澎峰科技高性能大模型推理引擎PerfXLM解析

自ChatGPT问世以来，大模型遍地开花，承载大模型应用的高性能推理框架也不断推出，大有百家争鸣之势。在这种情况下，澎峰科技作为全球领先的智能计算服务提供商，在2023年11月25日发布了针对大语言模型的高性能推理框架，并受到广泛关注。在历经数月的迭代开发后，澎峰科技重磅发布升级版本，推出全新的高性能大模型推理引擎：PerfXLM。

PerfXLM采用了云端一体架构，支持云端推理和本地推理两种模式。在硬件支持上，PerfXLM适配了包含多种国产处理器在内的不同硬件，并针对硬件体系结构特征进行了深入性能优化，大幅提升了大模型推理性能。

一、PerfXLM整体架构

图1. PerfXLM整体架构

如图1所示，PerfXLM整体架构分为三层：

1.模型转换层。将Torch或者Huggingface格式的大模型转化为统一的内部模型结构，并最终统一表达为ONNX图。

2.推理引擎层。实现了ONNX图解析、算子调度、统一内存管理等功能，大幅提升硬件资源利用率；同时，也提供了针对云端推理的专用Serving模块，以获得更高的硬件利用率和QPS响应。

3.性能层。提供了针对大模型推理的高性能算子库，并针对各种主流硬件进行了适配和优化。

PerfXLM具有的三大特点：

1.云端一体，同时支持云侧和端侧大模型推理，能够让大模型适用于各种应用场景之中。

2.支持多异构平台，支持了包括NVIDIA GPU、海光DCU、高通Adreno GPU、Intel iGPU、某国产GPU在内的多种硬件设备

3.高性能定制优化算子，实现了结合体系结构特征和大模型推理应用特征的定制优化。

二、大模型推理中的MxN问题

PerfXLM向上对接各种模型网络，向下适配各种硬件架构。这就存在着一个组合问题：假设需要支持M个模型和N种硬件，那么一共有MxN种组合方式。PerfXLM需要实现对主流模型的支持，目前主流模型大概有几十种，国内甚至一度“千模大战”。同时，PerfXLM也需要实现对主流硬件的支持，包括NVIDIA GPU、AMD GPU、海光DCU、沐曦GPU等通用GPU架构； X86、ARM、RISC-V等通用CPU架构；高通Adreno GPU、ARM MALI GPU等移动GPU架构；华为昇腾、寒武纪MLU、燧原等专用处理器架构等。考虑到模型和硬件的迅猛发展，这个组合数大概有上千种，这就对大模型推理框架提出了很高的兼容性要求。

面对这样的一个复杂问题，PerfXLM提出了一套解决方案：通过统一的模型表达，实现了对不同大模型的快速支持；通过统一算子API的定义，实现了对大模型图的快速算子构建；通过融合体系结构特征和应用特征的算子库的构建，实现了对不同硬件的快速适配。

同时，为了便于用户使用，PerfXLM上层采用了与vllm一致的顶层API接口。用户只需要在导入python模块时，简单地将vllm修改成perfxlm就能够将原有的代码运行起来并且获得更高的性能表现。具体的使用示例如下图。

图2. PerfXLM API接口

通过这样的一套架构体系，PerfXLM可以快速地支持新的模型和新的硬件。以近日Meta开源的LLaMA3为例，假设算子完备的情况下，只需几个小时的时间，就能够将该最新模型运行在各种主流硬件设备上。

三、PerfXLM性能

云侧和端侧的应用场景不同：云上侧重于多用户服务，关注的是整体吞吐；端侧侧重于单用户的使用体验，关注的是在低算力硬件上的响应速度和延迟。下面讲描述PerfXLM在单Batch和多Batch下的性能。

1） PerXLM在NVIDIA GPU上的性能

图3. PerfXLM与vllm在A40上FP16的llama2性能对比

图4. PerfXLM与vllm在4090上FP16的llama2性能对比

图5.PerfXLM与vllm在A40上FP16的llama3性能对比

图6.PerfXLM与vllm在4090上FP16的llama3性能对比

2）PerfXLM在海光DCU上的性能

图7 PerfXLM与vllm在DCU Z100SM上的llama2性能对比

图8 PerfXLM与vllm在DCU Z100SM上的llama3性能对比

3）PerfXLM在国产某GPU上的性能

图9 PerfXLM在某国产GPU上的性能

4）PerfXLM在高通Adreno GPU上的性能

图10 PerfXLM在高通Adreno的性能（单batch）

5） PerfXLM在Intel iGPU上的性能

图11 PerfXLM在Intel iGPU上的性能（单batch）

未来，PerfXLM将继续支持"更多的硬件 x 更多的模型"。