 Bloom7B1 模型为样例,分享在阿里云容器服务 ACK 上,进行大语言模型分布式推理的具体实践。
大模型分布式推理的关键
随着越来越多的大语言模型发布,其中也有很多表现优秀的开源大语言模型能让大家体验,人们通过已有的大语言模型构建自己的应用也不再遥不可及。然而,与以往的模型不同,单张 GPU 卡的显存可能不足以支撑大语言模型。因此,需要使用模型并行技术,将大语言模型进行切分后,在多张 GPU 卡上进行推理。在本文中,我们使用 DeepSpeed Inference 来部署大语言模型分布式推理服务。
DeepSpeed Inference 是 Microsoft 提供的分布式推理解决方案,能够很好的支持 transformer 类型的大语言模型。DeepSpeed Inference 提供了模型并行能力,在多 GPU 上对大模型并行推理。通过张量并行技术同时利用多个 GPU,提高推理性能。DeepSpeed 还提供了优化过的推理定制内核来提高 GPU 资源利用率,降低推理延迟。详细信息可参考DeepSpeed Inference [3]。
有了大模型分布式推理方案,然而想要在 Kubernetes 集群中高效部署大模型推理服务,还存在很多工程化挑战,比如大规模的 GPU 等异构资源如何高效地管理运维和自动调度?如何快速部署推理服务,服务上线后如何保证资源能够应对波动的访问量?以及没有适合的工具进行推理服务时延、吞吐、GPU 利用率、显存占用等关键指标监控,没有合理的模型切分方案,模型版本管理等。
本文使用阿里云容器服务 ACK 云原生 AI 套件进行 DeepSpeed 分布式推理的实践,可以轻松管理大规模异构资源,精细化的 GPU 调度策略和丰富的 GPU 监控告警能力,使用 Arena 快速提交和管理可弹性伸缩的推理服务,以及服务化运维等。
本例中会使用以下组件:
Arena:Arena 是基于 Kubernetes 的机器学习轻量级解决方案,支持数据准备、模型开发,模型训练、模型预测的完整生命周期,提升数据科学家工作效率。同时和阿里云的基础云服务深度集成,支持 GPU 共享、CPFS 等服务,可以运行阿里云优化的深度学习框架,最大化使用阿里云异构设备的性能和成本的效益。更多 arena 信息,可以参考云原生 AI 套件开发者使用指南 [1]。
Ingress:在 Kubernetes 集群中,Ingress 作为集群内服务对外暴露的访问接入点,其几乎承载着集群内服务访问的所有流量。Ingress 是 Kubernetes 中的一个资源对象,用来管理集群外部访问集群内部服务的方式。您可以通过 Ingress 资源来配置不同的转发规则,从而达到根据不同的规则设置访问集群内不同的 Service 所对应的后端 Pod。更多 Ingress 信息,可以参考 Ingress 概述 [2]。
DeepSpeed Inference:是 Microsoft 提供的分布式推理解决方案,提供了对 GPT、BLOOM 等 LLM 模型的分布式推理优化,具体可参考 DeepSpeed Inference [3]。
下列示例中,我们通过 Arena 在 Kubernetes 集群中部署了基于 Bloom 7B1 模型的单机多卡分布式推理服务,使用 DJLServing 作为模型服务框架。DJLServing 是由 Deep Java Library (DJL) 提供支持的高性能通用模型服务解决方案,能直接支持 DeepSpeed Inference,通过 HTTP 提供大模型推理服务,详细信息可参考 DJLServing [4]。使用 Arena 提交推理任务,在 Kubernetes 中使用 Deployment 部署推理服务,从共享存储 OSS 中加载模型和配置文件,通过 Service 暴露服务,为推理服务提供弹性伸缩、GPU 共享调度、性能监控、成本分析与优化等功能,降低您的运维成本。
创建包含 GPU 的 Kubernetes 集群 [5]
安装云原生 AI 套件 [6]
接下来演示如何使用 Arena 命令行工具,在 ACK 容器服务中提交一个 Bloom7B1 模型的单机多卡分布式推理任务,并配置 Ingress 来进行服务访问。
模型配置中包括了两个方面的内容:
配置文件,对应本例中的 serving.properties 文件,里面描述了模型配置的相关信息。这里重点关注两个参数:
tensor_parallel_degree:用于指定 tensor parallel 的 size,本例中设置为 2,也就是使用 2 张 GPU 卡进行分布式推理;
model_id:为模型的名称,huggingface 中 model 的名称,也可以是 download 后的模型地址;本例样例中,会将 bloom7B1 模型下载到 OSS 中,并通过 PVC 的形式挂载到容器内,因此这里会指定 OSS 的地址。
推理逻辑文件,用于完成模型的加载和 request 的处理,具体如下:
get_model 函数:先进行 model 和分词器的加载,然后将 model 通过 deepspeed.init_inference 转换为具有分布式推理能力的 model,最后通过新生成的 model 来构建推理 pipeline;
handle 函数:通过调用 get_model 函数中生成的 pipeline 来完成 tokenize,forward 和 detokenize 流程。
serving.properties 内容如下
这里的 model_id 指定为 pvc 挂载后的容器内地址;如果没有提前 download 模型到本地,可以指定为 bigscience/bloom-7b1,程序会执行自动下载(模型文件一共 15G 作业)
engine=DeepSpeed
option.parallel_loading=true
option.tensor_parallel_degree=2
option.model_loading_timeout=600
option.model_id=model/LLM/bloom-7b1/deepspeed/bloom-7b1
option.data_type=fp16
option.max_new_tokens=100
model.py 内容如下:
mport os
import torch
from typing import Optional
import deepspeed
import logging
logging.basicConfig(format='[%(asctime)s] %(filename)s %(funcName)s():%(lineno)i [%(levelname)s] %(message)s', level=logging.DEBUG)
from djl_python.inputs import Input
from djl_python.outputs import Output
from transformers import pipeline, AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer
predictor = None
def get_model(properties: dict):
model_dir = properties.get("model_dir")
model_id = properties.get("model_id")
mp_size = int(properties.get("tensor_parallel_degree", "2"))
local_rank = int(os.getenv('OMPI_COMM_WORLD_LOCAL_RANK', '0'))
logging.info(f"process [{os.getpid()} rank is [{local_rank}]]")
if not model_id:
model_id = model_dir
logging.info(f"rank[{local_rank}] start load model")
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_id)
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)
logging.info(f"rank[{local_rank}] success load model")
model = deepspeed.init_inference(model,
mp_size=mp_size,
dtype=torch.float16,
replace_method='auto',
replace_with_kernel_inject=True)
logging.info(f"rank[{local_rank}] success to convert model to deepspeed kernel")
return pipeline(task='text-generation',
model=model,
tokenizer=tokenizer,
device=local_rank)
def handle(inputs: Input) -> Optional[Output]:
global predictor
if not predictor:
predictor = get_model(inputs.get_properties())
if inputs.is_empty():
# Model server makes an empty call to warmup the model on startup
return None
data = inputs.get_as_string()
output = Output()
output.add_property("content-type", "application/json")
result = predictor(data, do_sample=True, max_new_tokens=50)
return output.add(result)
分别将 serving.properties、model.py 和模型文件(可选)上传到 OSS 上。具体操作,请参见控制台上传文件[7]。
上传到 OSS 之后,分别创建名称为 bloom7b1-pv 和 bloom7b1-pvc 的 PV 和 PVC,以用于推理服务的容器挂载。具体操作,请参见使用 OSS 静态存储卷 [8]。
将配置文件信息放入 PVC 中,可通过下列 arena 命令启动推理服务。
--gpus:设置为 2,表示需要使用 2 张 GPU 卡进行分布式推理
--data:bloom7b1-pvc 为上一步创建的 pvc,/model 为 pvc 挂载到容器中的路径
arena serve custom \
--name=bloom7b1-deepspeed \
--gpus=2 \
--version=alpha \
--replicas=1 \
--restful-port=8080 \
--data=bloom7b1-pvc:/model \
--image=ai-studio-registry-vpc.cn-beijing.cr.aliyuncs.com/kube-ai/djl-serving:2023-05-19 \
"djl-serving -m "
查看任务运行情况。
$ kubectl get pod | grep bloom7b1-deepspeed-alpha-custom-serving
bloom7b1-deepspeed-alpha-custom-serving-766467967d-j8l2l 1/1 Running 0 8s
# 查看启动日志
kubectl logs bloom7b1-deepspeed-alpha-custom-serving-766467967d-j8l2l -f
服务启动日志如下,通过日志我们可以看到:
使用的 tensor parallel size 为 2 的分布式并行进行推理
服务中启动了 process id 为 92 和 93 的两个进程,rank id 分别为 0 和 1
rank0 和 rank0 会同时进行 kernel 的转换和模型的加载,以实现分布式推理的任务
INFO ModelServer Starting model server ...
INFO ModelServer Starting djl-serving: 0.23.0-SNAPSHOT ...
INFO ModelServer
INFO PyModel Loading model in MPI mode with TP: 2.
INFO PyProcess [1,0]<stdout>:process [92 rank is [0]]
INFO PyProcess [1,0]<stdout>:rank[0] start load model
INFO PyProcess [1,1]<stdout>:process [93 rank is [1]]
INFO PyProcess [1,1]<stdout>:rank[1] start load model
INFO PyProcess [1,0]<stdout>:rank[0] success to convert model to deepspeed kernel
INFO PyProcess [1,1]<stdout>:rank[1] success to convert model to deepspeed kernel
INFO PyProcess [1,0]<stdout>:rank[0] success load model
INFO PyProcess [1,1]<stdout>:rank[1] success load model
INFO PyProcess Model [deepspeed] initialized.
INFO PyProcess Model [deepspeed] initialized.
INFO PyModel deepspeed model loaded in 297083 ms.
INFO ModelServer Initialize BOTH server with: EpollServerSocketChannel.
INFO ModelServer BOTH API bind to: http://0.0.0.0:8080
这里我们启动 port-forward 来进行快速验证
kubectl -n default-group port-forward svc/bloom7b1-deepspeed-alpha 9090:8080
在另一个终端,请求服务
# 打开新的终端,执行下列命令
$ curl -X POST http://127.0.0.1:9090/predictions/deepspeed -H "Content-type: text/plain" -d "I'm very thirsty, I need"
[
{
"generated_text":"I'm very thirsty, I need some water.\nWhat are you?\n- I'm a witch.\n- I thought you'd say that.\nI know a great witch.\nShe's right in here.\n- You know where we can go?\n- That's right, in one moment.\n- You want to"
}
]
我们可配置 Ingress 来将模型服务对外透出,以用来对外部流量进行管理,保证模型可用性。为上面创建的服务配置 Ingress 流程如下:
登录容器服务管理控制台,在左侧导航栏选择集群。
在集群列表页面,单击目标集群名称,然后在左侧导航栏,选择网络 > 路由。
在路由页面,单击创建 Ingress,在创建 Ingress 对话框配置路由。
更详细的 Ingress 配置策略可以参考:创建 Nginx Ingress
填写如下信息
Ingress 创建成功后,可以 Ingress 配置的域名来对 Bloom 模型进行访问
% curl -X POST http://deepspeed-bloom7b1.c78d407e5fa034a5aa9ab10e577e75ae9.cn-beijing.alicontainer.com/predictions/deepspeed -H "Content-type: text/plain" -d "I'm very thirsty, I need"
[
{
:
}
]
通过上面的例子,我们展示了如何使用 Arena 部署了一个 Bloom7B1 模型的单机多卡推理服务,使用 DeepSpeed-Inference 的模型并行推理技术,在多张 GPU 上进行推理。除了 DeepSpeed-Inference,当前也有一些其他的大模型分布式推理方案,比如 FastTransformer + Triton。后续我们也将不断探索,希望能够通过云原生 AI 套件,结合大模型分布式推理方案,用更低的成本支持高性能、低延迟、可弹性伸缩的大模型推理服务。
相关链接:
[1] 云原生 AI 套件开发者使用指南:https://help.aliyun.com/document_detail/336968.html?spm=a2c4g.212117.0.0.14a47822tIePxy
[2] Ingress 概述:https://help.aliyun.com/document_detail/198892.html?spm=a2c4g.181477.0.0.67d5225chicJHP
[3] DeepSpeed Inference: https://www.deepspeed.ai/tutorials/inference-tutorial/
[4] DJLServing: https://github.com/deepjavalibrary/djl-serving
[5] 创建托管 GPU 集群:https://help.aliyun.com/document_detail/171074.html?spm=a2c4g.171073.0.0.4c78f95a00Mb5P
[6] 安装云原生 AI 套件:https://help.aliyun.com/document_detail/201997.html?spm=a2c4g.212117.0.0.115b1cb6yDEAjy
[7] 控制台上传 OSS 文件:https://help.aliyun.com/document_detail/31886.htm?spm=a2c4g.276055.0.0.528e663f4mIHH9#concept-zx1-4p4-tdb
[8] 使用 OSS 静态存储卷:https://help.aliyun.com/document_detail/134903.html?spm=a2c4g.134903.0.0.132a4e96wLxEPu
[9] 创建 Nginx ingress:https://help.aliyun.com/document_detail/86536.html?spm=a2c4g.198892.0.0.3acd663fsFwQPY
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