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qwen36_01/worklogs/decode_analysis_report_2026-07-14.md

14 KiB
Raw Blame History

Decode 吞吐专项实验分析报告

日期：2026-07-14

一、结论摘要

本轮实验确认：当前服务的主要短板是 decode 阶段吞吐，而不是 prompt prefill、tool parser 或 reasoning parser。

核心证据：

  • 短 prompt、单并发、256 token 输出时，Output TPS P10 只有 8.3-8.7 tok/s，明显低于官方目标 >=20 tok/s。
  • 去掉 --enable-auto-tool-choice、--tool-call-parser、--reasoning-parser 后，decode TPS 没有提升，反而略低。
  • 加并发后没有获得 batch 增益：并发 1 聚合约 8.00 tok/s，并发 2 聚合约 7.23 tok/s，并发 4 聚合约 5.08 tok/s。
  • 并发 2 时硬件采样显示平均 GPU-Util 只有 28.9%，平均功耗约 49.7W / 250W，说明 GPU 没有被持续打满。

初步判断：瓶颈更像是 decode 路径中的调度、TP 同步、MoE kernel/专家路由、paged attention/kernel launch 开销，或 xFormers 后端限制，而不是 API parser 层。

二、实验环境

远端服务：

  • 模型：/root/public-storage/models/Qwen/Qwen3.6-35B-A3B
  • API：vllm.entrypoints.openai.api_server
  • GPU：4 x Iluvatar BI-V100, 32GB
  • 当前主要实验配置：
    • -tp 4
    • --gpu-memory-utilization 0.95
    • --max-num-seqs 2
    • --max-num-batched-tokens 8192
    • --enable-chunked-prefill
    • --enable-prefix-caching

本地脚本：

  • worklogs/decode_microbench.py

远端脚本：

  • /root/work/decode_microbench.py

本地原始结果：

  • worklogs/remote_results/2026-07-14-decode/

三、实验结果

1. 纯短 prompt decode 基线

完整 parser 配置，短 prompt，单并发，3 请求，每请求 max_tokens=256。

结果文件：

  • 远端：/root/work/logs/decode_full_parser_short_c1_t256_r3.json
  • 本地：worklogs/remote_results/2026-07-14-decode/decode_full_parser_short_c1_t256_r3.json

指标：

指标 数值
成功率 100%
TTFT P90 1.85s
Output TPS P10 8.74 tok/s
Output TPS P50 8.74 tok/s
聚合 Output TPS 8.34 tok/s
总 completion tokens 768
reasoning tokens 768

解释：

短 prompt 下 TTFT 已经较低，但 decode 速度仍只有约 8.7 tok/s。这说明长上下文不是唯一问题，短输出生成本身就偏慢。

2. Tool/parser 触发场景

完整 parser 配置，携带 29 个 tools，单并发，3 请求，每请求 max_tokens=128。

结果文件：

  • 远端：/root/work/logs/decode_full_parser_tool_c1_t128_r3.json
  • 本地：worklogs/remote_results/2026-07-14-decode/decode_full_parser_tool_c1_t128_r3.json

指标：

指标 数值
成功率 100%
TTFT P90 4.98s
Output TPS P10 8.70 tok/s
Output TPS P50 8.70 tok/s
聚合 Output TPS 7.38 tok/s
prompt tokens 6639
cached tokens 4416
completion tokens 384

单请求细节：

  • 第 1 个请求：TTFT 5.97s，cached tokens 0
  • 第 2/3 个请求：TTFT 约 1.0s，cached tokens 2208

解释：

工具 schema 会明显影响首次 prefill/TTFT，但前缀缓存命中后 TTFT 恢复。Output TPS 仍约 8.7 tok/s，与纯短 prompt 基本一致，所以 tool parser 不是 decode TPS 主瓶颈。

3. Parser-off 对照

重启服务，去掉：

  • --enable-auto-tool-choice
  • --tool-call-parser qwen3_coder
  • --reasoning-parser qwen3

其余参数保持一致。

短 prompt，单并发，3 请求，每请求 max_tokens=256。

结果文件：

  • 远端：/root/work/logs/decode_noparser_short_c1_t256_r3.json
  • 本地：worklogs/remote_results/2026-07-14-decode/decode_noparser_short_c1_t256_r3.json

指标：

指标 完整 parser parser-off
成功率 100% 100%
TTFT P90 1.85s 3.18s
Output TPS P10 8.74 8.30
Output TPS P50 8.74 8.33
聚合 Output TPS 8.34 7.87

解释：

关闭 parser 没有改善 decode。parser/reasoning/tool 相关启动项不是当前 decode 吞吐低的主因。

4. 并发曲线

parser-off 服务，短 prompt，每请求 max_tokens=128。

结果文件：

  • decode_noparser_short_c1_t128_r4.json
  • decode_noparser_short_c2_t128_r4.json
  • decode_noparser_short_c4_t128_r4.json

指标：

并发 请求数 成功率 TTFT P90 Output TPS P10/请求 聚合 Output TPS
1 4 100% 0.79s 8.30 8.00
2 4 100% 0.92s 3.68 7.23
4 4 100% 51.60s 2.57 5.08

解释：

并发提高后没有形成有效 batch 增益。并发 2 时单请求 TPS 近似减半，聚合 TPS 也略降；并发 4 时出现明显排队，TTFT P90 被拉到 51.6s。

这说明当前配置下 decode 并发能力很弱。由于服务参数 --max-num-seqs=2，并发 4 的后两个请求排队符合预期；但并发 2 聚合吞吐仍不提升，说明 decode 内部没有把双请求 batch 变成更高硬件利用率。

5. 硬件利用率采样

parser-off 服务，并发 2，4 请求，每请求 max_tokens=128，同时采样 ixsmi。

结果文件：

  • 远端：/root/work/logs/decode_noparser_short_c2_t128_r4_monitor.json
  • 远端：/root/work/logs/ixsmi_noparser_short_c2_t128_r4_monitor.json
  • 本地同名文件位于：worklogs/remote_results/2026-07-14-decode/

指标：

指标 数值
成功率 100%
TTFT P90 0.92s
Output TPS P10 3.79 tok/s
聚合 Output TPS 7.40 tok/s
ixsmi records 52
parsed GPU samples 208
平均 GPU-Util 28.91%
最大 GPU-Util 100%
平均显存 30477 MiB
最大显存 30555 MiB
平均功耗 49.67 W
最大功耗 51 W

解释：

GPU 利用率和功耗都偏低。虽然瞬时 GPU-Util 能到 100%，但平均只有约 29%，功耗长期接近空载到轻载水平。这说明 decode 过程中存在大量空泡、同步等待或小 kernel 启动开销，GPU 算力没有被持续喂满。

四、瓶颈判断

当前最可能的瓶颈排序：

  1. Decode 调度/后端限制

    • --num-scheduler-steps 4 曾尝试失败。
    • 报错：Multi-Step + Chunked-Prefill not supported for attention backend: xformers。
    • 当前服务日志显示使用 XFormers backend。

  2. TP 通信或同步开销

    • 模型使用 -tp 4。
    • 短 decode 每步都可能涉及多卡同步。
    • 并发 2 聚合 TPS 不升反降，符合小 batch 多卡同步效率差的特征。

  3. MoE decode kernel/专家路由效率

    • Qwen3.6-35B-A3B 是 MoE 模型。
    • decode batch 小时，专家路由和 fused MoE kernel 可能难以形成高利用率。

  4. Paged attention / attention backend 每 token 开销

    • 当前 attention 后端为 xFormers。
    • multi-step decode 被 xFormers + chunked prefill 组合限制。

  5. API/parser 层

    • 本轮实验基本排除其为主瓶颈。
    • tool/schema 影响首次 TTFT，但不显著影响 decode TPS。

五、下一步建议

建议下一步不要直接改大段 kernel，而是先做两个能明确指向代码修改方向的服务变体实验。

实验 A：decode-only multi-step 变体

目的：验证 multi-step scheduling 是否能明显提升 decode。

做法：

  • 暂时关闭 --enable-chunked-prefill
  • 加回 --num-scheduler-steps 4
  • 保持 max_num_seqs=2
  • 跑短 prompt decode 并发 1/2 曲线

判断：

  • 如果 Output TPS 明显提升，说明 decode 调度是关键方向。
  • 后续要研究如何让 multi-step 与长上下文 chunked prefill 共存，或按场景切换。

风险：

  • 官方长上下文负载仍需要 chunked prefill，所以这不是最终配置，只是定位实验。

实验 B：attention backend 变体

目的：确认是否可以启用兼容 multi-step 的 attention backend。

做法：

  • 尝试设置 VLLM_ATTENTION_BACKEND=FLASH_ATTN
  • 或检查 CoreX/xFormers flash attention 能否被 vLLM selector 选中
  • 如果能启动，再测试 multi-step + chunked prefill

判断：

  • 如果 flash attention 能启动且 multi-step 可用，优先走 backend 配置/适配路线。
  • 如果不能启动，需要看 vllm/attention/selector.py、vllm/attention/backends/* 和 CoreX xFormers 补丁。

实验 C：代码级 profiling

目的：把低 GPU 利用率归因到具体模块。

建议插桩位置：

  • vllm/worker/model_runner.py
  • vllm/worker/multi_step_model_runner.py
  • vllm/model_executor/models/qwen3_moe.py
  • vllm/model_executor/layers/fused_moe/*
  • attention.py
  • paged_attn.py

记录每步：

  • model forward 耗时
  • attention 耗时
  • MoE/MLP 耗时
  • sampler 耗时
  • 每步前后同步耗时

实验 D：服务参数小网格

目的：确认当前 max_num_seqs=2 是否已经是最优。

建议组合：

参数 候选
max_num_seqs 1, 2, 4
max_num_batched_tokens 4096, 8192
chunked_prefill on/off
num_scheduler_steps 1, 4

优先只在短 prompt decode 上跑，快速筛掉无效组合。

六、当前推荐行动

下一步优先跑：

  1. chunked_prefill=off + num_scheduler_steps=4
  2. 若能启动，跑 decode c1/c2/c4 曲线和 ixsmi 采样
  3. 若 decode TPS 明显提升，再研究如何兼容官方长上下文 prefill
  4. 若没有提升，进入 qwen3_moe / fused_moe / attention 的代码级 profiling

本轮最重要的事实是：GPU 平均利用率只有约 29%，所以先不要把问题简单归因为“卡算不动”。更像是当前 decode 执行路径没有把四张卡持续喂满。

七、调度方向验证实验：multi-step decode

追加日期：2026-07-14

目标

验证 --num-scheduler-steps 4 是否能作为 decode 吞吐提升方向。

由于上一轮实验显示并发升高没有带来 aggregate TPS 增益，且平均 GPU 利用率只有约 29%，multi-step scheduling 是最直接的调度侧候选优化：它理论上可以减少每 token 调度往返和 Python/worker 协调开销，让 decode 连续执行多个 step。

实验 1：关闭 chunked prefill，直接启用 multi-step

启动变体：

  • --num-scheduler-steps 4
  • 不加 --enable-chunked-prefill
  • --max-model-len 100000
  • --max-num-batched-tokens 8192
  • 其它参数沿用完整 parser 服务配置

结果：

  • 服务未启动。
  • 远端日志：/root/work/logs/server_exp_sched4_nochunk_fullparser.log
  • 本地归档：worklogs/remote_results/2026-07-14-scheduler/server_exp_sched4_nochunk_fullparser.log

失败原因：

ValueError: max_num_batched_tokens (8192) is smaller than max_model_len (100000).

解释：

关闭 chunked prefill 后，vLLM 要求 max_num_batched_tokens >= max_model_len，否则实际最大可处理序列会被 max_num_batched_tokens 限制。这个配置不能用于官方长上下文，也无法进入 decode 压测。

实验 2：decode-only 诊断配置

为绕过实验 1 的限制，临时降低上下文长度，只用于短 prompt decode 诊断。

启动变体：

  • --max-model-len 4096
  • --max-seq-len-to-capture 4096
  • --max-num-batched-tokens 8192
  • --num-scheduler-steps 4
  • 不加 --enable-chunked-prefill
  • attention backend 仍为自动选择

结果：

  • 服务未启动。
  • 远端日志：/root/work/logs/server_exp_sched4_nochunk_len4096_fullparser.log
  • 本地归档：worklogs/remote_results/2026-07-14-scheduler/server_exp_sched4_nochunk_len4096_fullparser.log

关键日志：

Using XFormers backend.
ValueError: Multi-Step not supported for attention backend: xformers.
Set VLLM_ATTENTION_BACKEND to a value from ['flash-attn', 'rocm-flash-attn', 'flashinfer'].

解释：

这说明当前环境不是“chunked prefill 与 multi-step 的组合不支持”这么简单，而是 xformers attention backend 本身不支持 multi-step worker。只要 attention backend 仍然落到 xFormers，multi-step 调度就无法启用。

实验 3：强制 FlashInfer backend

启动变体：

  • 环境变量：VLLM_ATTENTION_BACKEND=FLASHINFER
  • --max-model-len 4096
  • --num-scheduler-steps 4
  • 不加 --enable-chunked-prefill
  • 其它参数同实验 2

结果：

  • 服务未启动。
  • 远端日志：/root/work/logs/server_exp_sched4_nochunk_len4096_flashinfer.log
  • 本地归档：worklogs/remote_results/2026-07-14-scheduler/server_exp_sched4_nochunk_len4096_flashinfer.log

关键日志：

TypeError: 'NoneType' object is not callable
...
self._decode_wrapper = BatchDecodeWithPagedKVCacheWrapper(...)

解释：

vllm/attention/backends/flashinfer.py 会导入：

  • flashinfer.BatchDecodeWithPagedKVCacheWrapper
  • flashinfer.decode.CUDAGraphBatchDecodeWithPagedKVCacheWrapper
  • flashinfer.prefill.BatchPrefillWithPagedKVCacheWrapper
  • ixformer.contrib.vllm_flash_attn.flash_attn_varlen_func

当前环境中至少有关键 FlashInfer wrapper 没导入成功，导致 wrapper 为 None，在 profiling 阶段调用时报错。

实验结论

本轮没有进入 c1/c2/c4 decode 曲线压测，因为 multi-step 服务在启动阶段就失败。

结论不是“调度一定无效”，而是：

  1. 当前 xFormers backend 下，multi-step 调度不可用。
  2. 当前 FlashInfer backend 依赖不完整或与 CoreX 环境不兼容，不能直接替代 xFormers。
  3. 自动 FlashAttention 也不可用；此前日志已显示 vllm_flash_attn 包缺失，因此自动回落到 xFormers。

因此，调度优化如果要继续推进，前置任务是 attention backend 适配：

  • 路线 A：补齐/修复 CoreX 环境里的 FlashAttention 或 FlashInfer backend。
  • 路线 B：改造 xFormers backend 或 MultiStepModelRunner，使其支持当前 xFormers 路径。
  • 路线 C：绕过 multi-step，直接 profile xFormers decode、paged attention、MoE 与 TP 通信开销。

对下一步方向的影响

短期内，继续调 --num-scheduler-steps 没意义；它被 backend 卡住了。

下一步建议改为两条线并行：

  1. backend 可用性线

    • 检查 flashinfer 和 ixformer.contrib.vllm_flash_attn 在服务器上的实际导入错误。
    • 确认官方镜像/包中是否本应包含 vllm_flash_attn。
    • 如果能补齐依赖，再重跑 multi-step decode 曲线。

  2. 代码 profiling 线

    • 直接在当前可用 xFormers 路径插桩。
    • 重点记录每 token decode 中 attention、MoE、sampler、TP 同步的耗时。
    • 当前平均 GPU 利用率低，profiling 比继续盲调参数更有价值。