近年來，大數(shù)據(jù)加大模型成為了AI領(lǐng)域建模的標準范式。在廣告場景，大模型由于使用了更多的模型參數(shù)，利用更多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，模型具備了更強的記憶能力和泛化能力，為廣告效果向上提升打開了更大的空間。但是大模型在訓(xùn)練過程中所需要的資源也是成倍的增長，存儲以及計算上的壓力對機器學(xué)習(xí)平臺都是巨大的挑戰(zhàn)。
騰訊太極機器學(xué)習(xí)平臺持續(xù)探索降本增效方案，在廣告離線訓(xùn)練場景利用混合部署資源大大降低了資源成本，每天為騰訊廣告提供50W核心廉價混合部署資源，幫助騰訊廣告離線模型訓(xùn)練資源成本降低30%，同時通過一系列優(yōu)化手段使得混部資源穩(wěn)定性和正常資源持平。
1、引言
近年來，隨著大模型在NLP領(lǐng)域橫掃各種大數(shù)據(jù)磅單取得巨大成功之后，大數(shù)據(jù)加大模型成為了AI領(lǐng)域建模的標準范式。搜索、廣告、推薦的建模也不例外，動輒千億參數(shù)，上T大小的模型成為各大預(yù)估場景的標配，大模型能力也已經(jīng)成為各大科技公司軍備競賽的焦點。
在廣告場景，大模型由于使用了更多的模型參數(shù)，利用更多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，模型具備了更強的記憶能力和泛化能力，為廣告效果向上提升打開了更大的空間。但是大模型在訓(xùn)練過程中所需要的資源也是成倍的增長，存儲以及計算上的壓力對機器學(xué)習(xí)平臺都是巨大的挑戰(zhàn)。同時平臺能夠支撐的試驗數(shù)量直接影響算法迭代效率，如何用更小的成本，提供更多的試驗資源，是平臺努力的重點方向。
騰訊太極機器學(xué)習(xí)平臺持續(xù)探索降本增效方案，在廣告離線訓(xùn)練場景利用混合部署資源大大降低了資源成本，每天為騰訊廣告提供50W核心廉價混合部署資源，幫助騰訊廣告離線模型訓(xùn)練資源成本降低30%，同時通過一系列優(yōu)化手段使得混部資源穩(wěn)定性和正常資源持平。
2、?太極機器學(xué)習(xí)平臺介紹
太極機器學(xué)習(xí)平臺，致力于讓用戶更加聚焦業(yè)務(wù)AI問題解決和應(yīng)用，一站式的解決算法工程師在AI應(yīng)用過程中特征處理，模型訓(xùn)練，模型服務(wù)等工程問題。目前支持公司內(nèi)廣告，搜索，游戲，騰訊會議，騰訊云等重點業(yè)務(wù)。
太極廣告平臺是太極為廣告系統(tǒng)設(shè)計的集模型訓(xùn)練和在線推理的高性能機器學(xué)習(xí)平臺，平臺具備萬億參數(shù)模型的訓(xùn)練和推理能力。目前該平臺支持騰訊廣告召回，粗排，精排數(shù)十個模型訓(xùn)練和在線推理；同時太極平臺提供一站式特征注冊，樣本補錄，模型訓(xùn)練，模型評估以及上線試驗的能力，極大提升了開發(fā)者效率。
訓(xùn)練平臺：目前模型訓(xùn)練支持CPU和GPU兩種訓(xùn)練模式，利用自研高效算子，混合精度訓(xùn)練，3D并行等技術(shù)，訓(xùn)練速度和業(yè)界開源系統(tǒng)相比提升1個量級。
推理框架：太極自研的HCF（HeterogeneousComputingFramework）異構(gòu)計算框架，通過硬件層，編譯層和軟件層聯(lián)合優(yōu)化，提供極致性能優(yōu)化。
3、成本優(yōu)化具體實現(xiàn)
（1）整體方案介紹
隨著太極平臺的不斷發(fā)展，任務(wù)數(shù)和任務(wù)類型日益增多，資源需求也隨之增多。為了降本增效，太極平臺一方面提升平臺性能，提升訓(xùn)練速度；另一方面，我們也尋找更加廉價的資源，以滿足不斷增長的資源需求。
峰巒——騰訊公司內(nèi)部云原生大數(shù)據(jù)平臺，利用云原生技術(shù)，對公司整個大數(shù)據(jù)架構(gòu)進行升級。為滿足大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)增長的資源需求，峰巒引入混部資源，在滿足資源需求的同時，又可極大降低資源成本。峰巒針對不同場景下的混部資源，提供了一系列的解決方案，把不穩(wěn)定的混部資源變成對業(yè)務(wù)透明的穩(wěn)定資源。峰巒混部能力支持3類混部資源：
復(fù)用在線空閑資源。在線資源因波峰波谷現(xiàn)象、資源使用預(yù)估過高和集群資源碎片等原因，導(dǎo)致集群資源利用率不高，有大量的空閑資源。峰巒挖掘這部分臨時空閑資源，來運行大數(shù)據(jù)任務(wù)，目前已在在線廣告、存儲、社交娛樂和游戲等場景混部。
離線資源彈性借出。大數(shù)據(jù)平臺有些任務(wù)也具有潮汐現(xiàn)象，在白天大數(shù)據(jù)集群資源使用率低的時候，峰巒支持把部分資源臨時彈性借出，待大數(shù)據(jù)集群高峰到來之前，再拿回這部分資源。這種場景非常適合解決節(jié)假日和大促期間在線任務(wù)臨時需要大量資源問題，峰巒當(dāng)前已支持春節(jié)和618等重大節(jié)假日。
復(fù)用算力資源。算力資源是以低優(yōu)CVM方式挖掘云母機的空閑資源，所謂低優(yōu)CVM是指在云母機上啟動具有更低CPU優(yōu)先級的CVM虛擬機，該虛擬機可實時被其他的虛擬機搶占資源。峰巒基于底層算力提供的資源信息，在調(diào)度、過載保護、算力遷移等方面做了大量的優(yōu)化，目前已有百萬核的大數(shù)據(jù)任務(wù)在算力資源上穩(wěn)定運行。
同時，峰巒引入云原生虛擬集群技術(shù)，屏蔽底層混部資源來自不同的城市和地域?qū)е碌姆稚⑿蕴攸c。太極平臺直接對接峰巒租戶集群，該租戶集群對應(yīng)底層多種混部資源，而且租戶集群擁有獨立和完整的集群視角，太極平臺也可無縫對接。
（2）資源混部方案
在線空閑資源
峰巒自研了Caelus全場景在離線混部方案，通過將在線作業(yè)和離線作業(yè)混部的方式，充分挖掘在線機器的空閑資源，提升在線機器資源利用率，同時降低離線作業(yè)的資源成本。
如下圖所示，是Caelus的基本架構(gòu)，各個組件和模塊相互配合，從多方面保證了混部的質(zhì)量。
首先，Caelus全方位保證了在線作業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，這也是混部的重要前提之一，比如：通過快速的干擾檢測與處理機制，主動感知在線服務(wù)質(zhì)量，及時進行處理，并且支持插件化的擴展方式支持業(yè)務(wù)的特定干擾檢測需求；通過全維度的資源隔離、靈活的資源管理策略等，保證在線服務(wù)的高優(yōu)先級。
其次，Caelus從多方面保證了離線作業(yè)的SLO，比如：通過混部資源與離線作業(yè)畫像，為作業(yè)匹配合適的資源，避免資源競爭；優(yōu)化離線作業(yè)驅(qū)逐策略，優(yōu)先排序驅(qū)逐，支持優(yōu)雅退出，策略靈活可控。與大數(shù)據(jù)離線作業(yè)大多是短作業(yè)（分鐘級甚至秒級）的特點不同的是，太極作業(yè)的運行時間大多較長（小時級甚至天級）。通過長周期的資源預(yù)測與作業(yè)畫像更好地指導(dǎo)調(diào)度，為不同運行時長、不同資源需求的作業(yè)找到合適的資源，避免作業(yè)運行幾小時甚至幾天后被驅(qū)逐，導(dǎo)致作業(yè)狀態(tài)丟失，浪費資源與時間。當(dāng)出現(xiàn)需要驅(qū)逐離線作業(yè)的情況時，會優(yōu)先通過運行時熱遷移，將作業(yè)實例從一個機器遷移到另一個機器，并且保持內(nèi)存狀態(tài)和IP等不變，作業(yè)幾乎無影響，極大地提升了作業(yè)的SLO。為了更好地把混部資源利用好，Caelus還具備其他更多的能力，詳見Caelus全場景在離線混部方案（??https://zhuanlan.zhihu.com/p/384606554??）。
潮汐資源
大數(shù)據(jù)任務(wù)一般是白天任務(wù)量相對少，晚上任務(wù)量多，峰巒把白天部分空閑的大數(shù)據(jù)資源出讓給太極平臺，夜間再回收這部分資源，我們把這種資源稱為潮汐資源。潮汐資源的特點是節(jié)點上的大數(shù)據(jù)任務(wù)幾乎是完全退出的，但節(jié)點上還保留著大數(shù)據(jù)的存儲服務(wù)HDFS，運行太極作業(yè)時不能影響到HDFS服務(wù)。太極平臺使用潮汐資源時需要和峰巒平臺協(xié)商一致，峰巒平臺在固定時間點提前根據(jù)歷史數(shù)據(jù)篩選一批節(jié)點，待大數(shù)據(jù)任務(wù)優(yōu)雅退出后，通知太極平臺有新的節(jié)點加入，太極平臺開始在峰巒租戶集群提交更多的任務(wù)。借用時間到達前，峰巒通知太極平臺部分節(jié)點要回收，太極平臺有序歸還節(jié)點。
如下圖所示，潮汐資源的挖掘、管理和使用涉及到多個系統(tǒng)的分工配合：
大數(shù)據(jù)資源出讓系統(tǒng)：該系統(tǒng)會根據(jù)各個機器上不同的作業(yè)運行情況以及集群過去一段時間的運行數(shù)據(jù)，基于機器學(xué)習(xí)算法，找到最合適的待下線的機器節(jié)點，以滿足特定的資源需求并且對正在運行的作業(yè)影響最小，然后禁止調(diào)度新的作業(yè)到這些節(jié)點上，等待節(jié)點上正在運行的作業(yè)運行完畢，最大限度地降低對大數(shù)據(jù)作業(yè)的影響。
Caelus混部系統(tǒng)：雖然出讓系統(tǒng)騰挪出來的機器資源上沒有運行大數(shù)據(jù)作業(yè)了，但上面還運行著HDFS服務(wù)，還提供著數(shù)據(jù)讀寫服務(wù)。為了保護HDFS服務(wù)，引入Caelus混部系統(tǒng)，將HDFS作為在線服務(wù)，通過Caelus一系列的在線服務(wù)保證手段（如：通過HDFS關(guān)鍵指標檢測其是否受到影響）保證HDFS服務(wù)質(zhì)量不受影響。
通過虛擬集群的方式使用潮汐資源：這些出讓的機器資源會由峰巒統(tǒng)一管理和調(diào)度，并以虛擬集群的方式提供給太極平臺使用，提供K8S原生接口，這樣做到了對上層平臺屏蔽底層資源的差異性，保證應(yīng)用使通過相同的使用方式使用資源。
與應(yīng)用層斷點續(xù)訓(xùn)打通：潮汐資源在晚上會被回收以用于運行大數(shù)據(jù)作業(yè)，為了減少回收的影響，峰巒和應(yīng)用層的斷點續(xù)訓(xùn)功能進行了打通，實現(xiàn)資源切換不中斷訓(xùn)練，切換后不影響業(yè)務(wù)的繼續(xù)運行。
算力資源
算力資源的特點是給業(yè)務(wù)呈現(xiàn)的是一個獨占的CVM，對業(yè)務(wù)方使用來說比較友好。然而，使用算力資源的挑戰(zhàn)在于云母機層面低優(yōu)CVM的CPU資源會隨時被在線CVM壓制，導(dǎo)致算力資源非常不穩(wěn)定：
算力機器不穩(wěn)定：算力機器會因為碎片資源盤整、機房電力不足等原因下線。
算力資源優(yōu)先級低：為了保證正常CVM機器的服務(wù)質(zhì)量不受影響，算力資源上的作業(yè)優(yōu)先級最低，會無條件為高優(yōu)資源上的作業(yè)讓步，導(dǎo)致性能極不穩(wěn)定。
驅(qū)逐頻率高：多種原因（算力資源性能不足、磁盤空間不足、磁盤卡住等）會觸發(fā)主動驅(qū)逐pod，增加了pod的失敗概率。
為了解決算力資源的不穩(wěn)定性問題，通過峰巒主控層擴展各項能力，從多方面對算力資源優(yōu)化，提升算力穩(wěn)定性：
①資源畫像與預(yù)測：探索和搜集各種機器性能指標，生成聚合指標，預(yù)測低優(yōu)CVM未來一段時間的可用資源情況，這些信息用于調(diào)度器調(diào)度pod和驅(qū)逐組件驅(qū)逐pod，滿足pod的資源要求。
②調(diào)度優(yōu)化：為保證太極作業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，針對作業(yè)的需求和資源的特點，在調(diào)度策略上有較多的優(yōu)化，將作業(yè)性能提升了2倍以上。
同城調(diào)度：將PST和訓(xùn)練作業(yè)調(diào)度到同城同機房，將作業(yè)實例之間的網(wǎng)絡(luò)延時降到最低，并且同城內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)帶寬成本也更低，起到了降低成本的作用。
單機調(diào)度優(yōu)化：結(jié)合資源預(yù)測的結(jié)果以及CPUstealtime等指標，為作業(yè)選擇性能更佳的CPU進行綁核，更好地提升作業(yè)性能。
分級調(diào)度：對所有管理的資源做自動打標和分級，把JobManager等對容災(zāi)要求比較高的作業(yè)自動調(diào)度到相對穩(wěn)定的資源上。
調(diào)優(yōu)調(diào)度參數(shù)：根據(jù)資源資源畫像和預(yù)測數(shù)據(jù)，調(diào)度器為作業(yè)優(yōu)先挑選性能更優(yōu)和更穩(wěn)定的節(jié)點。另外為了解決步調(diào)不一致導(dǎo)致的梯隊過期問題，將同一個作業(yè)的實例調(diào)度到性能接近的機器
③運行時服務(wù)質(zhì)量保證
主動驅(qū)逐階段引入運行時熱遷移，做到業(yè)務(wù)基本無感知：為了應(yīng)對資源不穩(wěn)定以及pod被驅(qū)逐導(dǎo)致應(yīng)用被kill的問題，實現(xiàn)了運行時熱遷移，并且提供了多種熱遷移策略滿足不同場景的需求。目前從線上數(shù)據(jù)看，使用遷移優(yōu)先策略時，對于大內(nèi)存的容器來說，熱遷移的中斷時間是10多秒。我們還實現(xiàn)了與內(nèi)存大小無關(guān)的常數(shù)中斷時間（恢復(fù)優(yōu)先的策略）。當(dāng)前每天成功主動遷移pod數(shù)2萬多次，且支持跨集群熱遷移，極大地降低了驅(qū)逐的影響。
優(yōu)化驅(qū)逐策略，將驅(qū)逐造成的影響降到最低：每臺機器每次驅(qū)逐時，優(yōu)先驅(qū)逐后啟動的pod，避免影響已啟動任；每個任務(wù)每次只驅(qū)逐一個節(jié)點，避免單任務(wù)上下游一起被驅(qū)逐，造成任務(wù)級重啟；pod被驅(qū)逐時，和上層Flink框架聯(lián)動，主動告知Flink，快速單點恢復(fù)。
④自反饋優(yōu)化：通過資源畫像，周期性的替換掉性能差的機器，并且與底層平臺打通，實現(xiàn)對CVM的平滑抽離，讓峰巒有機會以對業(yè)務(wù)無影響的方式逐個遷移應(yīng)用實例，降低對實例的影響。
⑤提升Flink層的容災(zāi)能力，支持單點重啟和層級式調(diào)度
TM（TaskManager）單點重啟能力避免Task失敗導(dǎo)致整個DAG失敗，可以更好適配算力搶占式特性；分層調(diào)度避免gangscheduling造成過長的作業(yè)等待，并且可以避免TMPod過度申請的浪費。
（3）應(yīng)用層優(yōu)化方案
業(yè)務(wù)容錯
離線訓(xùn)練任務(wù)要使用廉價資源一個大前提就是不能影響資源上原有任務(wù)的正常運行，所以混部資源有以下幾個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
混部資源大多是臨時資源，會頻繁下線；
混部資源會無條件為高優(yōu)資源讓步，導(dǎo)致機器性能極不穩(wěn)定；
混部資源的自動驅(qū)逐機制也極大加大了節(jié)點和pod的失敗概率。
為了保證在混部資源上任務(wù)可以穩(wěn)定運行，平臺使用三級容錯策略，具體解決方案如下：
熱遷移技術(shù)：在TaskManager將要發(fā)生驅(qū)逐前，提前感知，把相應(yīng)的TaskManager遷移到另外一個pod上；同時利用內(nèi)存壓縮，流式并發(fā)，跨集群熱遷移等能力持續(xù)優(yōu)化熱遷移成功率。
TaskManager重啟：當(dāng)任務(wù)當(dāng)中一個TaskManager由于異常或者驅(qū)逐等原因?qū)е逻\行失敗之后，整個任務(wù)不會直接失敗退出，而是先保存該TaskManager的狀態(tài)，然后重新啟動該TaskManager，從而降低整個任務(wù)失敗的概率。
任務(wù)FullRecovery:當(dāng)一個任務(wù)的由于Flink狀態(tài)異常，處于無法恢復(fù)狀態(tài)時，會觸發(fā)JobManager的重啟，為了保證JobManager的穩(wěn)定性，平臺把JobManager部署在穩(wěn)定性較好的獨立資源上，保證任務(wù)狀態(tài)正常。
斷點續(xù)訓(xùn)：如果前面幾個容錯策略都失敗了，平臺會基于歷史的某一個ckpt重新啟動任務(wù)。
通過業(yè)務(wù)層的容錯，運行在混部資源上的任務(wù)穩(wěn)定性從最初的不到90%提升到最終的99.5%，基本和普通獨占資源上任務(wù)穩(wěn)定性持平。
任務(wù)潮汐調(diào)度
針對潮汐資源要求離線訓(xùn)練任務(wù)只能白天使用，晚上需要提供給在線業(yè)務(wù)使用，所以太極平臺需要在白天時根據(jù)資源到位情況，自動啟動訓(xùn)練任務(wù)；在晚上對任務(wù)做冷備，同時停止對應(yīng)的訓(xùn)練任務(wù)。同時通過任務(wù)管理隊列來管理每個任務(wù)調(diào)度的優(yōu)先級，對于晚上新啟動的任務(wù)會自動進入排隊狀態(tài)，等第二天早上再啟動新的任務(wù)。
核心挑戰(zhàn)：
潮汐現(xiàn)象：資源白天的時候可以提供給離線任務(wù)使用，晚上的時候需要回收。
資源動態(tài)變化：在白天時，資源也是不穩(wěn)定的，資源會隨時發(fā)生變化，一般是早上的時候資源比較少，然后資源逐漸增加，到晚上的時候資源到達高峰值。
解決方案：
資源感知的調(diào)度策略：早上在資源逐步增加的過程中，潮汐調(diào)度服務(wù)需要感知資源變化，同時跟進資源情況來啟動待繼續(xù)訓(xùn)練的任務(wù)。
模型自動備份能力：在晚上資源回收前，需要把當(dāng)前平臺上運行的所有任務(wù)逐步做備份，這對于平臺的存儲和帶寬壓力非常大，因為平臺上有幾百個任務(wù)，每個任務(wù)冷備大小從幾百G到數(shù)T大小不等，如果在同一時間做冷備的話需要在短時間傳輸和存儲數(shù)百T的數(shù)據(jù)，對于存儲和網(wǎng)絡(luò)都是巨大的挑戰(zhàn)；所以我們需要有一套合理的調(diào)度策略，逐步做模型的存儲。
智能資源調(diào)度能力：潮汐調(diào)度和傳統(tǒng)訓(xùn)練相比，每個任務(wù)在晚上資源回收時的模型備份和每天早上任務(wù)新啟動的時候的開銷是額外開銷，為了降低這部分額外開銷，我們調(diào)度時需要評估哪些任務(wù)在當(dāng)天就能跑完，哪些任務(wù)需要跑多天，對于當(dāng)天能跑完的任務(wù)，我們優(yōu)先給它分配更多資源，保證當(dāng)天任務(wù)運行完成。
通過這些優(yōu)化能夠保證任務(wù)能穩(wěn)定在潮汐資源上運行，對于業(yè)務(wù)層基本無感知。同時任務(wù)的運行速度不會受太大影響，由于任務(wù)啟停調(diào)度帶來的額外開銷控制在10%以內(nèi)。
4、在線效果和未來展望
太極在離線混布優(yōu)化方案在騰訊廣告場景落地，每天為騰訊廣告離線模型調(diào)研訓(xùn)練提供30W核全天候的混合部署資源，20W核潮汐資源，支持廣告召回，粗排，精排多場景模型訓(xùn)練。在資源成本上，相同計算量任務(wù)上，混合部署資源成本是普通資源的70%。經(jīng)過優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性和物理集群任務(wù)成功率基本持平。
后續(xù)一方面我們會繼續(xù)加大混合算力資源的使用，尤其會加大混合算力資源的應(yīng)用；另一方面，公司在線業(yè)務(wù)在GPU化，所以在混合資源應(yīng)用上，除了傳統(tǒng)的CPU資源之外，也會嘗試對在線GPU資源在離線訓(xùn)練時使用。
今天的分享就到這里，謝謝大家。
