Зачем Авито нужна своя Inference-платформа для ML-LLM-сервисов: PaaS vs отдельное решение

Меня зовут Антон Алексеев, я ML Ops-инженер в Авито.

В этой статье я разберу, почему существующий PaaS — отличный инструмент для веб-сервисов, но плохо подходит для ML/LLM-Inference, и с какими похожими проблемами сталкиваются крупные компании, у которых те же задачи.

Также расскажу, почему было принято решение не дорабатывать PaaS под Inference, а строить отдельную Inference-платформу на базе готового open-source ядра, и почему этот путь оказался предпочтительнее.

Содержание

• История возникновения проблемы

• Как устроен PaaS Авито и для чего он создавался

• Почему ML и LLM — это не «ещё один микросервис»

• PaaS vs отдельная Inference-платформа

• Почему не с нуля, а на базе open-source ядра

• Где сейчас находится проект

История возникновения проблемы

Много лет Авито прекрасно жил и продолжает жить на PaaS-платформе, которая отлично подходит для веб-сервисов. За последние несколько лет вокруг неё выросла целая система инструментов для ML: фичесторы, коллекторы, целая ML-платформа отдельным кластером. Как будто бы при таком наборе можно закрыть любую задачу. Но тут встал вопрос: как катить в прод обученные модели?

Изначально так и стали катить всё в PaaS как веб-сервисы, но столкнулись с проблемами. Что если нам нужно поддерживать несколько моделей? Можно ли разместить разные модели на одном сервере? Как управлять несколькими графическими процессорами на одном узле? Эффективно ли мы обрабатываем операции ввода-вывода?

В Авито для веб-сервисов топовое решение — это PaaS-платформа. А вот для ML- и LLM-моделей, которые до сих пор пытались жить внутри PaaS или разрозненных самодельных решений, пока отдельной платформы под свои задачи нет. Для Inference-сервисов необходима отдельная Inference-платформа на базе open-source решения KServe, чтобы комьюнити помогало продвигать дополнительные фичи, которых нет в существующем PaaS.

Проблема была в том, что наша PaaS-платформа не содержит весь перечень функциональности, который нужен ML-Inference, а его добавление — это годы разработки, так как система изначально под это не была заточена.

Как устроен PaaS Авито и для чего он создавался

PaaS в Авито изначально строился вокруг задачи дать разработчику выкатить микросервис одним кликом и убрать с его плеч всю возню с инфраструктурой: CI/CD, интеграция с базами данных, логирование, метрики, автоскейлинг по нагрузке. Это классическая платформа для stateless-сервисов, написанных преимущественно на Go, с предсказуемым профилем потребления ресурсов: CPU и оперативная память, горизонтальное масштабирование числом реплик, деплой новой версии за минуты. Подробнее как устроен PaaS Авито можно почитать здесь.

Всё это отлично работает, пока речь идёт о бэкенд-сервисах с бизнес-логикой. Но как только в эту модель пытаешься внедрить ML-модель, особенно LLM, начинают вылезать нестыковки на каждом уровне.

Почему ML и LLM — это не «ещё один микросервис»

Разница между обычным веб-сервисом и ML/LLM-Inference не сводится к нужен GPU вместо CPU. Она влияет на весь жизненный цикл сервиса.

Платформа должна брать на себя только Inference-специфичные вещи, а бизнес-логика продуктов должна жить снаружи и обращаться к платформе через понятный интерфейс, но не быть зашитой внутрь сервинга.

Бизнес-логику нужно уводить из Inference, потому что между ними большая разница.

Причин выносить бизнес-логику из Inference целая масса: батчинг, очередь запросов, кэш ответов, поддержка нескольких моделей одновременно, мультифреймворковость, управление несколькими GPU на одной ноде, оптимизация рантайма, мониторинг метрик сервера, версионирование моделей, зависимость от архитектуры железа.

Динамический батчинг: Причина в экономике GPU, ведь Inference — это в первую очередь throughput-игра, и GPU простаивает при batch=1, потому что узкое место — не compute, а memory bandwidth (загрузка весов) для LLM-моделей. Динамический батчинг склеивает независимые запросы разных клиентов в один forward pass, и разница в utilization может быть 5-10x. Написать это руками в PaaS технически можно, но там сразу вылезают вопросы: как не увеличивать latency ожидающих запросов, как учитывать padding для разной длины последовательностей, как совместить асинхронный приём запросов с блокирующим forward pass без деградации latency — на чистом Python это упирается в GIL. Это ровно то место, где самодельное решение обычно либо не работает, либо превращается в собственную маленькую Inference-платформу.

Очередь запросов: Без очереди с backpressure под нагрузкой веб-процесс либо захлёбывается (thread pool exhaustion), либо начинает отвечать с деградирующей latency без возможности сказать подожди. Очередь не убирает перегрузку, а превращает её в задержку. Вместо того чтобы упасть под пиковой нагрузкой, сервис продолжает укладываться в SLA, но с ростом latency. Для продакшена это вопрос выживаемости системы, а не оптимизации. Короче говоря, очередь запросов — не столько фича, сколько защита от каскадных отказов.

Железо: Это единственная причина в списке, которая не про производительность, а про то, что бизнес-логика в принципе не должна знать, что модель квантована в FP8 и крутится на конкретном Inference-движке под конкретный ускоритель. Если это размазано по веб-фреймворку, вы получаете hard dependency: смена GPU-поколения или бэкенда требует трогать код, который отвечает за HTTP-роутинг. Разделение — это в чистом виде разделение ответственности (separation of concerns), а не про скорость.

PaaS оптимизирован под распределение ресурсов между CPU и RAM: подов много, каждый лёгкий, ресурсы делятся гранулярно, спецификация нод скрыта от разрабов, потому что им в большей степени всё равно, на каком железе запустится их сервис. GPU — дефицитный и дорогой ресурс, который плохо дробится, а простаивающий GPU — это большие деньги на ветер.

Нужно понимать, что есть различные архитектуры GPU, от чего зависит производительность сервиса. Разные архитектуры требуют разной поддержки в рантайме, разных CUDA capability, разных оптимизаций, и платформа должна это абстрагировать. Чем круче архитектура, тем GPU дороже. 

Жизненный цикл обновлений: обычный сервис обновляется по коммиту в репозиторий, потому что новая версия весит лишь МБ и катится за секунды. 

LLM-модель обновляется по-другому: релиз — это новые веса размером в десятки ГБ, которые нужно скачать, прогреть, провалидировать перед тем, как переключить на них трафик. Холодный старт LLM — это не поднять под за пару секунд, а загрузить образ с библиотеками для GPU (несколько ГБ, иногда 15-20+), загрузить модель на диск, потом в сам GPU, инициализировать движок, что может занимать десятки минут.

ML-модель занимает МБ, но в ней важно, что её можно часто обновлять и выкатывать, и это не должно требовать перезагрузки самого сервиса.

Масштабирование: веб-сервис масштабируется по RPS почти линейно (stateless-слой): добавили реплик, разложили нагрузку балансировщиком и готово.

У LLM-Inference есть батчинг запросов, KV-кэш, который растёт вместе с длиной контекста, и совершенно нелинейная зависимость latency от одновременной нагрузки. Стандартный HPA по CPU/RAM тут не поможет, а «из коробки» он и не умеет смотреть на загрузку GPU. Чтобы завести автоскейлинг по GPU-метрикам, нужна отдельная связка вроде DCGM Exporter и Prometheus Adapter, которую ещё нужно встроить в платформу. Плюс к этому будет принципиально другая модель отказоустойчивости: не перезапустить под, а аккуратно слить трафик с модели, которая ещё проводит батчинг.

У ML-Inference (CV, ранжирование, рекомендательные модели) картина третья: нет авторегрессии и растущего KV-кэша, зато вычисление обычно однопроходное и предсказуемое: время Inference почти не зависит от истории запроса, только от размера входа и батча. Масштабирование во многом сводится к правильной динамической батчировке на GPU и скейлингу по загрузке видеокарты, а не по CPU/RAM. Те же ограничения автоскейлинга, что и у LLM, только без нелинейности от контекста. Не вся ML-Inference нагрузка в ранжировании/рекомендациях крутится на GPU. Классические сценарии массово живут на CPU, там логика автоскейлинга снова ближе к CPU-метрикам. Отказоустойчивость при этом ближе к веб-сервису: под с моделью можно перезапустить относительно безболезненно, поскольку для feature-based ranking/CV-моделей нет долгоживущего состояния вроде KV-кэша, которое нужно аккуратно досливать.

Дорабатывать под всё это PaaS, спроектированный для CPU-сервисов, значит тянуть в общую платформу логику, нужную маленькой части пользователей, и рисковать стабильностью для всех остальных. Поэтому тут встаёт естественный вопрос: не как встроить это в PaaS, а нужна ли отдельная платформа?

PaaS vs отдельная Inference-платформа

В таблице привожу плюсы и минусы обоих решений: доработать существующий PaaS и запилить отдельную Inference-платформу.

В нашем случае решающим аргументом стало то, что доработка PaaS под конкретный сценарий Inference потребовала бы либо компромиссов в архитектуре общей платформы, либо создания внутри PaaS фактически отдельного подмодуля, то есть той же отдельной платформы, только более запутанной организационно и технически.

Почему не с нуля, а на базе open-source ядра

Мы решили сделать отдельную Inference-платформу на open-source движке, интегрировать её с PaaS как внешнюю зависимость, ведь строить отдельную платформу не значит писать оркестрацию Inference с нуля.

Выбор в пользу open-source движка относительно  собственной разработки для деплоя веб сервисов в PaaS сделали, потому что:

– По времени реализации стабильного базового функционала решения схожи;

– На дополнительный функционал (например, LLM специфичные фичи, динамический батчинг)  в PaaS будут потрачены кварталы;

– В случае с абстрактным PaaS-сервисом, который не связан с Inference, в дальнейшем добавление нового функционала для ML, который сейчас развивается особенно быстро, будет занимать сильно больше времени. За последние пару лет в Kubernetes оформился стандарт для serving ML-моделей. Community-операторы вроде KServe берут на себя базовую механику: Custom Resource для описания модели, интеграцию с Inference-движками вроде vLLM, Triton, TensorFlow Serving и TorchServe, автоскейлинг, health-check, версионирование.

Также сравнили KServe в ML-платформе или KServe в PaaS и решили оставить в ML платформе, потому что: 

• команда ML Platform имеет бо́льшую экспертизу по ML- / LLM-Inference (есть компетенции MLOps, SRE, MLE)

• находимся в контакте с DS / LLM инженерами, т.к у нас уже есть платформа для обучения и оффлайн Inference

• единый интерфейс Inference-платформы, который объединяет: model registry, feature store, обучение и оффлайн Inference

• по многим пунктам наши доработки совпадают: новый кластер, изменение в ci/cd при деплое с новыми манифестами, добавление у ML специфичных рантаймов кастомных метрик и дашбордов. Из дополнительного нам понадобится интеграция с mesh PaaS, чтобы обеспечить минимальный оверхед в latency при походах из PaaS в сервисы Inference-платформы.

• текущая инсталляция paas на 3 дц реализована через отдельные control plane (на каждый дц свой), что может усложнить процесс доставки Inference и автоскейлинг 

Среди open-source движков мы выбирали между несколькими:

1. KServe

2. Seldon

3. Ray Serve

4. Yatai (Bento ML)

5. vLLM Production Stack

Основные выводы по сравнению

1. PaaS имеет ограниченную функциональность, где из коробки не будет доступно большинство фич LLM. Требует дополнительной разработки.

2. KServe обладает наибольшей функциональностью для Inference LLM, доступной в opensource. Имеет несколько режимов деплоя, для LLM рекомендован стандартный, для ML моделей — Knative. Стоит либо по умолчанию использовать стандартный режим (если нет необходимости в scale to zero), либо гибридный с явным указанием в Inference режима деплоя.

3. Ray Serve и BentoML порождают поверх k8s дополнительные сущности в виде «кластеров», некие k8s внутри k8s. Это позволяет реализовывать multi-node Inference, но в остальных случаях может создавать оверхед.

4. Seldon Core v2 основные фичи для LLM поддерживает в enterprise версии, например LLM module.

5. VLLM production stack ограничен только функциональностью Inference LLM моделей, завязан на конкретный движок VLLM. Не имеет явных преимуществ по сравнению с KServe.

6. Результат по LLM — тоже KServe.

Сравнивая возможные варианты, выбрали KServe как наиболее популярное и стабильное решение как для ML, так и для LLM Inference, у него наиболее активное развитие среди специализированных inference-операторов и более широкий функционал (если рассматривать именно Inference, не полный функционал как ML платформу).

Для справки:

KServe — это open-source фреймворк для запуска, масштабирования и управления ML-моделями, «швейцарский нож» для Inference. Пользователь описывает манифест (InferenceService), а KServe сам поднимает модель как сервис. Также для него есть Knative — платформа для поставки и управления рабочими нагрузками с помощью бессерверных вычислений, serverless-слой: request-driven автоскейлинг, scale-to-zero, revision-based деплой. Он опционален: есть RawDeployment-режим без него. Манифест проходит через два вебхука (валидация и мутация), затем попадает в KServe-контроллер, который управляет сетевым слоем (Knative/Gateway), автоскейлингом (HPA/KPA/KEDA) и кэшем моделей (Local Model Cache). Раньше и для ML, и для LLM был один CRD (InferenceService), но сейчас появился отдельный LLMInferenceService, построенный на архитектуре llm-d (KV-cache aware scheduling, disaggregated prefill-decode, prefix-cache-aware роутинг по инстансам и распределённый Inference) и интегрированный с Kubernetes Gateway Inference Extension.

Логика здесь простая: зачем изобретать шедулинг GPU-подов и протоколы общения с vLLM- и ML-Inference, если это уже сделано, стало стандартом в индустрии, обкатано в проде десятков компаний и активно развивается сообществом? Вместо написать оператор задачей становится адаптировать готовое ядро под требования компании, а это более узкая и понятная работа.

На практике адаптация укладывается в несколько крупных блоков, вокруг которых и строится платформа.

– Inplace Model Delivery: Можно обновлять модели без перезапуска тяжёлого движка/пода.

– Inference Scheduling: Размещение моделей на GPU-пуле с учётом того, что дробление карты работает не так, как шеринг CPU-ядра: доступны лишь ограниченные схемы разбиения (MIG, MPS, TimeSlicing) с разным балансом изоляции и гибкости, и разницу в нагрузке разных моделей на одном GPU нужно учитывать отдельно.

– Inference Scaling: Автоскейлинг, реагирующий на реальную загрузку Inference (очередь запросов, утилизация KV-кэша), а не на CPU/RAM, которые для GPU-нагрузки почти ничего не говорят о фактическом состоянии сервиса.

– Network: Сетевая специфика, которая становится критичной при распределённом Inference тяжёлых моделей на нескольких GPU одновременно.

– ML/LLM Inference optimization: Оптимизации, специфичные для каждого класса моделей. Важно понимать: то, что ускоряет ML-Inference, не всегда применимо к LLM, и наоборот.

– Load testing: Нагрузочное тестирование Inference как отдельная задача, потому что профиль нагрузки (батчинг, очереди, latency при параллельных генерациях) сильно отличается от привычного тестирования веб-сервисов.

Эти блоки составляют разницу между взять community-оператор и поднять его как есть и построить платформу, которой можно доверить прод с реальным SLA.

Где сейчас находится проект

Разработка Inference-платформы ведётся с начала года. Платформа уже используется несколькими клиентами внутри Авито, идёт обкатка на реальном трафике, то есть речь не про пилотный прототип на бумаге, а про постепенный перенос прод-нагрузки с ручных решений на общую платформу. Результатом этого будут цифры по экономии GPU-часов, ускорению релиза моделей и снижению latency.

В дальнейшем чем больше команд в компании будут использовать LLM и ML-модели в проде, тем острее будет ощущаться разница между раскатать веб-сервис за пять минут через PaaS и выкатить модель, для которой нужен GPU, прогрев и особый мониторинг. Отдельная Inference-платформа — это попытка сделать второй сценарий таким же простым, каким для разработчиков давно стал первый.