如何确定本地 AI 基础设施的规模
本地 AI 基础设施的容量规划指南:如何确定 GPU、存储、网络和电力的规模,附规模调整工作表和六个常见规划错误。
本地 AI 中最昂贵的错误是购买错误的硬件。规模过大意味着数十万美元的闲置计算资源。规模不足意味着性能瓶颈,从而破坏了本地部署的商业论证。与云端不同,你无法通过配置更改来调整 GPU 集群的大小。你需要等待8-16周的硬件交付周期。
本指南介绍了结构化的容量规划流程:盘点工作负载、计算资源需求、考虑存储和网络,以及规划增长。目标是提出具体的、有依据的硬件建议,而不是含糊的"买一些 GPU"。
步骤1:盘点你的 AI 工作负载
在选择任何硬件之前,建立将在本地基础设施上运行的每个 AI 工作负载的完整清单。这包括今天运行的工作负载(即使它们在云端)和未来18个月内计划的工作负载。
对于每个工作负载,记录:
| 字段 | 示例值 | 重要性 |
|---|---|---|
| 工作负载名称 | 客户支持聊天机器人 | 识别 |
| 类型 | 推理 | 决定 GPU 利用率模式 |
| 模型 | Llama 3.1 14B(Q4量化) | 决定 VRAM 和计算需求 |
| 每日请求数 | 50,000次查询 | 决定吞吐量需求 |
| 峰值 QPS | 每秒15次查询 | 决定并发 GPU 实例数 |
| 平均输入 Token 数 | 800 tokens | 影响延迟和吞吐量 |
| 平均输出 Token 数 | 400 tokens | 影响延迟和吞吐量 |
| 延迟要求 | 首个 token 少于3秒 | 决定 所需 GPU 类别 |
| 数据敏感性 | 高(包含客户 PII) | 确认本地部署需求 |
| 可用性要求 | 99.9%(每年8.7小时停机) | 决定冗余需求 |
| 增长预测 | 12个月内翻倍 | 决定余量 |
将此清单构建为电子表格。它将成为所有后续规模决策的基础。
**常见遗漏:**组织盘点了主要工作负载,但忘记了支持性工作负载。基于 RAG 的聊天机器人除了推理计算之外,还需要:
- 文档摄入的 Embedding 生成(运行在 GPU 上)
- 检索的重排序模型(运行在 GPU 上)
- 向量数据库(运行在 CPU 上,需要快速存储)
- 文档处理管道(混合 CPU/GPU)
每一项都消耗需要规划的资源。
步骤2:计算资源需求
VRAM 规模
VRAM(GPU 显存)通常是约束瓶颈。模型必须能装入 VRAM 才能运行,一旦超出显存就会直接加载失败。
按规模和量化级别的模型 VRAM 需求:
| 模型大小 | FP16(无量化) | INT8 | INT4 (GPTQ/AWQ) |
|---|---|---|---|
| 7B 参数 | ~14 GB | ~7 GB | ~4 GB |
| 14B 参数 | ~28 GB | ~14 GB | ~8 GB |
| 32B 参数 | ~64 GB | ~32 GB | ~18 GB |
| 70B 参数 | ~140 GB | ~70 GB | ~35 GB |
这些数字仅代表模型权重。推理时,你还需要 VRAM 用于:
- **KV 缓存:**随上下文长度和批量大小扩展。对于一个14B模型,8K上下文、8个并发请求,需增加约4-8GB。
- **激活内存:**通常1-3GB,取决于批量大小。
- **框架开销:**PyTorch、vLLM 或 TensorRT-LLM 各自增加1-2GB的基础内存。
**经验法则:**在模型权重大小之外预留30-40%的 VRAM 余量。一个需要8GB权重存储的14B INT4模型应规划11-12GB的总 VRAM 使用量。
吞吐量规模
计算你需要多少 GPU 实例来满足目标每秒查询数(QPS):
-
测量单实例吞 吐量。 对于L40S上的14B INT4模型,预计每个 GPU 约70-110 tokens/秒。平均输出400个 token,大约每个 GPU 0.17-0.28请求/秒。
-
计算所需实例。 如果你的峰值 QPS 是15,每个 GPU 处理0.2请求/秒:15/0.2=75个 GPU?这个计算是针对顺序生成的。使用批处理推理(vLLM、TensorRT-LLM),单个 GPU 可以服务4-8个并发请求,每个请求的吞吐量下降最小。实际容量:14B模型每个 GPU 1-2请求/秒(有批处理)。
-
增加余量。 目标在峰值时 GPU 利用率60-80%,而不是100%。在100%利用率下,任何流量峰值都会导致延迟恶化。对于上面的例子:15 QPS / 每GPU 1.5 QPS / 0.7利用率目标 = ~14个 GPU。
GPU 利用率目标
不要规划100%的 GPU 利用率。原因如下:
| 目标利用率 | 含义 |
|---|---|
| 90-100% | 无余量。任何峰值 = 延迟恶化或请求丢失。 |
| 70-80% | 健康的生产目标。能处理正常流量波动。 |
| 50-60% | 保守。适用于有严格 SLA 的关键工作负载。 |
| 低于50% | 可能过度配置。考虑更小的硬件或整合工作负载。 |
利用率还取决于工作负载模式。面向客户的聊天机器人有高峰时段(上午9点到下午5点),即使峰值达到70-80%,平均利用率也只有30-40%。全天候运行的内部文档处理管道可以持续维持70-80%。
步骤3:存储需求
GPU 计算得到了所有关注,但存储规划是容量规划中最常出错的地方。
存储类别
模型权重
每个模型版本需要存储。一个14B FP16模型约28GB。如果保留5个版本(当前版本+4个回滚版本),每个模型140GB。乘以你服务的模型数量。
训练数据集
如果你在本地微调,训练数据需要快速存储。大小差异很大:
- 文本微调数据集:典型1GB-50GB
- RAG 文档语料库:10GB-1TB+
- 图像/多模态数据集:100GB-10TB+
模型检查点
微调期间,检查点会定期保存。一个14B模型的完整检查点约28GB。如果在5,000步训练中每500步保存一次,那就是10个检查点 x 28GB = 每次训练运行280GB。如果不清理,检查点会快速累积。
向量数据库
RAG 工作负载需要向量存储。粗略估算:100万个文档片段,1,536维嵌入,大约需要6GB向量存储,加上可能翻倍或三倍于原始大小的元数据和索引。
审计日志和遥测
每个推理请求和响应都应该被记录以满足合规和监控需求。单个请求/响应对平均2-5KB。每天50,000个请求,大约100-250MB/天,或36-91GB/年。数量不大,但会累积,如果需要实时审计能力,必须放在快速、可靠的存储上。
存储规模工作表
| 存储类别 | 计算 | 示例 |
|---|---|---|
| 模型权重 | 模型数 x 版本数 x 大小 | 3模型 x 5版本 x 28GB = 420GB |
| 训练数据集 | 所有数据集之和 | 50GB + 200GB = 250GB |
| 检查点 | 每月运行数 x 检查点数 x 大小 | 4次运行 x 10 x 28GB = 1,120GB |
| 向量数据库 | 片段数 x 嵌入大小 x 3(开销) | 2M x 6KB x 3 = 36GB |
| 审计日志 | 每日请求数 x 大小 x 保留天数 | 50K x 3KB x 365天 = 55GB |
| 总计 | ~1.9TB | |
| 含50%余量 | ~2.8TB |
使用 NVMe SSD 存储模型权重和活跃训练数据。机械硬盘跟不上 GPU 数据加载速度。典型配置是每台 GPU 服务器配2-4TB NVMe 存储,加上用于归档存储(旧检查点、历史审计日志)的更大 NAS 或 SAN。
步骤4:网络需求
网络规划取决于你是运行多节点训练还是仅推理工作负载。
多节点训练
如果你要跨多台服务器训练或微调模型(分布式训练),需要节点间的高速互连。训练期间的 GPU 通信是持续且对延迟敏感的。
- **InfiniBand HDR (200 Gb/s) 或 NDR (400 Gb/s):**多节点 GPU 训练的标准。每台服务器需要一个 InfiniBand HCA,还需要 InfiniBand 交换机。成本:每台服务器 $5,000-$15,000 + 交换机 $10,000-$30,000。
- **RoCE(RDMA over Converged Ethernet):**使用具有 RDMA 功能的标准以太网网卡的更便宜替代方案。对于大多数工作负载,性能是 InfiniBand 的80-90%。成本:使用现有网络交换机时每台服务器 $2,000-$5,000。
仅推理
如果你只运行推理(无分布式训练),标准网络就足够了:
- **25 GbE:**对于大多数推理工作负载足够。处理模型加载和客户端请求/响应流量不会有瓶颈。
- **100 GbE:**在频繁传输大数据集或使用大上下文窗口服务非常高 QPS 时有用。
标准1 GbE 对模型加载太慢。通过1 GbE 加载28GB模型需要约4分钟,对于故障转移场景来说不可接受。
客户端带宽
计算推理服务服务客户端所需的带宽:
- 平均响应:400 tokens x ~4字节/token = 每次响应1.6KB
- 在15 QPS 时:24KB/秒,可忽略不计
- 但逐 token 流式响应增加了连接开销:如果服务实时聊天界面,计划100-500个并发 WebSocket 连接
客户端带宽很少成为瓶颈,但连接数可能成为。确保你的推理服务器(或前端负载均衡器)配置了足够的并发连接。
步骤5:电力和制冷
这是在纸面上看起来很好的本地项目失败的步骤。
电力需求
| 配置 | GPU 功率 | 系统总功率 | 所需电路 |
|---|---|---|---|
| 4x RTX 4090 工作站 | 1,800W | ~2,500W | 1x 20A 208V |
| 8x L40S 服务器 | 2,800W | ~4,000W | 1x 30A 208V |
| 8x A100 服务器 | 3,200W | ~4,500W | 1x 30A 208V |
| 8x H100 服务器 | 5,600W | ~8,000W | 2x 30A 208V 或 1x 60A |
购买硬件之前,请与设施团队确认:
- 可用电力容量在你的服务器机房/数据中心。许多企业服务器机房是为每机架2-5kW的 CPU 服务器设计的,而不是每机架8-15kW的 GPU 服务器。
- **电路可用性。**单台8xH100服务器可能需要自己的专用电路。
- **UPS 容量。**你的不间断电源必须能处理 GPU 负载加安全关机的运行时 间。
制冷需求
GPU 产生的热量与其功耗成正比。每瓦 GPU 功率大约需要0.3-0.5瓦的制冷能量,具体取决于机房的 PUE(电力使用效率)。
| 配置 | 热量输出 | 制冷方法 |
|---|---|---|
| 4x RTX 4090 | ~2.5kW | 标准机房空调足够 |
| 8x L40S | ~4kW | 建议使用列间制冷 |
| 8x H100 | ~8kW | 需要列间制冷或后门热交换器 |
| 16x H100(2台服务器) | ~16kW | 可能需要液冷或专用制冷基础设施 |
如果你的服务器机房制冷能力已满,添加 GPU 服务器可能需要 HVAC 升级,花费 $20,000-$100,000+。在决定购买硬件之前检查制冷容量。
规模调整工作表
将所有内容汇总到一个规模表中:
| 工作负载 | 模型 | 量化 | QPS | VRAM/实例 | 所需 GPU | GPU 类型 | 存储 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 客户聊天机器人 | 14B | INT4 | 15 | 12 GB | 14 | L40S | 50GB 模型 |
| 文档处理 | 7B | INT4 | 5 | 6 GB | 4 | L40S | 200GB 语料库 |
| Embedding 生成 | 0.3B | FP16 | 50 | 2 GB | 2 | L40S | 共享 |
| 重排序 | 0.4B | FP16 | 50 | 2 GB | 2 | L40S | 共享 |
| 每月微调 | 14B | FP16 | N/A | 80 GB(训练) | 4 | A100 或 L40S | 1.5TB 检查点 |
| 总计 | 26 GPU | ~2TB NVMe |
在此示例中,分布在3-4台服务器上的26个 L40S GPU 可以处理推理工作负载,微调工作负载可以在非高峰时段共享相同硬件或在专用4-GPU 服务器上运行。
**总估计成本:**4台 8-GPU L40S 服务器 x $79,000 = $316,000,加上存储、网络和支持基础设施:总计约 $380,000-$420,000。
常见容量规划错误
错误1:在 L40S 就够用的情况下购买 H100
H100 是目前最好的 GPU,但价格是 L40S 硬件的4倍。如果你的工作负载以推理为主,模型低于30B参数,L40S 以25%的成本提供80-90%的实际性能。H100 的优势在于 HBM3带宽、NVLink 和 MIG,这些在大模型训练和多租户推理中最重要。如果你不做这些,你就在为不会使用的能力付费。
错误2:存储规模不足
模型检查点是最常见的存储意外。单次微调运行可以生成200-500GB的检查点。预算2TB NVMe 以为"存储充足"的组织,在开始微调实验后几周内就会发现空间用完。预算比初始计算建议的多2-3倍的存储。
错误3:忽视电力和制冷约束
硬件到货、上架,然后跳闸。或者服务器机房温度在几小时内升至35°C。始终在购买硬件之前与设施团队确认电力和制冷容量,而不是在之后。
错误4:未规划多模型服务
大多数组织从一个模型开始,但很快扩展到服务不同用例的3-5个模型。如果你按单个模型的规模来规划基础设施,6个月内就会用完容量。至少规划初始模型数量的2-3倍。
错误5:按平均值而非峰值规划
一个平均5 QPS 但工作时间峰值20 QPS 的工作负载需要按20 QPS(带余量)来规划。按平均值规划意味着在使用量最重要的时段性能下降。
错误6:忘记冗余
如果你恰好有足够的 GPU 来服务工作负载,丢失一个 GPU 就意味着服务降级。对于可用性要求99.9%以上的工作负载,规划 N+1 冗余。至少要为每台服务器准备一个备用 GPU,或一台备用服务器在维护或故障期间承担负载。
规划时间:18-24个月
GPU 集群不是可以轻易扩展的。向现有服务器添加 GPU 可能不可行(取决于机箱),添加新服务器需要采购、上架、布线和配置,从决策到生产需要2-4个月。
根据18-24个月的预计增长来确定初始部署规模。在第一年有20%的过剩容量比在第8个月面临容量紧缺同时等待硬件采购要好。
但是,不要试图预测超过24个月的需求。AI 硬件格局变化迅速。两年后你会购买的 GPU 可能现在还不存在,而且工作负载模式会随着组织的 AI 使用成熟而变化。
规划你能看到的。为你看不到的留出余量。
Turn unstructured data into AI-ready datasets — without it leaving the building.
On-premise data preparation with full audit trail. No data egress. No fragmented toolchains. EU AI Act Article 30 compliance built in.
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