使用大型模型推断容器在 亚马逊云科技 Inferentia2 上部署大型语言模型

你不必是机器学习 (ML) 方面的专家就能体会到大型语言模型 (LLM) 的价值。更好的搜索结果、视障人士的图像识别、利用文本创建新颖的设计以及智能聊天机器人只是这些模型如何促进各种应用程序和任务的一些例子。

机器学习从业者不断提高这些模型的准确性和功能。结果，这些模型的规模扩大，推广效果更好，例如在变压器模型的演变中。我们在之前的一 篇文章 中解释了 如何使用 亚马逊 S ageMaker 深度学习 容器 (DLC) 使用基于 GPU 的实例来部署此类大型模型。

在这篇文章中，我们采用了同样的方法，但将模型托管在 亚马逊云科技 Infer entia2 上。我们使用 亚马逊云科技 Neuron 软件开发套件 (SDK) 来访问 Inferentia 设备并从其高性能中受益。然后，我们使用由 深度 Java 库 (DjlServing) 提供支持的大型模型推断容器作为我们的模型服务解决方案。 我们通过在 亚马逊弹性计算云 (Amazon EC2) inf2.48 xlarge 实例上部署 OPT-13B 模型来演示这三层是如何协同工作的。

三大支柱

下图代表了硬件和软件的各个层面，它们可以帮助您解锁大型语言模型的最佳价格和性能。亚马逊云科技 Neuron 和 transformers-neuronx 是用于在 亚马逊云科技 Inferentia 上运行深度学习工作负载的软件开发工具包。最后，DjlServing 是集成在容器中的服务解决方案。

硬件：推论

亚马逊云科技 Inferentia 专为 亚马逊云科技 推理而设计，是一款高性能、低成本的机器学习推理加速器。在这篇文章中，我们使用了第二代专门构建的机器学习推理加速器 亚马逊云科技 Inferentia2（可通过 Inf2 实例获得）。

每个 EC2 Inf2 实例由多达 12 个 Inferentia2 设备 提供支持 ，允许您在四种实例大小之间进行选择。

亚马逊 EC2 Inf2 支持 NeuronLink v2，这是一种低延迟、高带宽的芯片间互连，可实现 AllReduce 和 AllGather 等高性能集体通信操作。 这可以有效地在 亚马逊云科技 Inferentia2 设备上对模型进行分片（例如通过 Tensor Parallelism），从而优化延迟和吞吐量。这对于大型语言模型特别有用。有关基准性能数据，请参阅 亚马逊云科技 神经元性能 。

亚马逊 EC2 Inf2 实例的核心是 亚马逊云科技 Inferentia2 设备，每台设备都包含两台 Neuroncores-v2。 每个 Neuroncore-v2 都是一个独立的异构计算单元，有四个主引擎：张量、向量、标量和 GPSIMD 引擎。它包括片上软件管理的 SRAM 存储器，用于最大限度地提高数据局部性。下图显示了 亚马逊云科技 Inferentia2 设备架构的内部工作原理。

神经元和变形金刚-神经元

硬件层之上是用于与 亚马逊云科技 Inferentia 交互的软件层。亚马逊云科技 Neuron 是用于在 亚马逊云科技 Inferentia 和 亚马逊云科技 T ra inium 的实例上运行深度学习工作负载的软件开发工具包。它支持端到端的机器学习开发生命周期，以构建新模型、训练和优化这些模型并将其部署到生产环境中。亚马逊云科技 Neuron 包括深度学习 编译器 、 运行时 和与 TensorFlow 和 PyTorch 等流行框架本地集成的 工具 。

transform@@ ers-neuronx 是一个由 亚马逊云科技 Neuron 团队 构建的开源 库 ，它使用 亚马逊云科技 Neuron SDK 帮助运行变压器解码器推理工作流程。目前，它有 GPT2、GPT-J 和 OPT 模型类型的 示例 ，以及不同的模型大小，它们的正向函数以编译语言重新实现，以进行广泛的代码分析和优化。客户可以基于同一个库实现其他模型架构。在 XLA HLO（高级操作）中使用名为 pyHLO 的语法重新实现了 亚马逊云科技 神经元优化的转换器解码器类。该库还实现了张量并行性，以在多个 NeuronCore 上对模型权重进行分片。

之所以需要张量并行性，是因为模型非常大，无法放入单个加速器 HBM 内存中。 Transform ers-neuronx 中的 AWS Neuron 运行时对张量并行性的 支持大量使用了 allReduce 等集体 操作。 以下是为 亚马逊云科技 Neuron 优化的变压器解码器模型设置张量并行度（参与分片矩阵乘法运算的 NeuronCore 数量）的一些原则：

  • 注意力的数量需要被张量并行度整除
  • 模型权重和键值缓存的总数据大小必须小于张量并行度的 16 GB
  • 目前，Neuron 运行时在 T rn 1 上支持 1、2、8 和 32 度的张量并行度，在 Inf2 上支持张量并行度 1、2、4、8 和 24

djlServing

DjlServing 是一款高性能模型服务器，于 2023 年 3 月增加了对 亚马逊云科技 Inferentia2 的支持。亚马逊云科技 模型服务器团队提供了一个 容器镜像 ，可以帮助 LLM/AIGC 用例。 DJL 也是 Rubikon 对 Neuron 的支持的一部分，其中包括 djlServing 和 transformers-neuronx 之间的集成。 djlServing 模型服务器和 transfor mers-neuronx 库是容器的核心组件，旨在为变形 金刚库支持的 LLM 提供服务。该容器和后续的 DLC 将能够在亚马逊 EC2 Inf2 主机上的 亚马逊云科技 Inferentia 芯片上加载模型以及已安装的 亚马逊云科技inferentia 驱动程序和工具包。在这篇文章中，我们解释了两种运行容器的方式。

第一种方法是在不编写任何额外代码的情况下运行容器。您可以使用 默认处理程序 来获得无缝 的用户体验，并传入其中一个支持的模型名称和任何加载时间可配置的参数。这将在 Inf2 实例上编译并提供 LLM。以下代码显示了一个示例： 

engine=Python
option.entryPoint=djl_python.transformers_neuronx
option.task=text-generation
option.model_id=facebook/opt-1.3b
option.tensor_parallel_degree=2

或者，你可以自己编写 model.py 文件，但这需要实现模型加载和推理方法，以充当 DjlServing API 与 transformers-neuronx API 之间的桥梁，在本例中为 transformers-neuronx API。 您还可以在s erving.proper ties 文件中提供可配置的参数，以便在模型加载期间获取。有关可配置参数的完整列表，请参阅 所有 DJL 配置选项 。

以下代码是一个 model.py 文件示例。s erving.prop erti es 文件与前面显示的文件类似。 

def load_model(properties):
     """
    Load a model based from the framework provided APIs
    :param: properties configurable properties for model loading
            specified in serving.properties
    :return: model and other artifacts required for inference
    """
    batch_size = int(properties.get("batch_size", 2))
    tp_degree = int(properties.get("tensor_parallel_degree", 2))
    amp = properties.get("dtype", "f16")
    
    model_id = "facebook/opt-13b"
    model = OPTForCausalLM.from_pretrained(model_id, low_cpu_mem_usage=True)
    ...
    
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)
    model = OPTForSampling.from_pretrained(load_path,
                                           batch_size=batch_size,
                                           amp=amp,
                                           tp_degree=tp_degree)
    model.to_neuron()
    return model, tokenizer, batch_size

让我们看看在 Inf2 实例上这一切是什么样子。

启动推理硬件

我们首先需要启动一个 inf.42xlarge 实例来托管我们的 OPT-13b 模型。我们使用 深度学习 AMI Neuron PyTorch 1.13.0 (Ubuntu 20.04) 20230226 亚马逊机器映像 (AMI)，因为它已经包含 Docker 映像和 亚马逊云科技 Neuron 运行时所需的驱动程序。

我们将实例的存储空间增加到 512 GB，以适应大型语言模型。

安装必要的依赖关系并创建模型

我们 使用我们的 AMI 设置了 Jupyter 笔记本服务器 ，以便更轻松地查看和管理我们的目录和文件。当我们在所需的目录中时，我们会为 日志 和 模型 设置子目录 并创建一个 s erving.proper ties 文件。

我们可以使用 DJL 服务 容器提供的独立模型。这意味着我们不必定义模型，但我们确实需要提供一个s erving.proper ties文件。参见以下代码： 

option.model_id=facebook/opt-1.3b
option.batch_size=2
option.tensor_parallel_degree=2
option.n_positions=256
option.dtype=fp16
option.model_loading_timeout=600
engine=Python
option.entryPoint=djl_python.transformers-neuronx
#option.s3url=s3://djl-llm/opt-1.3b/

#can also specify which device to load on.
#engine=Python ---because the handles are implement in python.

这指示 DJL 模型服务器使用 OPT-13B 模型。我们将批量大小设置为 2 并且 dtype=f16 以使模型适合神经元设备。DJL 服务支持动态批处理，通过设置相似的 tensor_parallel_ degree 值，我们可以提高推理请求的吞吐量，因为我们将推理分布在多个 NeuronCore 上。我们还设置了 n_positions=256 ， 因为这会告知我们期望模型的最大长度。

我们的实例有 12 台 亚马逊云科技 Neuron 设备或 24 台 NeuronCore，而我们的 OPT-13B 模型需要 40 个注意力。例如，设置 tensor_parallel_degree=8 意味着每 8 个 Ne uronCore 将托管一个模型实例。如果将所需的注意力标记 (40) 除以 NeuronCore 的数量 (8)，则每台 NeuronCore 会分配 5 个注意力标头，或者在每台 亚马逊云科技 Neuron 设备上分配 10 个注意力标头。

您可以使用以下示例 model.py 文件，该文件定义了模型并创建了处理函数。你可以对其进行编辑以满足你的需求，但请确保 transfor mer s-neuronx 可以支持它。 

cat serving.properties
option.tensor_parallel_degree=2 
option.batch_size=2 
option.dtype=f16 
engine=Python
cat model.py
import torch
import tempfile
import os

from transformers.models.opt import OPTForCausalLM
from transformers import AutoTokenizer
from transformers_neuronx import dtypes
from transformers_neuronx.module import save_pretrained_split
from transformers_neuronx.opt.model import OPTForSampling
from djl_python import Input, Output

model = None

def load_model(properties):
    batch_size = int(properties.get("batch_size", 2))
    tp_degree = int(properties.get("tensor_parallel_degree", 2))
    amp = properties.get("dtype", "f16")
    model_id = "facebook/opt-13b"
    load_path = os.path.join(tempfile.gettempdir(), model_id)
    model = OPTForCausalLM.from_pretrained(model_id,
                                           low_cpu_mem_usage=True)
    dtype = dtypes.to_torch_dtype(amp)
    for block in model.model.decoder.layers:
        block.self_attn.to(dtype)
        block.fc1.to(dtype)
        block.fc2.to(dtype)
    model.lm_head.to(dtype)
    save_pretrained_split(model, load_path)
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(model_id)
    model = OPTForSampling.from_pretrained(load_path,
                                           batch_size=batch_size,
                                           amp=amp,
                                           tp_degree=tp_degree)
    model.to_neuron()
    return model, tokenizer, batch_size

def infer(seq_length, prompt):
    with torch.inference_mode():
        input_ids = torch.as_tensor([tokenizer.encode(text) for text in prompt])
        generated_sequence = model.sample(input_ids,
                                          sequence_length=seq_length)
        outputs = [tokenizer.decode(gen_seq) for gen_seq in generated_sequence]
    return outputs

def handle(inputs: Input):
    global model, tokenizer, batch_size
    if not model:
        model, tokenizer, batch_size = load_model(inputs.get_properties())

    if inputs.is_empty():
        # Model server makes an empty call to warmup the model on startup
        return None

    data = inputs.get_as_json()
    seq_length = data["seq_length"]
    prompt = data["text"]
    outputs = infer(seq_length, prompt)
    result = {"outputs": outputs}
    return Output().add_as_json(result)

mkdir -p models/opt13b logs
mv serving.properties model.py models/opt13b

运行服务容器

推理之前的最后一步是提取 DJL 服务容器的 Docker 镜像并在我们的实例上运行它： 

docker pull deepjavalibrary/djl-serving:0.22.0-pytorch-inf2

提取容器镜像后，运行以下命令来部署模型。确保您位于包含 日志 和 模型 子目录的正确目录中，因为该命令会将它们映射到容器的 /op t/ 目录。 

docker run -it --rm --network=host \
           -v `pwd`/models:/opt/ml/model \
           -v `pwd`/logs:/opt/djl/logs \
           -u djl --device /dev/neuron0  --device /dev/neuron10  --device /dev/neuron2  --device /dev/neuron4  --device /dev/neuron6  --device /dev/neuron8 --device /dev/neuron1  --device /dev/neuron11 \
           -e MODEL_LOADING_TIMEOUT=7200 \
           -e PREDICT_TIMEOUT=360 \
           deepjavalibrary/djl-serving:0.21.0-pytorch-inf2 serve

运行推断

现在我们已经部署了模型，让我们用一个简单的 CURL 命令对其进行测试，将一些 JSON 数据传递到我们的端点。因为我们将批量大小设置为 2，所以我们传递了相应数量的输入： 

curl -X POST "http://127.0.0.1:8080/predictions/opt13b" \
     -H 'Content-Type: application/json' \
     -d '{"seq_length":2048,
          "text":[
                    "Hello, I am a language model,",
                    "Welcome to Amazon Elastic Compute Cloud,"
                  ]
          }'


前面的命令在命令行中生成响应。这个模型很健谈，但它的反应证实了我们的模型。多亏了推理，我们才能够对我们的法学硕士进行推断！

清理

完成后不要忘记删除您的 EC2 实例，以节省成本。

结论

在这篇文章中，我们部署了一个 Amazon EC2 Inf2 实例来托管 LLM，并使用大型模型推断容器进行了推断。您了解了 亚马逊云科技 Inferentia 和 亚马逊云科技 Neuron SDK 如何相互作用，使您能够以最佳的性价比轻松部署 LLM 进行推断。请继续关注 Inferentia 的更多功能和新创新的更新。有关神经元的更多示例，请参阅 aw s-neuron-samples。

作者简介

李庆伟 是亚马逊网络服务的机器学习专家。在他破坏了顾问的研究补助金账户并未能兑现他所承诺的诺贝尔奖之后，他获得了运筹学博士学位。目前，他帮助金融服务和保险行业的客户在 亚马逊云科技 上构建机器学习解决方案。在业余时间，他喜欢阅读和教学。

Peter Chung 是 亚马逊云科技 的解决方案架构师，热衷于帮助客户从他们的数据中发现见解。他一直在构建解决方案，以帮助公共和私营部门中的组织做出以数据为导向的决策。他拥有所有 亚马逊云科技 认证以及两个 GCP 认证。他喜欢喝咖啡、做饭、保持活跃以及与家人共度时光。

Aaqib Ansari 是亚马逊 SageMaker Inference 团队的软件开发工程师。他专注于帮助 SageMaker 客户加快模型推断和部署。在业余时间，他喜欢远足、跑步、摄影和素描。

蓝青 是 亚马逊云科技 的软件开发工程师。他一直在亚马逊开发多款具有挑战性的产品，包括高性能机器学习推理解决方案和高性能记录系统。Qing的团队成功地在亚马逊广告中推出了第一个十亿参数模型，所需的延迟非常低。Qing 对基础设施优化和深度学习加速有深入的了解。

Frank Liu 是 亚马逊云科技 深度学习的软件工程师。他专注于为软件工程师和科学家开发创新的深度学习工具。在业余时间，他喜欢与朋友和家人一起远足。

*前述特定亚马逊云科技生成式人工智能相关的服务仅在亚马逊云科技海外区域可用，亚马逊云科技中国仅为帮助您发展海外业务和/或了解行业前沿技术选择推荐该服务。