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TensorRT-LLM保姆级教程（一）-快速入门

article 2024/9/20 5:47:59

随着大模型的爆火，投入到生产环境的模型参数量规模也变得越来越大（从数十亿参数到千亿参数规模），从而导致大模型的推理成本急剧增加。因此，市面上也出现了很多的推理框架，用于降低模型推理延迟以及提升模型吞吐量。

本系列将针对TensorRT-LLM推理进行讲解。本文为该系列第一篇，将简要概述TensorRT-LLM的基本特性。

另外，我撰写的大模型相关的博客及配套代码均整理放置在Github：llm-action，有需要的朋友自取。

TensorRT-LLM 诞生的背景

第一、大模型参数量大，推理成本高。以10B参数规模的大模型为例，使用FP16数据类型进行部署至少需要20GB以上（模型权重+KV缓存等）。

第二、纯TensorRT使用较复杂，ONNX存在内存限制。深度学习模型通常使用各种框架（如PyTorch、TensorFlow、Keras等）进行训练和部署，而每个框架都有自己的模型表示和存储格式。因此，开发者通常使用 ONNX 解决深度学习模型在不同框架之间的互操作性问题。比如：TensorRT 就需要先将 PyTorch 模型转成 ONNX，然后再将 ONNX 转成 TensorRT。除此之外，一般还需要做数据对齐，因此需要编写 plugin，通过修改 ONNX 来适配 TensorRT plugin。另外， ONNX 使用Protobuf作为其模型文件的序列化格式。Protobuf是一种轻量级的、高效的数据交换格式，但它在序列化和反序列化大型数据时有一个默认的大小限制。在Protobuf中，默认的大小限制是2GB。这意味着单个序列化的消息不能超过2GB的大小。当你尝试加载或修改超过2GB的ONNX模型时，就会收到相关的限制提示。

第三、 纯FastTransformer使用门槛高。FastTransformer 是用 C++ 实现的；同时，它的接口和文档相对较少，用户可能需要更深入地了解其底层实现和使用方式，这对于初学者来说可能会增加学习和使用的难度。并且 FastTransformer 的生态较小，可用的资源和支持较少，这也会增加使用者在理解和应用 FastTransformer 上的困难。因此，与 Python 应用程序的部署和集成相比，它可能涉及到更多的技术细节和挑战。这可能需要用户具备更多的系统级编程知识和经验，以便将 FastTransformer 与其他系统或应用程序进行无缝集成。

综上所述，TensorRT-LLM 诞生了。

TensorRT-LLM 简介

TensorRT-LLM 为用户提供了易于使用的 Python API 来定义大语言模型 (LLM) 并构建 TensorRT 引擎，以便在 NVIDIA GPU 上高效地执行推理。 TensorRT-LLM 还包含用于创建执行这些 TensorRT 引擎的 Python 和 C++ 运行时组件。此外，它还包括一个用于与 NVIDIA Triton 推理服务集成的后端；

同时，使用 TensorRT-LLM 构建的模型可以使用使用张量并行和流水线并行在单 GPU 或者多机多 GPU 上执行。

TensorRT-LLM 的 Python API 的架构看起来与 PyTorch API 类似。它为用户提供了包含 einsum、softmax、matmul 或 view 等函数的 functional 模块。 layers 模块捆绑了有用的构建块来组装 LLM；比如： Attention 块、MLP 或整个 Transformer 层。特定于模型的组件，例如： GPTAttention 或 BertAttention，可以在 models 模块中找到。

为了最大限度地提高性能并减少内存占用，TensorRT-LLM 允许使用不同的量化模式执行模型。 TensorRT-LLM 支持 INT4 或 INT8 权重量化（也称为仅 INT4/INT8 权重量化）以及 SmoothQuant 技术的完整实现。同时，TensorRT-LLM 优化了一系列知名模型在 NVIDIA GPU 上的性能。

支持的设备

TensorRT-LLM 在以下 GPU 上经过严格测试：

H100
L40S
A100/ A30
V100 (试验阶段)

注意：如果是上面未列出 GPU，TensorRT-LLM 预计可在基于 Volta、Turing、Ampere、Hopper 和 Ada Lovelace 架构的 GPU 上工作。但是，可能存在某些限制。

关键特性

支持多头注意力( Multi-head Attention，MHA)
支持多查询注意力 ( Multi-query Attention，MQA)
支持分组查询注意力( Group-query Attention，GQA)
支持飞行批处理（In-flight Batching）
Paged KV Cache for the Attention
支持张量并行
支持流水线并行
支持仅 INT4/INT8 权重量化 (W4A16 & W8A16)
支持 SmoothQuant 量化
支持 GPTQ 量化
支持 AWQ 量化
支持 FP8
支持贪心搜索（Greedy-search）
支持波束搜索（Beam-search）
支持旋转位置编码（RoPE）

支持的模型

Baichuan
Bert
Blip2
BLOOM
ChatGLM-6B
ChatGLM2-6B
Falcon
GPT
GPT-J
GPT-Nemo
GPT-NeoX
LLaMA
LLaMA-v2
MPT
OPT
SantaCoder
StarCoder

支持的精度

TensorRT-LLM 支持各种数值精度。但对其中一些数字精度的支持需要特定的GPU架构。

	FP32	FP16	BF16	FP8	INT8	INT4
Volta (SM70)	Y	Y	N	N	Y	Y
Turing (SM75)	Y	Y	N	N	Y	Y
Ampere (SM80, SM86)	Y	Y	Y	N	Y	Y
Ada-Lovelace (SM89)	Y	Y	Y	Y	Y	Y
Hopper (SM90)	Y	Y	Y	Y	Y	Y

对于目前发布的v0.5.0，并非所有模型都实现了对 FP8 和量化数据类型（INT8 或 INT4）的支持，具体如下所示。

Model	FP32	FP16	BF16	FP8	W8A8 SQ	W8A16	W4A16	W4A16 AWQ	W4A16 GPTQ
Baichuan	Y	Y	Y	.	.	Y	Y	.	.
BERT	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
BLOOM	Y	Y	Y	.	Y	Y	Y	.	.
ChatGLM	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
ChatGLM-v2	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
Falcon	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
GPT	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	.	.
GPT-J	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	.
GPT-NeMo	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
GPT-NeoX	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	Y
LLaMA	Y	Y	Y	.	Y	Y	Y	Y	Y
LLaMA-v2	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y	Y
OPT	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
SantaCoder	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.
StarCoder	Y	Y	Y	.	.	.	.	.	.

TensorRT-LLM 的性能

注意：

下表中的数据作为参考进行提供，以帮助用户验证观察到的性能。这不是 TensorRT-LLM 提供的峰值性能。

不同模型基于 FP16 在 A100 GPUs 上的吞吐量：

Model	Batch Size	TP (1)	Input Length	Output Length	Throughput (out tok/s)
GPT-J 6B	64	1	128	128	3,679
GPT-J 6B	32	1	128	2048	1,558
GPT-J 6B	32	1	2048	128	526
GPT-J 6B	16	1	2048	2048	650

LLaMA 7B	64	1	128	128	3,486
LLaMA 7B	32	1	128	2048	1,459
LLaMA 7B	32	1	2048	128	529
LLaMA 7B	16	1	2048	2048	592

LLaMA 70B	64	4	128	128	1,237
LLaMA 70B	64	4	128	2048	1,181
LLaMA 70B	64	4	2048	128	272
LLaMA 70B	64	4	2048	2048	738

Falcon 180B	64	8	128	128	929
Falcon 180B	64	8	128	2048	923
Falcon 180B	64	8	2048	128	202