案例簡介及其應用背景

VIVO AI中臺的最終目的是為2.6億+ VIVO用戶提供極致的智能服務，而NVIDIA則為VIVO推薦系統提供強大的算力支持以實踐優化。

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

團隊共實踐和比較了三種不同的工程方案，其中，性價比最高的“通用GPU方案”充分發揮了MPS和TensorFlow的性能，開創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，如何開發不支持的運算操作插件，以及如何改善低效的推理服務性能等。

VIVO AI平臺致力于建設完整的人工智能中臺，搭建全面的、行業領先的大規模分布式機器學習平臺，應用于內容推薦、商業變現、搜索等多種業務場景，為2.6億+ VIVO用戶提供極致的智能服務。

VIVO AI中臺始終服務于企業往智能化深度發展的需求，在數據中臺基礎上增加了一體化智能服務的概念。并且立足于數據的獲取、存儲、特征處理、分析、模型構建、訓練、評估等智能服務相關的任務環節，使其高度組件化、配置化、自動化。

Figure 1. AI中臺系統架構圖 （圖片來源于VIVO研究院授權）

在整個AI中臺架構中，推薦中臺則作為最重要的核心，也是最具商業價值的部分，不僅需承載VIVO億級用戶，日活千萬的數據量也包含在內。本文從推薦系統工程化的角度，解讀了以下三方面內容：VIVO 的智能推薦系統是如何運行的？在實際應用場景中遇到過什么挑戰？NVIDIA GPU如何加速推薦系統的部署？

Figure 2. 推薦中臺系統架構圖 （圖片來源于VIVO研究院授權）

經過驗證，本方案可以有效解決推薦業務中GPU通用性問題；同時能更高效的利用GPU。目前已經在部分推薦業務中落地。經過壓測，性能方面，單張T4 GPU推理卡，性能優于約6臺以上的78核CPU服務器。成本方面，VIVO自研通用GPU方案，在TensorRT方案基礎上，取得了更高的QPS和更低的延遲，可節省成本約75%！

本案例主要應用到 NVIDIA T4 GPU 和相關工具包括NVIDA TensorRT， Triton， MPS等。

客戶簡介

VIVO是一家以設計驅動創造偉大產品，打造以智能終端和智慧服務為核心的科技公司，也是一家全球性的移動互聯網智能終端公司。致力于為消費者打造擁有極致拍照、暢快游戲、Hi-Fi音樂的智能手機產品。根據《2020胡潤中國10強消費電子企業》報告顯示，VIVO以1750億人民幣排名第3位。

客戶挑戰

在工程實踐中，VIVO推薦系統面臨的第一個問題是如何平滑的把多種推薦業務邏輯從CPU平臺向GPU平臺遷移。鑒于當前已經存在多個推薦業務場景，包括應用商店，手機瀏覽器，負一屏信息流等。每個場景都有自己的算法模型和業務流程，如何把多種分散的智能服務整合到一個統一的推薦中臺，同時要兼顧當前的業務的無損遷移是一個巨大的挑戰。

一直以來，CPU是客戶主要的支撐推薦業務場景的主流硬件平臺。但VIVO工程團隊卻發現在推理服務中，CPU的表現始終無法達到要求標準，不僅算力較弱，應對復雜模型時，響應延遲和QPS也無法滿足實時性和高并發的需求。

此時，客戶嘗試改用NVIDIA GPU來實現推薦業務的推理服務，有效解決CPU算力和性能的瓶頸的同時，也期待更大的成本優勢。經過大量的工程實踐，結果表明，單臺基于NVIDIA T4 GPU的推理服務器，性能可以等同于24臺CPU機器。毋庸置疑， GPU的整體表現皆具有性能和成本的優勢。據此，客戶也認為使用GPU作為推薦業務場景的推理平臺，已成為了公司乃至行業的共識。

應用方案

由于GPU芯片架構的獨特性，不經優化的原始TensorFlow模型，很難高效利用GPU的算力。為了解決這個問題，VIVO工程團隊投入了大量的人力和時間進行推薦模型優化及轉換。而首先著手設計的是TensorRT方案，即是使用NVIDIA推理加速工具TensorRT，結合 Triton的serving方式，以最大化GPU整體收益。

具體來說，把訓練導出的TensorFlow模型經過Onnx轉換成TensorRT模型，進而使用NVIDIA提供的推理服務框架Triton加載TensorRT模型。業務代碼使用VIVO封裝Triton的JNI接口，將業務請求輸入TensorRT模型去做推理計算。

Figure 3. 推薦業務流程圖 （圖片來源于VIVO研究院授權）

實測結果表明，該方案取得了預期的線上收益。性能方面，單張T4 GPU推理卡，性能優于約6臺以上的78核CPU服務器。以如下場景為例，在相同的精排服務請求：QPS為600，BatchSize為3000時，不同方案的成本，TensorRT方案可節省成本約14%：

為了進一步提升線上收益，最大化GPU利用率，NVIDIA機器學習團隊配合 VIVO繼續優化現有效果，探索更多的技術方案可行性。

經過深入探討，我們發現目前的方案（Triton＋TensorRT）確實可以有效利用GPU，但是也存在一些問題。比如很多推薦業務場景，算法模型迭代更新頻率高，工程化開發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，需要手動開發TensorRT plugin，短時間內也無法上線。總體來說，這樣的開發流程通用性不夠好，也較難有效的支持算法持續迭代。

因此，我們迫切需要實現一套機制，既要保證GPU的推理性能，更要具備良好的通用性。經過多次工程化嘗試，我們針對性提出適合自身的推薦系統推理加速方案，即VIVO自研通用GPU方案。

本方案通過多進程 + MPS + TensorFlow runtime的方式，有效的提高了GPU的使用率，且部分場景無需轉換TensorRT模型。該方案的主要設計目標是：

多進程模型，管理和守護模型服務進程，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，動態替換原來的不支持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）

此外，考慮到具體工程實踐中，VIVO算法部門和工程部門需要同步開發，如何解耦算法工程團隊和推理加速團隊的開發任務，因此推出了可配置的推理引擎服務，加速迭代開發效率。

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）

方案效果及影響

經過驗證，本方案可以有效解決推薦業務中GPU通用性問題；同時能更高效的利用GPU。目前已經在部分推薦業務中落地。經過壓測，VIVO自研通用GPU方案，在TensorRT方案基礎上，取得了更高的QPS和更低的延遲，可節省成本約75%！

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

同時，我們測試了負一屏信息流推薦場景，結果同樣表明，無論是QPS或是推理延遲（測試選用業界標準P99/P95指標），自研通用GPU方案都優于TensorRT方案和CPU方案。

展望未來，VIVO推薦系統工程團隊會繼續探索新技術，持續積累 GPU工程經驗，并且沉淀到平臺中，最終賦能到各個業務線。

審核編輯：郭婷