在分布式AI訓(xùn)練場(chǎng)景中，GPU集合通信路徑是支撐多節(jié)點(diǎn)協(xié)同計(jì)算的核心基礎(chǔ)設(shè)施。通過(guò)集合通信庫(kù)（如NVIDIA NCCL、華為HCCL等），跨GPU的數(shù)據(jù)交換（AllReduce、Broadcast等操作）得以高效執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模模型參數(shù)的同步與梯度聚合。

然而，隨著智算集群規(guī)模的擴(kuò)展，通信路徑的復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，暴露出以下技術(shù)難題。

路徑黑盒化：現(xiàn)有集合通信庫(kù)（Collective Communication Libraries, CCLs）對(duì)用戶屏蔽底層通信細(xì)節(jié)（如物理拓?fù)?、網(wǎng)卡綁定策略、路由選擇），導(dǎo)致性能瓶頸難以定位。

異構(gòu)環(huán)境兼容性：多廠商CCLs（如ACCL、TCCL）的差異化實(shí)現(xiàn)，增加了跨平臺(tái)部署與調(diào)優(yōu)的復(fù)雜度。

動(dòng)態(tài)資源適配不足：傳統(tǒng)靜態(tài)路由規(guī)劃無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載變化，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞與帶寬利用率低下。

故障溯源低效：訓(xùn)練中斷時(shí)，需人工排查模型、硬件、網(wǎng)絡(luò)多層級(jí)問(wèn)題，MTTR（平均修復(fù)時(shí)間）顯著增加。

集合通信路徑的架構(gòu)解析

通信路徑的層級(jí)劃分

GPU集合通信路徑涵蓋以下核心層級(jí)：

• 節(jié)點(diǎn)內(nèi)通信：通過(guò)NVLink/PCIe實(shí)現(xiàn)多GPU間P2P直連，依賴(lài)CUDA驅(qū)動(dòng)層優(yōu)化。
• 跨節(jié)點(diǎn)通信：基于RDMA（如RoCEv2）協(xié)議，通過(guò)智能網(wǎng)卡（如ConnectX系列）與交換機(jī)構(gòu)建低延遲、高吞吐的數(shù)據(jù)通道。
• 邏輯通信環(huán)：NCCL等庫(kù)根據(jù)硬件拓?fù)渥詣?dòng)構(gòu)建邏輯環(huán)形/樹(shù)形結(jié)構(gòu)，優(yōu)化數(shù)據(jù)流并行性。

現(xiàn)有方案的局限性

盡管NCCL通過(guò)拓?fù)涓兄?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/2562/" target="_blank">算法優(yōu)化通信效率，但其運(yùn)行時(shí)仍存在以下缺陷：

• 路徑不可觀測(cè)：用戶無(wú)法獲取通信環(huán)的實(shí)際物理路徑（如交換機(jī)端口映射、QoS策略）。
• 配置僵化：缺少動(dòng)態(tài)路由調(diào)整機(jī)制，無(wú)法感知網(wǎng)絡(luò)擁塞或鏈路故障。
• 診斷信息碎片化：日志分散于各節(jié)點(diǎn)，缺乏全局視圖與關(guān)聯(lián)分析能力。

EPS（E2E Path Scheduler，端到端路徑規(guī)劃）的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

架構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)

EPS旨在打破集合通信的“黑盒”狀態(tài)，提供以下核心能力：

• 全路徑可視化：實(shí)時(shí)映射邏輯通信環(huán)至物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/li>
• 智能路由優(yōu)化：基于實(shí)時(shí)流量狀態(tài)生成最優(yōu)路徑配置。
• 自動(dòng)化運(yùn)維：通過(guò)API驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備策略下發(fā)，減少人工干預(yù)。

關(guān)鍵技術(shù)模塊

通信環(huán)解析與拓?fù)渲貥?gòu)

EPS通過(guò)解析NCCL日志中的ncclTopoGraph結(jié)構(gòu)，提取邏輯GPU通信組（如Ring、Tree），并關(guān)聯(lián)物理設(shè)備信息（GPU UUID、網(wǎng)卡端口號(hào)）。結(jié)合LLDP協(xié)議與交換機(jī)CLI查詢，動(dòng)態(tài)構(gòu)建端到端路徑拓?fù)鋱D（如圖1）。

路由規(guī)劃算法

采用混合式路徑選擇策略：

• 靜態(tài)權(quán)重分配：基于鏈路帶寬、延遲、丟包率構(gòu)建代價(jià)模型。
• 動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡：集成Prometheus監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)感知隊(duì)列深度與ECN標(biāo)記，觸發(fā)路徑重計(jì)算。
• 容災(zāi)路由：預(yù)設(shè)多路徑冗余，在鏈路故障時(shí)自動(dòng)切換至備份路徑。

如何使用 EPS？

安裝配置

演示環(huán)境中的 Master 節(jié)點(diǎn)為一臺(tái)獨(dú)立的 CentOS 服務(wù)器，項(xiàng)目指定的工作目錄為 /home/admin/EPS

配置控制面板

演示使用 EasyRoCE Toolkit 內(nèi)的統(tǒng)一監(jiān)控面板（UG，Unified Glancer），在此之前需要提前完成該平臺(tái)的部署，請(qǐng)參閱：一文解讀開(kāi)源開(kāi)放生態(tài)下的RDMA網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實(shí)踐 中的“監(jiān)控平臺(tái)配置”部分。

我們只需要為 UG 再添加一個(gè)呈現(xiàn) HTML 的 Pannel，并完成 HTML 源的配置（如下圖所示），EPS 解析出來(lái)的集合通信環(huán)信息就將作為各類(lèi) RDMA 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)監(jiān)控指標(biāo)信息的補(bǔ)充，輔助集群設(shè)施調(diào)優(yōu)決策。

完成以上所有步驟，我們就可以在 UG 看到實(shí)時(shí)更新的集合通信庫(kù)運(yùn)行信息，手動(dòng)更新NCCL 日志文件，可以看到 UG 中呈現(xiàn)的解析信息也同步刷新。