EdgeShard Efficient LLM Inference via Collaborative Edge Computing
Background 传统的LLM部署方式主要有两种： 云端部署：将模型完全部署在云服务器上。这种方式虽然计算能力强，但会带来较高的网络延迟、带宽成本，并可能引发用户数据隐私泄露的风险 。 边缘端部署：将模型直接部署在靠近用户的边缘设备上。这种方式可以有效解决延迟和隐私问题，但边缘设备（如手机、物联网网关）的计算和内存资源非常有限，难以承载动辄数十亿参数的LLM 。 现有的解决方案，如模型量化（压缩模型）会造成精度损失 ，而简单的云-边协同（将模型切分两部分）仍然严重依赖与云端的高质量连接 。 论文首次提出了一种名为EdgeShard 的通用LLM推理框架，旨在利用协同边缘计算（Collaborative Edge Computing, CEC）环境 。该环境整合了地理上分布的、异构的多个边缘设备和云服务器的计算资源，形成一个共享资源池 ，共同执行LLM推理任务。 Core Insights EdgeShard 将一个计算密集的LLM智能地 “分片（Shard）”，并将这些分片部署到一组经过精心挑选的异构计算设备上（包括边缘设备和云服务器）。通过这种方式，它能够： 突破内存瓶颈：将一个大到任何单个设备都无法承载的模型，分散到多个设备上，使得部署超大规模模型（如Llama2-70B）成为可能 。 优化推理性能：综合考虑各个设备的计算能力、内存大小以及它们之间的网络带宽等因素，智能地决定哪些设备参与计算以及如何切分模型，从而实现最小化推理延迟或最大化系统吞吐量 。 保障数据隐私：通过策略强制模型的输入层（第一层）必须部署在用户数据所在的源设备上，避免了原始数据在网络中传输，从而降低了隐私泄露风险 。 主要方法 为了实现上述思路，EdgeShard框架的设计包含三个主要阶段： 1. 离线性能剖析 (Offline Profiling) 这是一个一次性的准备步骤 。系统会全面地测量和记录运行LLM所需的关键信息，包括： 模型每一层在不同设备上的平均执行时间（同时考虑了预填充和自回归生成两个阶段） 。 每一层计算后产生的激活值（即中间结果）的大小和内存消耗 。 各个设备的可用内存上限以及设备之间的网络带宽 。 2. 任务调度优化 (Task Scheduling Optimization) 调度器会利用第一阶段收集到的数据，来解决一个“联合设备选择与模型划分”的优化问题。论文针对两种不同的优化目标，设计了两种对应的算法： Hint 提出的两种算法都是简单的动态规划 ...