AI 套件概述

云原生 AI 套件是部署在火山引擎容器服务（VKE）上用于支撑人工智能（AI）平台统一管理基础设施需求的套件服务。本文主要介绍云原生 AI 套件的特点、架构、优势以及适用场景。

套件介绍

云原生 AI 套件是由火山引擎容器服务提供的支撑大规模 AI 开发、训练、推理业务的服务套件。以 VKE 容器集群作为底座，针对 AI 业务基础设施的特性，提供一系列资源监控运维、性能加速、工作负载编排调度能力。

云原生 AI 套件具备以下特点：

• 开源原生
  云原生 AI 套件的所有能力均通过 Kubernetes 原生（Kube-Native）的组件化方式提供，在 Kubernetes 定义的标准接口中实现可插拔，支持用户进行灵活选择以及与开源方案混合使用。
• 实践验证
  云原生 AI 套件诞生于字节跳动内部基于容器平台开展大规模 AI 业务的应用实践。云原生 AI 套件经过了火山引擎外部客户的生产验证，应用于包括机器学习平台、大模型训练、模型推理平台、Stable Diffusion 模型（AI 绘图模型）精调等场景。

套件架构

AI 套件以开源兼容的 VKE 为底座，向上支撑客户自建的 AI 平台，向下接入各类 IaaS 资源并增强性能和可用性。AI 套件既支持客户通过控制台可视化的方式对复杂的组件依赖、多规格的 IaaS 资源和丰富的监控数据统一管理，也可以通过 API 和 ForwardKubernetes API 的方式，为所有上层业务提供 Kubernetes 原生的使用接口。

套件优势

云原生 AI 套件优势如下：

• 增强 AI 基础设施运维
  统一接入和管理 AI 业务所需的复杂底层资源，包括 GPU、RDMA、高性能缓存、分布式存储等，并提供面向 AI 任务的监控视角和故障发现能力，大幅增强 AI 基础设施的运维能力。
• 降低 AI 资源成本
  提供丰富的 AI 任务调度策略，包括 GPU 共享调度、拓扑亲和调度、弹性资源优先级调度等。减少资源碎片、消除木桶效应，实现 GPU 算力成本最优化。
• 提升 AI 应用效能
  提供丰富的 AI 预置镜像、基于 P2P 镜像加速和镜像懒加载的镜像拉取加速、基于半托管文件缓存的数据访问加速等能力。从研发测试到任务流水线，全面提升 AI 应用的效率与性能。

应用场景

• 处理复杂的横向服务打通和组件管理场景
  • 提供对火山引擎 IaaS 层资源的统一接入，实现了与 Kubernetes 资源管理和网络方案的兼容，用户可以无缝接入使用。
  • 提供定制化的 CSI（Container Storage Interface）能力，接入了 vePFS、CloudFS 等火山引擎大数据存储服务，支持通过 Kubernetes 原生方式直接使用。
  • 对于 JuiceFS、Alluxio 等开源的大数据存储方案，提供 Helm 半托管形式接入，降低用户的使用成本。
  • 对所有的 Device Plugin 和 CSI 等组件，提供统一的面板进行管理，支持组件的安装、卸载和更新，并支持监控各个组件的健康状态。
• 深入云资源底层的监控和调优需求场景
  • 在火山引擎托管 Prometheus 服务基础上开发了针对 GPU/RDMA 的全面监控指标和事件采集，并通过开源的 Grafana 为用户提供统一监控大盘。
  • 将火山引擎 IaaS 层资源的健康检查和监控能力与 Kubernetes 原生机制进行了有机结合，既可以深度感知 GPU 节点等异构资源的故障状态进行告警，也可以通过原生的 Condition 和 Taint 来满足业务对于故障的感知和容灾。
  • 云原生 AI 套件的调度组件统一采集了火山引擎 IaaS 层的网络拓扑和微拓扑信息，并通过 Kubernetes 原生的方式感知上层业务，实现 NUMA（Non-Uniform Memory Access）拓扑感知调度、RDMA 网络拓扑感知调度等一系列调优策略，帮助用户最大化利用 GPU、RDMA 的计算和网络性能。
  • 与火山引擎的分布式存储服务和镜像仓库服务结合，提供了开箱即用的数据缓存加速、P2P 镜像加速等能力，支持秒级容器启动就绪速度，大幅缩短应用部署时间，节省了用户使用开源方案时，与云服务之间的适配成本。
• 大规模离线任务的调度场景
  • 提供了可插拔的批量计算调度组件，对 Kubernetes 原生的 Job（任务）调度机制进行了拓展，提供了队列管理、任务优先级、弹性资源配额等功能。
  • 基于 Kubernetes 原生调度器进行了插件扩展，提供了 Gang 调度、应用感知调度、任务级别的拓扑感知调度等高级调度功能。
  • 针对 AI 特性的火山引擎 IaaS 层资源进行了调度策略优化，提供了基于 GPU、mGPU 的 Binpack/Spread 调度等能力，并支持 volcano 等开源方案的接入。