NVIDIA Multi-Process Service (MPS) enables fine-grained GPU sharing by allowing multiple processes to execute concurrently on the same GPU, making it an important mechanism for improving GPU utilization. However, MPS has weak fault resilience: a fault in one process can terminate all co-running processes, limiting its adoption in resilience-critical settings such as multi-tenant GPU clusters. In this work, we design fault-resilient MPS to solve this problem. Our design is guided by insights from a systematic characterization of GPU faults and a deep analysis of their end-to-end processing pipeline. Based on these insights, we design two complementary mechanisms. First, we design a fault isolation mechanism for the dominant memory-related faults that can be fully isolated while preserving process-level fail-stop semantics by software intervention in the open GPU driver kernel module. For other faults whose process is within proprietary software, we design a fast-recovery substrate that combines virtual-memory-based GPU-resident state sharing with pre-initialized standbys. Our evaluation across GPUs and workloads demonstrates effective fault isolation and fast recovery with minimal overhead: in an end-to-end case study, isolation incurs no visible outage, while recovery restores pre-fault throughput in 355\,ms.


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