滚动新闻 →
能源汽车动力系统 什么是800伏高压平台 华为案庭审:汇丰曝主动终止合作 指华为撒谎 马杜罗夫妇涉酷刑迫害罪 美司法部追加新指控 传早有尊界V800车主踩断刹车 但维权无门 从方芳到张婉莹 中共女间谍背后的共同线索 独家探访:许家印两亿豪宅 流浪汉成免费保安 【概览】“衢州烂柯杯”世界围棋公开赛 又是豆腐渣!江苏特大桥桥墩钢筋大面积裸露 川普拍板伊朗战略:11月中期选举前不出兵 加拿大报税晚了会有什么后果 英国普通法如何进入北美殖民地 冰河时代结束后北美出现了怎样的文明 张婉莹同伙加州建商身份曝光 儿子:父亲随大流 门锁不好用怎么办 大模型服务如何计算真实吞吐量,Requests Per Second 与 Tokens Per Second 有什么区别 Google Cloud Storage 版本控制有什么作用,误删文件后能否恢复 河北保定驾校车横冲直撞 所幸行人躲开 四川巴中市政热线12345拖欠工资 网嘲:打12345投诉 SaaS Webhook 是什么?订单、支付和用户事件为什么经常需要它 访民揭露北京警察“卖”访民牟利 屏东南排湾文化 独特“龟甲屋”展现原民智慧 检方揭张婉莹背景 法官当庭拒绝保释 美国务院悬赏1000万 缉拿中共黑客张宇 美再收紧外国留学生政策 将大增工作申请费 英国美军情报基地遭闯入 两外籍男子被捕 世卫再追俄鼠疫真相 预言书三大巧合引关注 债券殖利率上升 油价涨到每桶105美元以上 中共隐瞒麻疹和新冠疫情 叠加感染恐致命 显示器开机完全没有反应,电源适配器和内部电源板怎么检查 马杜罗再遭美起诉酷刑 内幕曝光牵出其妻 主办APEC却拟缩减议程 北京怕什么? 韩国银行遭AI网攻 报告指黑客疑藏身广东 10月8日维权动态 上官正义举报代孕机构 反遭江苏警方限制自由 懂车帝揭尊界刹车断裂原因:支架太薄弱 Windows 11 Temp 临时文件夹是什么?哪些文件可以清理? 中欧贸易谈判前 欧洲议会通过强硬对华建议 欧盟通过抗中决议 陈世民:中共成欧生存威胁 中共跨国镇压升级 美司法部长:优先打击 美中期选举临近 司法部加大力度打击非法投票 国庆光雕秀台民主30年 赖总统:每人都是民主造山者

GPU 调度究竟在调度什么,AI 训练任务如何获得 CPU、GPU、内存和网络资源

发布时间: 2026-09-18 08:30:01    最后更新: 2026-10-08 12:56:41    阅读:79  约9 分钟阅读     

GPU调度在AI训练中究竟解决什么问题

在人工智能训练系统中,GPU是最重要的计算资源之一。随着大模型参数规模不断增加,单台服务器往往需要同时使用多张GPU,甚至需要多个服务器组成GPU集群。此时,如何把训练任务合理分配到GPU上,就成为AI基础设施中的重要问题。

所谓GPU调度,并不是简单地“把任务交给GPU”。真正的GPU调度涉及GPU数量、显存容量、CPU、系统内存、存储以及GPU之间和服务器之间的网络通信等多个方面。一个训练任务即使获得了足够数量的GPU,如果CPU供数不足、显存不够或者GPU之间通信效率太低,最终的训练速度仍然可能非常慢。

首先需要区分GPU资源调度和GPU内部计算调度。

在集群层面,调度系统主要负责决定一个训练任务应该运行在哪些GPU节点上,以及分配多少GPU资源。例如,一个训练任务可能需要4张GPU,调度系统需要寻找具有足够GPU资源的节点,并根据CPU、内存以及其他资源限制决定是否能够启动任务。

但是,调度系统通常不会直接决定GPU内部某一个计算核心执行哪一条指令。GPU内部的线程块、线程束以及计算资源如何执行,是由GPU硬件、驱动程序和计算运行时共同完成的。

因此,所谓“GPU调度”实际上包含两个不同层次:上层是集群和任务级资源调度,下层则是GPU自身的计算调度。两者不能混为一谈。

AI训练还高度依赖CPU和GPU之间的数据传输。

以常见的深度学习训练流程为例,训练数据通常首先从SSD、网络存储等设备读取到系统内存,然后经过数据预处理,再传输到GPU显存。CPU负责数据加载、预处理以及部分控制逻辑,而GPU负责大量矩阵运算和张量计算。

如果数据加载速度跟不上GPU的计算速度,GPU就可能出现等待状态。此时即使服务器拥有非常强大的GPU,整体训练效率也可能受到限制。

因此,AI训练中的GPU利用率并不只取决于GPU本身。数据读取速度、CPU处理能力、PCIe带宽、内存带宽以及数据加载程序的设计,都可能影响最终性能。

显存则是另一个关键限制。

GPU显存需要存放模型参数、梯度、优化器状态以及训练过程中产生的激活值等数据。对于大型模型,显存容量往往比计算能力更加容易成为限制因素。

如果一个模型能够完整放入单张GPU,那么可以使用单GPU训练。如果模型能够放入多张GPU,并且采用数据并行训练,每张GPU通常保存一份模型副本,然后处理不同的数据批次。

数据并行的优势是实现相对简单,但缺点也很明显:每张GPU都需要保存完整模型。

如果模型本身就无法放入单张GPU显存,就需要采用其他方式。例如,可以使用张量并行,将模型中的计算和参数分布到多个GPU;也可以采用流水线并行,将模型不同阶段放到不同GPU上。此外,FSDP、ZeRO以及各种CPU或NVMe offload技术,也可以通过重新组织参数、梯度和优化器状态的存储方式降低单张GPU的显存压力。

多GPU训练的另一个核心问题是通信。

当多个GPU共同训练一个模型时,它们需要交换大量数据。数据并行训练中,每张GPU计算自己的局部梯度后,通常需要通过AllReduce等集合通信操作进行梯度同步。

AllReduce并不是简单地把一个GPU的数据广播给所有其他GPU。实际系统可以使用Ring AllReduce、Tree等不同算法,根据GPU数量、网络拓扑和通信环境选择不同的实现方式。

当GPU数量增加以后,通信可能逐渐成为训练系统的主要瓶颈。

例如,两张GPU之间的数据交换相对简单,但当几十张甚至数百张GPU共同训练时,GPU之间需要交换的数据量会急剧增加。此时,GPU之间的互联方式、服务器内部PCIe拓扑、NVLink或NVSwitch以及服务器之间的网络结构都会影响训练效率。

在服务器内部,高端GPU系统通常会使用NVLink或NVSwitch提高GPU之间的数据交换效率。与传统PCIe连接相比,这类高速互联可以提供更高的GPU间通信带宽。

不过,不能简单地把某一个带宽数字理解为所有情况下的实际通信速度。实际性能还受到GPU拓扑、通信算法、消息大小、软件栈以及同时运行的其他任务影响。

服务器之间的通信则通常依赖高速网络。

大型AI集群可能采用InfiniBand或者基于以太网的RoCE等高速网络技术。RDMA可以降低网络通信过程中CPU和操作系统内核的参与程度,从而减少通信开销。

在进一步采用GPUDirect RDMA等技术后,网络设备可以更加直接地访问GPU显存,从而减少数据在CPU和系统内存之间不必要的复制。

因此,大模型训练集群中的网络性能并不仅仅取决于“网卡是多少Gbps”。网络延迟、带宽、拓扑结构、交换机性能、拥塞控制以及通信库都会影响最终结果。

集群调度还需要考虑资源碎片问题。

例如,一台服务器可能有8张GPU,但其中已经有6张被其他任务占用。如果新的训练任务需要4张GPU,即使整个集群还有足够的GPU总数量,也可能无法在当前节点立即启动。

这就是GPU资源碎片化问题。

对于多租户AI集群,调度系统还需要考虑GPU类型和显存容量。一个任务可能要求特定型号的GPU,或者要求具有足够显存的GPU。如果调度系统只按照“GPU数量”分配资源,而忽略GPU型号和显存差异,就可能出现任务虽然成功启动,但性能远远达不到预期的情况。

Kubernetes环境中的GPU管理也需要区分不同组件。

Kubernetes本身负责容器和工作负载的调度,而GPU通常通过Device Plugin等机制向Kubernetes暴露为可调度资源。NVIDIA GPU Operator则主要负责在Kubernetes集群中自动部署和管理GPU驱动、Device Plugin、容器运行时相关组件以及监控等GPU软件栈。

因此,不能简单地说“GPU Operator就是GPU调度器”。在实际集群中,GPU资源发现、资源分配、节点调度和GPU软件栈管理通常由多个组件共同完成。

除了资源数量,GPU共享也是一个重要问题。

对于部分推理或者轻量级计算任务,可以通过MIG等技术把支持该功能的GPU划分成相互隔离的GPU实例,使多个任务共享一块物理GPU。也可以采用时间片等方式进行共享。

但是GPU共享并不意味着所有任务都能获得完全相同的性能。不同任务的计算量、显存需求、内存访问模式和通信需求都可能不同。因此,多租户环境中的调度系统还需要考虑公平性、优先级以及资源隔离。

GPU调度的最终目标,是尽可能减少GPU等待时间,同时提高整个集群的资源利用率。

例如,一个训练任务可能需要8张GPU持续运行数小时,而另一个推理任务只需要一张GPU运行几分钟。如果调度策略只考虑GPU数量,而不考虑任务持续时间、优先级和资源需求,就容易产生资源闲置或者任务长期排队的问题。

因此,实际AI集群通常会结合队列、优先级、资源配额、抢占以及拓扑感知等策略进行调度。

拓扑感知尤其重要。

如果一个训练任务需要8张GPU,那么把8张GPU放在同一台具有高速GPU互联的服务器中,通常比把它们分散到多台服务器上更有利于降低通信开销。但如果整个任务规模已经超过单台服务器能够提供的GPU数量,就必须跨节点通信,此时网络拓扑的重要性进一步提高。

从整个系统来看,AI训练性能实际上是计算、显存、数据和通信共同作用的结果。

GPU计算能力再强,如果数据无法及时送入GPU,计算资源仍然会被浪费;显存容量再大,如果GPU之间通信速度不足,多GPU训练仍然可能受到限制;网络带宽再高,如果调度策略导致大量资源碎片,同样无法发挥集群的整体性能。

因此,GPU调度真正解决的问题,并不是简单地“把GPU分给谁”,而是在有限资源条件下,让不同类型的AI任务尽可能合理地使用计算、显存、CPU、存储和网络资源。

对于小规模AI服务器,合理配置GPU、CPU、内存和存储,往往比复杂的调度系统更加重要。而对于拥有几十、几百甚至更多GPU的大型集群,资源调度、拓扑感知、通信优化和多租户隔离就会成为决定整体效率的重要基础设施。

归根结底,GPU调度是AI基础设施的一项资源管理技术。它连接的是训练任务与底层硬件,而真正高效的调度并不是单纯追求GPU利用率最高,而是在性能、资源利用率、公平性、稳定性和成本之间找到合理平衡。随着大模型训练规模不断扩大,这种综合资源调度能力的重要性也会越来越高。

喜欢这篇报道?

使用下面的功能,方便以后继续阅读和分享 MNewsTV

设为 Google 新闻首选来源 让 Google 新闻优先显示 MNewsTV 的最新报道 ›
★ 我的收藏 查看已经收藏的文章
关于文章收藏 收藏不需要注册帐号,收藏信息仅保存在当前浏览器中。 删除收藏请进入「我的收藏」进行管理。
分享这篇报道

捐助(Paypal): https://www.paypal.me/observeccp
订阅中国观察电报 Telegram : https://t.me/s/ObserveCCP