计算与状态/技术文章

存储层级与分布式数据服务

供数、KV 驻留、checkpoint 与 journal 的资源和确认语义

11 分钟阅读·存储 / KV Cache / Checkpoint / NVMe / RDMA / 持久化

将 OPG 存储接入、主动数据服务和 T0–T3 会话层级交叉展开,分别计算容量、迁移与恢复预算,并区分大块 checkpoint 和小记录持久提交。

正文

AI集群中的存储需要同时服务计算供数、状态驻留和故障恢复。训练数据与checkpoint关注并行吞吐,embedding查询可能直接进入计算关键路径,推理KV随会话活跃程度在不同介质间迁移,Agent journal则要求明确的持久提交。将这些对象按访问方式和生命周期分层,再映射到NIC、交换网络与控制服务,才能把存储容量转成可使用的系统能力。S044 pp. 37–44 S045 pp. 8–22

从数据仓库转为主动数据服务#

AFPM将distributed data services与计算通信放在同一系统中,涵盖训练集并行读取、近端缓存、embedding后备存储、checkpoint、数据变换、压缩和安全。数据服务的任务是以适当时序把计算所需对象送到消费位置,并维持对象版本、访问权限和恢复能力。设备与协议由此需要围绕端到端操作配置。S044 pp. 37–42

例如,训练数据可以在当前batch计算时预取,embedding lookup却可能要求当前计算等待返回。Checkpoint可以把快照状态在后台写出,系统仍需确定该版本何时达到约定的可恢复条件。网络规划因此要同时记录平均消费速率、峰值写入、并发恢复和暴露在依赖上的访问时延。AFPM分别讨论同步时延敏感与可异步重叠的I/O,提供了按操作分类的基础。S044 pp. 40–44

GPUDirect Storage与RDMA可让兼容路径直接在存储和GPU内存间传输,减少CPU数据搬移和内核路径开销。数据变换、压缩、加密和纠删码等服务也可借助近存储计算或DPU/SmartNIC卸载。效果依赖对象格式、数据路径和所用软件;若预处理扩大数据,变换位置还会改变网络字节量。规划应将变换前后大小与消耗资源一起计入数据图。S044 pp. 38–42

OPG存储构件提供可核算的接入预算#

早期OPG-128包含十六台xPU-node、五台数据存储服务器和两台metadata server。每台xPU-node有2×100G存储连接,每台数据服务器有4×400G,每台metadata server有2×400G;存储leaf连接这些端点,并通过详细图和接线表所示的32×400G上行接到共享层。S052 pp. 14–16, 36–39

按这一配置复算,计算节点侧合计3.2Tb/s,即400GB/s线速字节带宽;数据服务器NIC合计8Tb/s,即1TB/s;metadata接入合计1.6Tb/s;上行12.8Tb/s。几个方向的容量不同:本地计算节点读取会先受到其接入与存储服务能力约束,跨OPG共享与head-end流则还消耗上行。评估时应沿实际读写路径检查每段资源,并加入介质、CPU和协议的有效性能。S052 pp. 36–39

每台存储服务器的24个NVMe槽使五台合计120槽,与128颗xPU规模接近;原设计用“约一块PCIe5 NVMe/xPU”作资源估计。后续项目应按数据集大小、checkpoint体积、复用缓存和介质耐久度确定实际配置。Metadata请求与bulk transfer又走不同服务角色,增加磁盘数量时需要同步观察元数据CPU和请求尾部。S052 pp. 12, 15–16, 53–55

XOC共享层还连接client和staging服务,使外部数据准备能够先进入受控入口,再送入计算存储域。镜像、容器、代码仓库及CI/CD有各自的管理存储与分发路径。把这些控制资产与训练数据分开描述,能让作业恢复、节点重装和应用版本回滚各自找到可用的源。S050 pp. 10–14, 42–49

KV的四层架构按会话活跃度分配昂贵内存#

KV与模型权重具有不同增长方式:权重由模型结构确定,KV随上下文长度、活跃请求与注意力表示变化。长期把暂停会话留在HBM会消耗服务并发容量;每次从token历史重做prefill又增加计算。S045提出T0活跃HBM、T1 RDMA DRAM暖池、T2 NVMe持久层、T3对象归档,将活跃步骤、近期上下文、完整会话和长期记忆分别配置。S045 pp. 8–12

下面原表的关键列是Latency Target与Contents。T1指向近期步骤和共享上下文,T2承接完整会话与快照,T3进入归档。表内数值是该提案的架构目标:T1域内1–10μs、跨域5–20μs,T2读10–100μs、持续写50–200μs;它们为不同访问路径提出不同设计要求。

Agent四层内存架构的介质、目标时延、带宽和存放内容

原表:S045,物理第12页,Table 1,OCP AI HW/SW Co-Design Workgroup,CC BY-SA 4.0;数值属性为架构目标。

T0工作集应在decode启动前准备就绪。T1/T2服务主要发生在会话切换、恢复和子Agent交接时,调度器利用后续步骤预测进行预载。S045还讨论远程attention与缓存压缩的协同设计,具体实现需要保留读取粒度、kernel约束和传输预算。阶段预载路径可以先建立清晰的开始、完成与消费时刻,便于测量隐藏了多少迁移时间。S045 pp. 13–16

容量命中与迁移代价一起决定缓存价值#

PD-KVC的地址包括session、layer和token range,并在固定模型、精度与kernel上下文内使用。共享前缀内容寻址,私有后缀会话隔离;共享块按引用计数回收,私有条目按active、suspended和completed状态驱逐。这个生命周期可以把频繁恢复的会话留在暖池,长暂停会话下沉到NVMe,完成会话再归档。S045 pp. 13–14

缓存保留策略还要比较transfer与recompute。Token日志远小于产生的KV,长时间暂停后重新prefill可能比从较慢层回迁更合适。本文可用 Trestore=Tread+MKV/Beff+Tqueue+TsetupT_{restore}=T_{read}+M_{KV}/B_{eff}+T_{queue}+T_{setup} 表示恢复成本,再与prefill重算时间、可用预取窗口比较。缓存命中率提高是否改善请求时延,取决于命中位置和数据能否及时到达。S045 p. 16

恢复突发会把容量问题转成共享出口问题。本文假设一个暖池承接100个各10GB的会话,容量需求为1TB;若其中20个会话需在2秒内同时恢复,至少要提供100GB/s有效总读取,接收端和共享网络也要承接相同数据。顺序恢复与并发恢复具有相同总容量,却有不同的带宽和队列尾部要求。InfraGraph的MemoryTierNode因此需要容量、带宽、平均与尾时延和驱逐策略等属性。S045 pp. 29–30

大块checkpoint与小记录持久提交分别设计#

训练checkpoint包含模型、优化器等状态,适合由多个rank并行写入大体积数据;快速恢复要求反向并行读回。副本或纠删码提供介质与节点故障下的durability和availability,具体保护机制会增加空间与写入成本。AFPM把这些RAS能力与存储吞吐共同列为数据服务的核心要求。S044 pp. 40–41

Agent的ASJ写入则是KB到MB级AT记录,每步effect持久化确认后才能commit。S045提出Durable Write,要求持久存储确认与RDMA传输完成分开表达;高耐久NVMe journal pool关注持续IOPS和P99。系统因此可能需要同时服务bulk snapshot与低时延journal,分别设置调度和可观测指标。S045 pp. 19–22, 29–30

Hierarchical Agent Checkpointing在两者之间建立关系:完整快照限制日志回放长度,ASJ记录快照之间的细粒度因果进展,KV经PD-KVC写入T2。完整恢复需要同时取得逻辑状态、KV或重算材料、已提交日志和工具结果。相关故障窗口与协议选择见Agent状态与因果恢复。S045 pp. 20–22

按并发事件规划数据服务的有效能力#

数据服务容量可以分成稳定消费和事件突发。稳定消费来自每个训练副本的数据预取、持续decode状态和日常journal;事件突发来自checkpoint、模型上线、批量会话恢复和节点重装。两类负载的重叠关系决定池出口、CPU、元数据和网络的余量。AFPM要求fabric同时满足compute-to-compute和compute-to-storage的聚合负载,这种分解可以将需求转成明确的并发场景。S044 pp. 41–44

作为本文算例,假设一项作业每十分钟生成1TB checkpoint,平均写入速率约1.67GB/s;若要求二十秒内完成写出,窗口内有效带宽至少50GB/s。两个作业同时写出,存储和共享网络需求就叠加到100GB/s。平均速率用于长期写入与介质寿命规划,完成窗口用于峰值容量和队列调度,两者分别保留才能解释为什么平均空闲的服务仍会拖慢快照。S044 pp. 40, 43–44

Metadata和小记录服务需要独立负载描述。大量小文件、缓存区间查询或AT提交可能以请求率和P99先达到上限,大块顺序吞吐却仍有剩余。OPG把metadata server和storage server分成角色,Agent模型进一步把JournalNode的IOPS、写延迟与durability作为原生属性。本文据此建议为各对象分别建立访问大小分布、并发和完成条件,再选择介质与服务实例。S052 pp. 15–16, 53–55 S045 pp. 29–30

控制资产在恢复风暴中同样重要。更换节点可能同时读取OS镜像、容器层、模型权重和checkpoint;这些对象分布于head-end仓库、staging和训练存储域。XOC为仓库与构建服务保留专门接口,带内路径用于配置和软件分发,高流量生产数据使用相应高速网络。恢复计划按对象安排并发和优先级,可以让管理服务保持响应,并让计算节点按批次回到可调度状态。S050 pp. 10–14, 48–49

分层控制让数据服务可扩展也可恢复#

存储管理至少有三个相互关联的层次。介质与数据服务维护副本、对象、元数据和持久确认;网络控制维护连接、VRF、路径与队列;集群调度维护作业、会话、状态位置和资源分配。OPG/XOC提供物理与服务角色,训练RA用Wiring/VPC意图管理网络,Agent提案再通过session affinity把动态状态位置反馈给放置引擎。S050 pp. 11–14, 19–20 S048 pp. 27–28, 44–51 S045 pp. 29–30

SO-C/storage融合可共享设备,读写突发与入口流便需要统一容量和QoS。推理RA在两种profile中均采用此融合方式,训练RA还提供物理分离配置;跨host KV、embedding或分布式推理的关键依赖则根据实际路径进入后端预算。部署者可以分别观察数据预取供给率、checkpoint完成窗口、会话恢复P99、journal提交P99和元数据请求尾部,再追到相应网络与设备。S047 pp. 21–24, 57–59 S048 pp. 28, 45–46

这样形成的存储层级拥有明确的职责:HBM保障活跃步骤,暖池吸收短暂停顿,NVMe提供持续状态与快照,对象层保存长期资产,journal记录可恢复的进展。各层的价值取决于对象何时被消费、怎样跨层移动,以及哪一个确认允许任务继续。推理阶段迁移的具体链路见推理解耦与KV数据路径,全系统控制关系见系统架构的三层闭合。

本文引用 6 份原始资料S044AI Fabrics Perspective and Modeling ↗S045AI-Fabric-for-Agentic-AI-Whitepaper-2026-v1.0-Final ↗S047OPEN CLUSTER DESIGNS ALIGNED AI INFERENCE FABRIC REFERENCE ARCHITECTURE ↗S048OPEN CLUSTER DESIGNS ALIGNED AI TRAINING FABRIC REFERENCE ARCHITECTURE ↗S050OPEN CLUSTER OF N XPUS (XOC-N) SYSTEM ARCHITECTURE ↗S052OPEN POD GROUP FOR M XPUS (OPG-M) SYSTEM ARCHITECTURE ↗

延伸阅读

从 Pod 组到开放集群的端口扩展↗推理解耦与 KV 数据路径↗Agent 状态与因果恢复↗训练 Fabric 的流量控制与运行闭环↗

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01总体架构

  1. AI Factory 的系统架构与跨域约束
  2. AI Factory 的系统分层与运行闭环
  3. 从 Pod 组到开放集群的端口扩展
  4. 拓扑放置与端到端性能建模
  5. 面向 3–5 年的技术布局与验证资产

02计算与状态

  1. 低精度计算的表示、缩放与数据路径
  2. 并行策略塑造通信关键路径
  3. 推理解耦与 KV 数据路径
  4. Agent 状态与因果恢复
  5. 存储层级与分布式数据服务
  6. 芯粒系统语义与封装内传输分层
  7. 高带宽闪存的主机与媒体协同
  8. 量子处理器的经典闭环与设施集成

03网络与光互联

  1. 训练 Fabric 的流量控制与运行闭环
  2. AI 传输中的包序、事务序与完成边界
  3. 拥塞反馈与多路径的端点控制环
  4. Scale-up Ethernet 的事务、打包与链路契约
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  8. 从链路恢复到作业进展的 Fabric 运维

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  1. 从结温到热汇:AI 冷却的热边界与设计包络
  2. 液体回路的热量、压头与动态平衡
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05供电与能源

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06平台集成与管理

  1. 机架集成与开放接口
  2. 硬件管理与接口收敛
  3. 平台数据与密钥安全
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  5. 时间同步与跨域测量
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07设施与运行优化

  1. 数字孪生:系统模型、联合仿真与运行闭环
  2. 设施接口与系统交付
  3. 能源水碳与材料联合评价