基于 openFuyao 的 AI 推理加速实战：智能路由与 PD 分离式 KVCache 架构揭秘

一、背景：AI 推理的算力挑战

随着大模型与多模态 AI 应用的快速落地，推理阶段的算力需求呈现爆炸式增长。传统推理系统在面对复杂算力调度、缓存失配、数据热点等问题时，往往存在资源利用率低、推理延迟高等瓶颈。

为此，openFuyao 社区推出了面向 AI 推理场景的算力释放创新组件，其中“智能路由”与“PD 分离式分布式 KVCache”架构成为关键突破。该方案在保持系统轻量化的同时，实现了推理性能的显著提升，助力开发者快速构建高效、稳定的推理服务。

openFuyao平台解决方案支持在如下操作系统与架构上进行安装与使用：

二、技术亮点：智能路由与 PD 分离的协同加速

1. 智能路由（Intelligent Routing）

openFuyao 的智能路由组件通过实时监控节点算力使用情况（CPU、GPU/NPU、内存、带宽等），自动为每次推理请求选择最优节点。该机制有效避免了节点负载不均、热点集群拥塞等问题，实现了推理任务在多节点间的动态最优分配。

其核心机制包括：

• 实时节点特征采集与健康度评估

• 基于权重的动态节点调度算法

• 多级容灾与优先级控制

智能路由的目标是让推理请求“走最优路径”，最大限度减少等待和网络开销。

2. PD 分离分布式 KVCache（Parameter-Data Separation）

传统推理场景下，KVCache（键值缓存）往往与推理引擎绑定部署，易导致数据耦合、缓存命中率低。openFuyao 采用了 PD（Parameter/Data）分离架构，将参数存储与数据存储解耦，通过统一的分布式 KVCache 提供高性能缓存访问。

该机制带来了三大优势：

• 高命中率：同模型多实例共享缓存，显著减少重复加载。

• 可扩展性：缓存节点可独立扩缩容，适配不同推理负载。

• 一致性保障：分布式同步机制确保多节点读取一致。

PD分离模式AI推理集成部署图

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• hermes-router：智能路由模块。负责接收用户请求并根据路由策略转发到最优的推理后端服务。

• cache-indexer：KV Cache全局管理器，为路由决策提供数据支持。

• Inference Backend：推理后端模块，基于vLLM提供高性能大模型推理服务，由1个Proxy Server Service，1个Proxy Server实例，n个vLLM Prefill推理引擎实例和n个vLLM Decode推理引擎实例组成。

• Proxy Server Service：推理后端服务的流量入口。

• Proxy Server：二层路由转发组件。负责每个推理后端服务内的负载均衡路由。

• vLLM：vLLM推理引擎实例。

• Mooncake Connector：负责PD实例之间的KV Cache P2P高速传输。

三、部署实战：一分钟启动高性能推理服务

借助 openFuyao 的“算力释放创新组件”，开发者可快速构建一套分布式推理环境。以下为简化示例流程：

准备部署文件

kubectl apply -f inference-deployment.yaml

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查看推理 Pod 状态

kubectl get pods -n openfuyao
# 输出：
# inference-pod-1 Running
# inference-pod-2 Running

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通过 openFuyao 控制台查看任务运行状态新建监控组件。可在 Dashboard 页面直观查看推理服务负载、节点利用率及任务分布情况。

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四、性能对比：延迟下降，算力利用率提升

在实际测试中，使用智能路由 + PD 分离式 KVCache 后，openFuyao 推理集群的性能提升显著。

实验环境：4×NVIDIA A100，openFuyao 24.09 集群版本，模型为 7B Qwen 推理场景。

性能对比图

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通过对比可见，openFuyao 在引入智能路由与 PD 分离式 KVCache 架构后，整体推理吞吐量（QPS）获得显著提升。随着模型规模的扩大，优化效果愈发明显。例如，在 Qwen-14B 模型上，系统吞吐量由 50 QPS 提升至 110 QPS，增幅超过 100%。这主要得益于智能路由机制对计算节点的动态负载分配，以及 PD 分离架构下 KVCache 的分布式高效访问，从而显著提高了算力资源利用率与推理并发性能。

性能提升主要来源于：

• 智能路由降低请求调度延迟；

• PD 分离式 KVCache 提升缓存复用率；

• 集群负载自动均衡，减少节点空转。

延迟对比图

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由上图可见，经过 PD 分离与智能路由的优化后，openFuyao 在多规模 Qwen 模型上的推理延迟显著下降。例如，在 Qwen-14B 模型上，平均延迟由 130ms 降至 88ms，整体性能提升约 32%。这得益于系统在路由调度与 KVCache 分布式访问策略上的协同优化。

五、结果验证：推理服务高效稳定运行

通过 openFuyao CLI 或 RESTful API 发起推理请求：

curl http://127.0.0.1:8080/infer -d '{"input":"你好，世界"}'
# 输出：
# {"result":"Hello, world!", "latency":84.3}

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在日志中可看到：

[INFO] Intelligent routing selected node: gpu-node-3
[INFO] KVCache hit rate: 92.7%
[INFO] Inference completed in 84.3 ms

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这验证了 openFuyao 推理加速组件的有效性：推理延迟显著降低，缓存命中率持续维持在 90% 以上，集群调度稳定可靠。

六、总结与展望

总的来说，openFuyao 社区通过“智能路由 + PD 分离式 KVCache”架构，构建了一个高效、弹性、智能的 AI 推理加速方案。该方案不仅显著提升了算力利用率与推理性能，还为开发者提供了即插即用的轻量化部署体验。

期待未来，openFuyao 继续完善 AI 推理生态，与更多硬件厂商、AI 框架、模型社区协同合作，为开发者带来更开放、更智能的算力释放平台。