案例簡介及其應(yīng)用背景

VIVO AI中臺(tái)的最終目的是為2.6億+ VIVO用戶提供極致的智能服務(wù)，而NVIDIA則為VIVO推薦系統(tǒng)提供強(qiáng)大的算力支持以實(shí)踐優(yōu)化。

推薦系統(tǒng)的大規(guī)模部署帶來了諸多工程化挑戰(zhàn)，借助NVIDIA TensorRT， Triton and MPS （Multi-Process Service） 及單張T4 GPU推理卡，其性能優(yōu)于約6臺(tái)以上的78核CPU服務(wù)器，成本方面也降低75%。

團(tuán)隊(duì)共實(shí)踐和比較了三種不同的工程方案，其中，性價(jià)比最高的“通用GPU方案”充分發(fā)揮了MPS和TensorFlow的性能，開創(chuàng)性地解決了推薦場景的難題，包含：如何滿足頻繁的算法迭代需求，如何開發(fā)不支持的運(yùn)算操作插件，以及如何改善低效的推理服務(wù)性能等。

VIVO AI平臺(tái)致力于建設(shè)完整的人工智能中臺(tái)，搭建全面的、行業(yè)領(lǐng)先的大規(guī)模分布式機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)，應(yīng)用于內(nèi)容推薦、商業(yè)變現(xiàn)、搜索等多種業(yè)務(wù)場景，為2.6億+ VIVO用戶提供極致的智能服務(wù)。

VIVO AI中臺(tái)始終服務(wù)于企業(yè)往智能化深度發(fā)展的需求，在數(shù)據(jù)中臺(tái)基礎(chǔ)上增加了一體化智能服務(wù)的概念。并且立足于數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、特征處理、分析、模型構(gòu)建、訓(xùn)練、評估等智能服務(wù)相關(guān)的任務(wù)環(huán)節(jié)，使其高度組件化、配置化、自動(dòng)化。

Figure 1. AI中臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖 （圖片來源于VIVO研究院授權(quán)）

在整個(gè)AI中臺(tái)架構(gòu)中，推薦中臺(tái)則作為最重要的核心，也是最具商業(yè)價(jià)值的部分，不僅需承載VIVO億級用戶，日活千萬的數(shù)據(jù)量也包含在內(nèi)。本文從推薦系統(tǒng)工程化的角度，解讀了以下三方面內(nèi)容：VIVO 的智能推薦系統(tǒng)是如何運(yùn)行的？在實(shí)際應(yīng)用場景中遇到過什么挑戰(zhàn)？NVIDIA GPU如何加速推薦系統(tǒng)的部署？

Figure 2. 推薦中臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖 （圖片來源于VIVO研究院授權(quán)）

經(jīng)過驗(yàn)證，本方案可以有效解決推薦業(yè)務(wù)中GPU通用性問題；同時(shí)能更高效的利用GPU。目前已經(jīng)在部分推薦業(yè)務(wù)中落地。經(jīng)過壓測，性能方面，單張T4 GPU推理卡，性能優(yōu)于約6臺(tái)以上的78核CPU服務(wù)器。成本方面，VIVO自研通用GPU方案，在TensorRT方案基礎(chǔ)上，取得了更高的QPS和更低的延遲，可節(jié)省成本約75%！

本案例主要應(yīng)用到 NVIDIA T4 GPU 和相關(guān)工具包括NVIDA TensorRT， Triton， MPS等。

客戶簡介

VIVO是一家以設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)造偉大產(chǎn)品，打造以智能終端和智慧服務(wù)為核心的科技公司，也是一家全球性的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)智能終端公司。致力于為消費(fèi)者打造擁有極致拍照、暢快游戲、Hi-Fi音樂的智能手機(jī)產(chǎn)品。根據(jù)《2020胡潤中國10強(qiáng)消費(fèi)電子企業(yè)》報(bào)告顯示，VIVO以1750億人民幣排名第3位。

客戶挑戰(zhàn)

在工程實(shí)踐中，VIVO推薦系統(tǒng)面臨的第一個(gè)問題是如何平滑的把多種推薦業(yè)務(wù)邏輯從CPU平臺(tái)向GPU平臺(tái)遷移。鑒于當(dāng)前已經(jīng)存在多個(gè)推薦業(yè)務(wù)場景，包括應(yīng)用商店，手機(jī)瀏覽器，負(fù)一屏信息流等。每個(gè)場景都有自己的算法模型和業(yè)務(wù)流程，如何把多種分散的智能服務(wù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的推薦中臺(tái)，同時(shí)要兼顧當(dāng)前的業(yè)務(wù)的無損遷移是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

一直以來，CPU是客戶主要的支撐推薦業(yè)務(wù)場景的主流硬件平臺(tái)。但VIVO工程團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)在推理服務(wù)中，CPU的表現(xiàn)始終無法達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，不僅算力較弱，應(yīng)對復(fù)雜模型時(shí)，響應(yīng)延遲和QPS也無法滿足實(shí)時(shí)性和高并發(fā)的需求。

此時(shí)，客戶嘗試改用NVIDIA GPU來實(shí)現(xiàn)推薦業(yè)務(wù)的推理服務(wù)，有效解決CPU算力和性能的瓶頸的同時(shí)，也期待更大的成本優(yōu)勢。經(jīng)過大量的工程實(shí)踐，結(jié)果表明，單臺(tái)基于NVIDIA T4 GPU的推理服務(wù)器，性能可以等同于24臺(tái)CPU機(jī)器。毋庸置疑， GPU的整體表現(xiàn)皆具有性能和成本的優(yōu)勢。據(jù)此，客戶也認(rèn)為使用GPU作為推薦業(yè)務(wù)場景的推理平臺(tái)，已成為了公司乃至行業(yè)的共識(shí)。

應(yīng)用方案

由于GPU芯片架構(gòu)的獨(dú)特性，不經(jīng)優(yōu)化的原始TensorFlow模型，很難高效利用GPU的算力。為了解決這個(gè)問題，VIVO工程團(tuán)隊(duì)投入了大量的人力和時(shí)間進(jìn)行推薦模型優(yōu)化及轉(zhuǎn)換。而首先著手設(shè)計(jì)的是TensorRT方案，即是使用NVIDIA推理加速工具TensorRT，結(jié)合 Triton的serving方式，以最大化GPU整體收益。

具體來說，把訓(xùn)練導(dǎo)出的TensorFlow模型經(jīng)過Onnx轉(zhuǎn)換成TensorRT模型，進(jìn)而使用NVIDIA提供的推理服務(wù)框架Triton加載TensorRT模型。業(yè)務(wù)代碼使用VIVO封裝Triton的JNI接口，將業(yè)務(wù)請求輸入TensorRT模型去做推理計(jì)算。

Figure 3. 推薦業(yè)務(wù)流程圖 （圖片來源于VIVO研究院授權(quán)）

實(shí)測結(jié)果表明，該方案取得了預(yù)期的線上收益。性能方面，單張T4 GPU推理卡，性能優(yōu)于約6臺(tái)以上的78核CPU服務(wù)器。以如下場景為例，在相同的精排服務(wù)請求：QPS為600，BatchSize為3000時(shí)，不同方案的成本，TensorRT方案可節(jié)省成本約14%：

為了進(jìn)一步提升線上收益，最大化GPU利用率，NVIDIA機(jī)器學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)配合 VIVO繼續(xù)優(yōu)化現(xiàn)有效果，探索更多的技術(shù)方案可行性。

經(jīng)過深入探討，我們發(fā)現(xiàn)目前的方案（Triton＋TensorRT）確實(shí)可以有效利用GPU，但是也存在一些問題。比如很多推薦業(yè)務(wù)場景，算法模型迭代更新頻率高，工程化開發(fā)周期無法滿足頻繁更新的需求。此外，部分推薦模型存在算子不支持的情況，需要手動(dòng)開發(fā)TensorRT plugin，短時(shí)間內(nèi)也無法上線?？傮w來說，這樣的開發(fā)流程通用性不夠好，也較難有效的支持算法持續(xù)迭代。

因此，我們迫切需要實(shí)現(xiàn)一套機(jī)制，既要保證GPU的推理性能，更要具備良好的通用性。經(jīng)過多次工程化嘗試，我們針對性提出適合自身的推薦系統(tǒng)推理加速方案，即VIVO自研通用GPU方案。

本方案通過多進(jìn)程 + MPS + TensorFlow runtime的方式，有效的提高了GPU的使用率，且部分場景無需轉(zhuǎn)換TensorRT模型。該方案的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是：

多進(jìn)程模型，管理和守護(hù)模型服務(wù)進(jìn)程，有序的更新模型

添加原生TensorFlow中不支持GPU的算子

加載模型時(shí)，動(dòng)態(tài)替換原來的不支持GPU的算子

Figure 4. 自研通用GPU方案示意圖 （圖片來源于VIVO研究院授權(quán)）

此外，考慮到具體工程實(shí)踐中，VIVO算法部門和工程部門需要同步開發(fā)，如何解耦算法工程團(tuán)隊(duì)和推理加速團(tuán)隊(duì)的開發(fā)任務(wù)，因此推出了可配置的推理引擎服務(wù)，加速迭代開發(fā)效率。

Figure 5. 自研可配置推理引擎示意圖 （圖片來源于VIVO研究院授權(quán)）

方案效果及影響

經(jīng)過驗(yàn)證，本方案可以有效解決推薦業(yè)務(wù)中GPU通用性問題；同時(shí)能更高效的利用GPU。目前已經(jīng)在部分推薦業(yè)務(wù)中落地。經(jīng)過壓測，VIVO自研通用GPU方案，在TensorRT方案基礎(chǔ)上，取得了更高的QPS和更低的延遲，可節(jié)省成本約75%！

下表詳細(xì)對比了在相同精排請求：QPS為600，BatchSize為3000時(shí)，不同方案的成本。

同時(shí)，我們測試了負(fù)一屏信息流推薦場景，結(jié)果同樣表明，無論是QPS或是推理延遲（測試選用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)P99/P95指標(biāo)），自研通用GPU方案都優(yōu)于TensorRT方案和CPU方案。

展望未來，VIVO推薦系統(tǒng)工程團(tuán)隊(duì)會(huì)繼續(xù)探索新技術(shù)，持續(xù)積累 GPU工程經(jīng)驗(yàn)，并且沉淀到平臺(tái)中，最終賦能到各個(gè)業(yè)務(wù)線。

審核編輯：郭婷