GPU Live Migration(热迁移)：趋动OrionX产品的创新之路
在当今快速发展的云计算和人工智能时代，GPU资源的高效管理和动态调度成为了提升计算效能的关键。趋动科技的OrionX产品，以其创新的“GPU 热迁移”（有人称作GPU在线漂移）技术，正在重塑GPU资源管理的未来。本文将探讨OrionX如何通过这一技术，实现GPU资源的无缝迁移，以及它为企业带来的革命性变化。国金证券IT部门率先采用了这一技术，其云平台经理李卓也一同分享他对于这项技术的深刻见解。
作者 | 国金证券 李卓，趋动科技 陈飞、Jim
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01
GPU热迁移技术概述
“GPU 热迁移”是一种允许在不中断用户进程的情况下，将正在GPU上运行的任务从一个设备迁移到另一个设备。这种技术对于保持业务连续性和提高系统可靠性至关重要。OrionX的热迁移功能可以在同一个节点内进行，也可以跨节点进行；在跨节点迁移时，推荐使用RDMA网络以确保性能。
下面是通过OrionX的管理界面进行任务迁移的3个步骤：
第1步：选择一个任务，此时该任务运行在节点10.68.32.19上的Device-0上。点右上“发起迁移”：
第2步：选择同一个节点上的Device-1设备，点击提交：
Figure 2 选择要迁移的设备
第3步：查看迁移任务状态：
Figure 3 查看迁移状态
这时，可以看到此迁移过程只用了16秒：
Figure 4 查看迁移详情
接着，我们又将此任务从节点10.68.32.19 Device1迁移到另一个节点10.68.32.20的Device-0上，迁移详情如下：
Figure 5 迁移详情
可以看到此迁移过程用了19秒，比同一个节点内的不同卡的迁移略多了3秒。
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02
GPU热迁移的应用场景
开发场景的动态资源管理
在系列文章二“GPU as code”的文章中描述的Jupyter Lab Notebook的使用场景中，OrionX的动态资源管理功能允许用户在没有GPU API调用的情况下，如设置的ORION_TASK_IDLE_TIME=30s后，自动释放当前占用的GPU资源。
当用户再次需要进行GPU计算时，OrionX会根据当前资源池的状态，自动分配新的GPU卡。这个过程实际上就是GPU热迁移的一个应用，它确保了资源的高效利用和用户的无缝体验。
Figure 6 开发场景背后的自动GPU资源管理
数据中心维护与升级
OrionX的GPU 热迁移技术在数据中心维护与升级中的应用，类似于VMware的vMotion技术，它允许在物理服务器之间无缝迁移虚拟机。
OrionX的GPU 热迁移也可以用在类似的场景，例如在GPU服务器维护时，无需停机即可迁移正在运行的AI任务，从而实现硬件的平滑过渡。推荐采取CPU和GPU混合部署，GPU集中管理和使用的部署架构更利于对GPU资源的维护与升级。
GPU负载均衡与资源优化
随着AI模型和算法的不断演进，对GPU资源的需求将变得更加多样化。在数据中心环境中，GPU 热迁移技术使得资源分配更加智能和动态。
当某个节点的GPU资源过载时，OrionX能够自动将部分任务迁移到其他节点，实现负载均衡（当前发布版本仍为手动）。这种智能调度机制，确保了数据中心的高效运行和资源的最大化利用，同时保障业务稳定性和可靠性。
故障恢复与业务连续性
在硬件故障或维护期间，GPU 热迁移技术能够确保关键业务的连续性。OrionX能够在检测到硬件问题时，迅速将任务迁移到健康的GPU上，从而避免了服务中断，保障了业务的稳定运行。当然，意外的Down机，势必会影响到业务，通过kubernetes的自动重启机制，使得业务能够选择健康状态的GPU进行重新运行。
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03
GPU热迁移技术的限制
尽管GPU热迁移技术提供了显著的优势，但它也存在一些限制。例如：
· 迁移时间：迁移时长可能会受到当前使用GPU显存大小的影响，尤其是在跨节点迁移时。
· 网络依赖：跨节点迁移依赖于网络质量，RDMA网络虽然提供了低延迟和高带宽，但在网络不稳定或带宽受限的环境中，迁移性能可能会受到影响。
· 兼容性问题：不同GPU架构之间的兼容性问题可能会限制热迁移的应用范围，尤其是在混合使用多种GPU设备的环境中。当前版本仅支持同型号的GPU进行迁移。
OrionX在GPU热迁移前会做环境检查，符合条件后才启动热迁移，由于意外原因导致迁移不成功会自动回退，对业务不造成影响。
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04
OrionX的技术与实践
OrionX之所以能够实现GPU热迁移，关键在于其独特的client-server架构。
在迁移过程中，OrionX能够监控GPU卡的状态，并在必要时触发迁移流程。GPU端的进程可以在迁移过程中实现断点、存盘和恢复，确保了迁移的平滑进行。在开发场景中，长时间未访问设备时，系统会自动释放资源，保存 Server 端的上下文和数据，并在 Client 端存储。当用户重新操作设备时，触发恢复流程，Client 端重新申请资源，恢复保存的上下文和数据至新分配。恢复完成后，用户程序继续执行。
国金证券，作为一家历史悠久的综合性证券公司，自1990年在上海成立以来，一直以其全面的金融服务在业界享有盛誉。公司业务涵盖证券交易、投资银行、资产管理以及财富管理等多个领域。国金证券凭借其专业的服务品质、稳健的风险控制体系以及卓越的客户服务，成功在市场中树立了良好的品牌形象。在信息技术领域，国金证券积极拥抱人工智能技术，深知GPU系统的稳定性和可靠性对于核心业务的重要性。在初期选择GPU资源池化方案时，OrionX的热迁移功能成为了国金证券关键考量因素。这一功能不仅提升了多业务共享GPU时的资源利用率，还有效避免了集中风险。
通过OrionX的热迁移能力，国金证券能根据业务需求和系统状况，灵活地在线调整GPU资源配置，确保了系统的灵活性和可靠性，进而为券商业务的高效运行提供了坚实保障。
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05
未来展望
随着技术的不断进步，OrionX的GPU 热迁移技术有望实现更广泛的应用。例如，它可能会与机器学习算法相结合，实现更加智能的资源预测和调度。同时，随着云计算和边缘计算的发展，尤其是长距离RoCE的落地，也会实现跨数据中心的池化和热迁移（类似MetroCluster的解决方案）。
当然，在大模型的场景中，会涉及到数百，上千卡的分布式训练，如何允许其中某些故障预警的卡进行热迁移，也是正在研究的课题。总之，这项技术的出现将有利于解决现实中关于GPU卡资源管理的很多挑战。
