沒有人不在期待大模型能夠成為下一個電動車，作為代表中國的新興產業，在世界范圍內掀起狂瀾。

然而主流的MoE架構大模型，卻苦于其結構上的“先天不足”：巨大的硬件成本與多重拖累效率的環節，使得中國企業在這場芯片堆砌與效率挖掘的苦徑上難以提速。

作為智能基礎設施提供商，華為在這場戰役中另辟蹊徑，利用其在數學算法和工程領域的深厚積累，為DeepSeek顯著提升了效率及用戶體驗。

山就在那里，但中國企業找到了不一樣的登頂之路。

大火的MoE專家網絡，也有冷熱不均的問題

在人工智能技術日新月異的當下，大語言模型的發展持續突破邊界。混合專家模型（MoE）作為提升大語言模型性能的關鍵技術，近年來備受矚目。

它通過將輸入 token 分配給不同的專家網絡，實現了模型的高效擴展，讓模型在處理復雜任務時展現出更強的能力。然而，如同硬幣的兩面，MoE 模型在發展過程中也面臨著嚴峻挑戰，其中負載均衡問題尤為突出。

在混合專家（MoE）模型的推理過程中，專家調用頻率的不均衡性，即“冷熱專家”現象，導致負載分布顯著不均，嚴重影響系統推理性能。具體而言，該問題表現為以下幾個方面：

負載不均：部分專家（熱專家）被頻繁調用，而其他專家（冷專家）使用率較低，頻率差距達到一個數量級以上。 推理延遲增加：負載不均衡導致慢速計算節點成為推理瓶頸，延長整體推理時間。 吞吐量受限：資源利用率不足，限制系統性能。

顯著提升MoE模型推理性能的極致均衡技術

針對上述問題，華為團隊提出了一種高效的負載均衡策略OmniPlacement，通過專家重排、層間冗余部署和近實時動態調度，顯著提升MoE模型的推理性能。

華為團隊在研究中設計了一種基于層間非均勻冗余的優化方案，旨在以較低的顯存開銷實現高效的動態負載均衡和高魯棒性。方案包含以下關鍵技術模塊：

基于計算均衡的聯合優化

通過分析專家激活數據，華為團隊識別出高頻調用的專家（熱專家）和低頻調用的專家（冷專家），并提出了一種基于計算均衡的聯合優化算法OmniPlacement。該算法根據專家調用頻率和計算需求優化部署順序，顯著降低負載不均現象。具體而言，該算法具有以下特點：

動態優先級調整：通過實時統計專家調用頻率，動態調整專家的優先級和節點分配，確保高頻專家優先部署在計算能力較強的節點上。

通信域優化：算法分析批次內激活卡數，優化跨節點通信域的范圍，減少通信延遲。相比傳統的靜態分配方法，本算法顯著降低了通信開銷。

層間差異化部署：允許不同層根據負載特性設置不同的專家部署策略，支持非均勻冗余次數配置，從而更好地適應層間負載差異。

層間高頻專家冗余部署

為緩解熱專家的高頻調用壓力，華為團隊還提出了一種層間專家冗余部署策略，通過為高頻調用專家分配額外的冗余實例，降低跨節點通信開銷，從而提升系統吞吐量。該策略的創新點包括：

動態資源分配：根據實時計算資源占用情況和專家調用頻率，動態調整冗余實例的分配比例。系統通過預測模型提前分配資源，減少冷熱專家間的性能差距。 層間差異化配置：不同層根據負載需求設置不同的冗余次數，增強對層間負載差異的適應能力。例如，高負載層可分配更多的冗余實例，而低負載層則減少冗余以節省顯存。 預測性分配：結合歷史激活數據和負載預測模型，系統能夠提前優化資源分配，降低突發負載對系統性能的影響。

近實時調度與動態監控機制

為進一步提升系統的動態適應性，本研究設計了一套近實時調度與動態監控機制，具體包括以下子模塊：

近實時調度：通過實時統計數據流特性，動態調整專家分配以適應輸入數據的變化。調度算法能夠在毫秒級時間內收斂到優化的靜態專家部署模式，確保推理過程的高效性和一致性。該機制通過迭代優化專家分配，顯著降低了動態調整的計算開銷。 動態監控：實時跟蹤專家激活數據和系統資源占用情況，為調度決策提供準確依據。監控任務在獨立的計算流中運行，避免對推理主流程的干擾，保障系統整體效率。 動態專家權重訪問與擺放：通過層間流水線設計，實現專家權重和分配的動態調整。系統在推理過程中并行處理權重更新和數據流分配，支持高效的專家動態擺放。流水線設計允許在不中斷推理流程的情況下完成權重調整，顯著降低高負載場景下的推理延遲。

上述機制通過高效的并行處理和快速收斂設計，顯著提升了系統的動態適應能力和推理性能。特別是動態監控與調度分離的設計，避免了監控任務對推理延遲的潛在影響，進一步增強了系統的魯棒性。

擁抱開源生態的開放實現

為支持上述技術的穩定運行，本研究開發了適用于vLLM的推理優化框架OmniPlacement，具有以下核心特點：

高兼容性：框架支持多種MoE模型架構，能夠無縫集成到現有的推理系統中。 低時延開銷：通過優化數據處理和調度流程，框架顯著減少了額外計算開銷，確保推理性能不受影響。 模塊化設計：框架包含數據統計、算法運行和專家調度三大模塊，各模塊功能解耦，支持功能擴展和維護。模塊化設計便于快速迭代和定制化開發。 可擴展性：框架支持動態添加新的負載均衡算法和調度策略，適應未來MoE模型的復雜需求。

OmniPlacement通過模塊化架構實現核心算法與推理流程的解耦，為大規模MoE模型推理提供了可靠的基礎設施。框架的設計理念是將負載均衡功能與推理主流程分離，從而在保證性能的同時提供高度的靈活性。

同時在OmniPlacement的開發過程中，華為團隊也應用了業界很多已有的開源最佳實踐，站在巨人的肩膀上，華為團隊也會在近期全面開源OmniPlacement，回饋開源社區與開發者，為未來前行者在昇騰搭建更好的一個階梯。

圖：OmniPlacement與基線和BestEP的性能對比

為驗證OmniPlacement方案的有效性，本研究在DeepSeek-V3模型上進行了全面的實驗測試，實驗環境包括多節點GPU集群和高并發推理場景。測試結果如下：

推理延遲：相比基線方法（未優化負載均衡的MoE模型），推理延遲平均降低約10%。延遲的減少主要得益于動態專家分配和通信域優化，顯著改善了用戶體驗。 吞吐量：系統吞吐量提升約10%，反映了資源利用率的顯著提高。特別是在高并發場景下，冗余部署和動態調度有效緩解了負載瓶頸。 系統穩定性：在動態輸入和高負載場景下，系統保持高效運行，未出現性能波動或服務中斷。動態監控機制確保了系統對突發負載的快速響應。

進一步的分析表明，OmniPlacement在不同規模的MoE模型和輸入數據分布下均表現出良好的適應性。實驗結果驗證了該方案在推理性能、資源利用率和系統穩定性方面的綜合優勢，為大規模MoE模型的實際部署提供了可靠支持。

面向未來，華為團隊進一步的研究將重點關注以下方向：

調度算法優化：開發更智能的調度算法，通過引入其他策略，進一步提升系統對復雜輸入的自適應能力。

自適應專家選擇：探索基于輸入特征的自適應專家選擇機制，動態調整專家激活策略，以應對多樣化的推理場景。

框架擴展：擴展OmniPlacement框架的功能，支持更多類型的MoE模型，提升框架的通用性。

華為OmniPlacement 專家部署技術的發布，不僅是 MoE 模型推理性能的一次突破性提升，更標志著昇騰計算體系在 AI 算力領域的競爭力再攀高峰。這種技術突破背后，是華為長期深耕芯片架構、算法、軟件生態與行業場景的厚積薄發。

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