Together AI 多GPU服务中混合长度LLM请求的动态批处理实现：优化填充与排序策略

在多GPU环境中服务大型语言模型（LLM）时，处理混合长度请求是常见挑战。传统固定批处理要求所有序列填充到相同长度，导致显存浪费和吞吐量低下。动态批处理通过实时调整批次大小和填充策略，允许变长序列共存，从而最大化GPU利用率。Together AI的推理引擎支持此类优化，可显著提升高并发场景下的性能。

动态批处理的原理在于请求调度和填充优化。服务器接收到不同长度的输入提示后，不立即填充，而是根据序列长度排序并分组相似长度请求。这种分组减少了无效填充token的数量，例如，将长度在500-1000 token的请求聚为一组，仅填充到组内最大长度。证据显示，在异构GPU集群中，细粒度动态并行可将吞吐量提升至2.25倍，同时降低延迟1.49倍。Together AI的专用端点利用自定义内核实现类似机制，支持NVIDIA H100等多GPU集群，确保跨节点负载均衡。

实现动态批处理需关注几个关键参数。首先，设置最大批大小（max_batch_size）为GPU显存容量的80%，如A100 40GB卡上设为32-64，视模型大小而定。其次，定义填充阈值（padding_threshold），例如仅当序列差异超过20%时才分组填充，避免过度开销。排序策略采用长度降序（sort_by_length_descending），优先处理长序列以减少后续等待时间。在多GPU设置中，结合张量并行（tensor_parallelism=4 for 4 GPUs），将注意力头分布到不同卡上，减少通信瓶颈。清单如下：

• 调度参数：

  • 最大等待时间（max_wait_time）：50-100ms，确保低延迟。
  • 最小批大小（min_batch_size）：4-8，平衡吞吐与响应。
  • 动态插入阈值（dynamic_insert_threshold）：当完成序列释放>20%空间时插入新请求。

• 填充优化：

  • 组内最大填充（intra_group_padding）：限制为组最大长度的1.1倍。
  • KV缓存管理：使用PagedAttention分页存储，减少碎片化，支持连续批处理。

• 多GPU配置：

  • 管道并行度（pipeline_parallelism）：2-4，适用于长序列模型。
  • 负载均衡器：NCCL all-reduce for 同步，监控跨GPU利用率>90%。

这些参数在Together AI的Batch Inference API中可通过API配置实现，例如在专用端点部署Llama模型时指定--max-batch-size 64 --enable-dynamic-batching。监控要点包括GPU利用率（目标95%+）、TTFT（Time to First Token，<200ms）和整体吞吐（tokens/s，基准提升30-50%）。

潜在风险包括调度开销导致的额外延迟，尤其在高变异请求流中；解决方案是通过预热缓存和混合批处理（结合静态与动态）缓解。另一个限制是异构GPU环境下的不均衡，如H100与A100混合时，需动态分配计算密集模块到高性能卡。回滚策略：若动态批处理失效，fallback到静态批大小16，确保服务稳定性。

通过上述优化，Together AI平台可在不牺牲准确性的前提下，实现混合长度请求的高效服务。例如，在处理聊天应用时，短查询与长对话并存，动态批处理可将平均响应时间缩短25%，吞吐提升40%。实际部署中，结合Together的GPU集群（如Instant Clusters），可扩展到数百GPU，支持亿级token处理。

总之，动态批处理不仅是技术升级，更是工程实践的核心。开发者应从Together AI文档起步，迭代测试参数，直至达到生产级性能。（字数：1024）