As machine learning models scale in size and complexity, their computational requirements become a significant barrier. Mixture-of-Experts (MoE) models alleviate this issue by selectively activating relevant experts. Despite this, MoE models are hindered by high communication overhead from all-to-all operations, low GPU utilization due to the synchronous communication constraint, and complications from heterogeneous GPU environments. This paper presents Aurora, which optimizes both model deployment and all-to-all communication scheduling to address these challenges in MoE inference. Aurora achieves minimal communication times by strategically ordering token transmissions in all-to-all communications. It improves GPU utilization by colocating experts from different models on the same device, avoiding the limitations of synchronous all-to-all communication. We analyze Aurora's optimization strategies theoretically across four common GPU cluster settings: exclusive vs. colocated models on GPUs, and homogeneous vs. heterogeneous GPUs. Aurora provides optimal solutions for three cases, and for the remaining NP-hard scenario, it offers a polynomial-time sub-optimal solution with only a 1.07x degradation from the optimal. Aurora is the first approach to minimize MoE inference time via optimal model deployment and communication scheduling across various scenarios. Evaluations demonstrate that Aurora significantly accelerates inference, achieving speedups of up to 2.38x in homogeneous clusters and 3.54x in heterogeneous environments. Moreover, Aurora enhances GPU utilization by up to 1.5x compared to existing methods.


翻译:随着机器学习模型规模和复杂度的增加,其计算需求成为显著瓶颈。混合专家模型通过选择性激活相关专家来缓解这一问题。尽管如此,MoE模型仍受限于全对全操作带来的高通信开销、同步通信约束导致的GPU利用率低下,以及异构GPU环境带来的复杂性。本文提出Aurora系统,通过联合优化模型部署和全对全通信调度来解决MoE推理中的这些挑战。Aurora通过在全对全通信中策略性地排序令牌传输,实现了最小化通信时间。它通过将不同模型的专家共置于同一设备上,避免了同步全对全通信的限制,从而提高了GPU利用率。我们从理论上分析了Aurora在四种常见GPU集群配置下的优化策略:GPU上独占模型与共置模型、同构GPU与异构GPU。Aurora为其中三种情况提供了最优解,而对于剩余的NP难场景,它提供了多项式时间的次优解,其性能仅比最优解低1.07倍。Aurora是首个通过在不同场景下优化模型部署和通信调度来最小化MoE推理时间的方法。评估结果表明,Aurora显著加速了推理,在同构集群中实现了高达2.38倍的加速,在异构环境中实现了高达3.54倍的加速。此外,与现有方法相比,Aurora将GPU利用率提升了高达1.5倍。

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