Speed as the Next Scaling Law

framework tilert-speed-scaling-law — Cross-paper Synthesis

相关论文 #

TileRT 的核心主张——将整个模型 AOT 编译为单个 Persistent Engine Kernel 并以 tile 为调度粒度消除 inter-kernel idle——处于 2026 年"持续执行 GPU 编程"浪潮的交汇点。四篇相关工作分别从不同角度切入这一问题空间:

  1. GPUOS(2604.17861):提出 persistent kernel + ring buffer + 动态 operator injection 范式,将 per-operation 调度从 μs 级 host launch 压缩到 ns 级 device function call [2604.17861]。与 TileRT 共享"launch once, dispatch many"的基本理念,但走 JIT 动态路线而非 AOT 静态路线。
    1. Fleet(2604.15379):在 AMD MI350 的 8-XCD chiplet 架构上实现 chiplet-aware persistent megakernel,新增 Chiplet-task 抽象将 L2 cache 从编程模型 bug 变为显式资源 [2604.15379]。与 TileRT 都做 persistent kernel + 异构 worker 分工,但 Fleet 面向 chiplet NUMA 约束,TileRT 面向 NVLink 域内的计算-通信重叠。
      1. DeepSeek-V4(deepseek-v4):1.6T/49B MoE 模型采用 hybrid CSA+HCA 压缩 attention,KV cache 仅为 V3.2 的 10%,FLOPs 仅 27% [deepseek-v4]。代表了 TileRT 必须服务的下一代工作负载——MoE routing、异构 KV cache layout、FP4 量化权重对静态 AOT 编译构成结构性挑战。
        1. Optimizing Attention on GPUs(2511.02132):在 MI300X 上通过 Swizzled Head-first Mapping 将 FlashAttention2 的 L2 hit rate 从 ~1% 提升至 90-97% [2511.02132]。与 TileRT 互补——前者在单 kernel 内优化 NUMA 调度,后者消除 kernel 间的边界本身。
        2. 这四篇工作构成一个谱系:从最细粒度的 intra-kernel NUMA 调度(2511.02132)→ 单 GPU persistent kernel(GPUOS)→ chiplet-aware megakernel(Fleet)→ 全模型 AOT persistent engine(TileRT),解决问题的粒度逐级上升。

          本篇 vs 相关论文的 delta #

          TileRT vs GPUOS:静态全栈 vs 动态局部 #

          GPUOS 的设计哲学是"透明加速"——保留 PyTorch eager semantics,通过 TorchDispatch hook 自动路由微操作到 persistent kernel,大操作仍走传统 launch [2604.17861]。TileRT 采取对立策略:AOT 将完整 transformer 编译为单个 Engine Kernel,运行时不存在 host-device 交互。

          维度GPUOSTileRT
          编译策略JIT (NVRTC per-operator)AOT (full model static)
          覆盖范围微操作(element-wise, small reduction)全模型(attention + FFN + communication)
          Host 参与度Host 持续写 ring buffer descriptorHost 仅 launch once,全程 GPU-resident
          动态性完全支持动态 shape/operator静态 shape(需 recompile for different configs)
          通信处理未涉及 multi-GPUNVLink 通信嵌入 tile pipeline
          Speedup 来源消除 launch overhead 的算术效果消除 launch + 跨 operator 数据驻留 + 通信重叠

          GPUOS 在 H100 上 element-wise 达 15.3× [2604.17861],但其加速仅在"launch overhead 占比 > compute 本身"的操作上成立——大 GEMM 仍走传统路径。TileRT 的野心更大:将大 GEMM、attention、communication 全部纳入 persistent pipeline,消除的不只是 launch gap,还包括 cross-kernel global memory round-trip 和跨 operator 的数据局部性损失 [tilert-speed-scaling-law]

          代价是 TileRT 放弃了动态性——GPUOS 的 dual-slot aliasing 支持零停机热更新 [2604.17861],而 TileRT 的模型结构变更需要 recompile。这是两条路线的根本性分叉。

          TileRT 和 Fleet 在最高层次上做了相同的事——persistent kernel + 异构 worker assignment——但解决的硬件约束完全不同:

          • Fleet 的核心约束是 AMD MI350 的 XCD L2 不相干,解决方案是 M-major 协作式 tile 遍历使同 XCD workers 共享权重 [2604.15379]
          • TileRT 的核心约束是 8×H200 NVL 域内 TP synchronization 的通信开销,解决方案是将 GPU0 特化为 Sparse Indexer Worker、GPU1-7 为 MLA Workers,通信嵌入 tile pipeline [tilert-speed-scaling-law]

          Fleet 的 Heterogeneous Workers 是 XCD 粒度(同 GPU 内 8 个 XCD 分工),TileRT 的 Heterogeneous Workers 是 GPU 粒度(8 块 GPU 分工)。两者的异构特化思路相通但作用域差异一个数量级。

          Fleet 有完整的性能模型——Eq.(1) L2 hit = (R-1)/R 在 bs=32 精准命中 51% [2604.15379],TileRT 博客未提供任何解析性能模型,这是科学严谨性的显著差距。

          TileRT vs DeepSeek-V4:系统 vs 工作负载的张力 #

          DeepSeek-V4 的 hybrid CSA+HCA attention 引入了高度异构的计算图:CSA 层需要先 4× 压缩、再 Lightning Indexer sparse top-k、再 MQA;HCA 层需要 128× 压缩后 dense attention;两种层 interleaved 排列 [deepseek-v4]。这种结构与 TileRT 的 AOT 静态编译之间存在结构性张力:

          1. MoE dynamic routing:V4-Pro 每 token 仅激活 6/384 个 expert,routing 决策是 input-dependent [deepseek-v4]。TileRT 的静态 tile pipeline 如何处理每 token 不同的 expert 路径?
          2. 异构 KV cache lifecycle:V4 的 State Cache(固定大小)和 Classical KV Cache(分块增长)管理逻辑 [deepseek-v4] 引入运行时动态性——"攒够 m 个 token 才压缩"的逻辑难以在 AOT 编译期静态展开。
          3. 混合精度:V4 的 FP4 indexer + FP8 KV + BF16 RoPE 三档精度共存,对 tile pipeline 的数据流编排提出额外约束。
          4. TileRT 声称服务 GLM-5.1(MoE 模型) [tilert-speed-scaling-law],说明其 AOT 编译已具备处理 MoE 的能力,但博客未说明如何处理 routing 动态性——这是最关键的 delta 之一。

            TileRT vs NUMA-aware Attention:互补而非竞争 #

            2511.02132 的 Swizzled Head-first Mapping 是单 kernel 内的调度优化,解决 workgroup-to-XCD 亲和性 [2511.02132]。TileRT 消除了 kernel 边界本身——当整个 attention 层成为 Engine Kernel 内的一段 tile pipeline 时,workgroup 调度不再由硬件 dispatcher 决定,而由 AOT 编译器静态规划。两者在逻辑上互补:TileRT 的 Engine Kernel 内部仍然需要 tile-to-SM 的合理映射,此时 NUMA-aware 原则依然适用。

            可攻击面 #

            1. 缺失定量证据——全部声明无对照验证 #

            TileRT 博客声称弥合"理论 ~1000 tok/s 与实际几十 tok/s"的量级差距 [tilert-speed-scaling-law],但未提供:

            • 与 vLLM/TRT-LLM/SGLang 的 head-to-head 延迟/吞吐对比
            • 各优化组件(persistent kernel / warp specialization / heterogeneous workers)的消融实验
            • 生产环境 p50/p99 延迟数据

            对比 GPUOS 提供了完整的 speedup 矩阵(H100: element-wise 15.3×, attention 8.7×, mixed 23.1×)[2604.17861] 和 Fleet 提供了 per-batch-size TPOT 对比 [2604.15379],TileRT 的证据标准远低于同领域论文。

            2. AOT 静态性的 MoE/动态形状困境 #

            TileRT 将"完整模型 AOT 编译为单个 kernel"——但现代 LLM 的动态性不断增加:

            • MoE routing:DeepSeek-V4 每 token 激活不同 expert [deepseek-v4],路由决策是 input-dependent。AOT 必须预编译所有可能路径或在 kernel 内部实现动态分发——前者编译产物爆炸,后者本质上回到了运行时调度。
            • KV cache 动态增长:注意力计算的工作量随序列长度线性增长。TileRT 如何在 AOT 编译的 tile pipeline 中处理 context 从 1 到 128K 的变化?
            • Speculative decoding:MTP 的 draft/verify 路径分支 [tilert-speed-scaling-law] 引入条件执行——Engine Kernel 内部需要条件分支还是预编译两条路径?

            GPUOS 正面承认了这一 trade-off:其 hybrid execution 让大 GEMM 走传统路径 [2604.17861]。TileRT 声称"全部纳入"但未说明如何处理动态性的工程复杂度。

            3. Heterogeneous Workers 的负载均衡假设 #

            TileRT 将 GPU0 特化为 Sparse Indexer Worker(Top-K + routing),GPU1-7 为 MLA Workers [tilert-speed-scaling-law]。这一设计隐含假设:

            • Sparse Indexer 的计算量恰好适合 1 块 GPU
            • MLA Workers 的负载在 7 块 GPU 间均匀

            如果模型规模或 attention 结构变化(如 V4 的 CSA/HCA interleaved 层在不同层有不同计算量),固定的 1:7 分配可能成为瓶颈。Fleet 面临类似问题但通过软件 scheduler 动态调整 [2604.15379],TileRT 的 AOT 方式是否允许运行时重平衡未知。

            4. "Speed as Scaling Law"论证的逻辑跳跃 #

            TileRT 的叙事线——"推理速度是新的 scaling 维度"——建立在"固定延迟预算下更快推理 = 更多 rollout"的推理 [tilert-speed-scaling-law]。但这一逻辑成立的前提是:

            • 推理质量与 rollout 数量的关系是对数或亚线性的(否则 2× 速度只带来边际收益)
            • 系统是 latency-bound 而非 throughput-bound(高并发场景下 batch 化已经摊薄了 launch overhead)

            当 batch size 增大时(bs ≥ 16),传统框架的 launch overhead 占比急剧下降,TileRT 的加速幅度可能大幅缩水——正如 Fleet 在 bs ≥ 64 时被 vLLM 反超 [2604.15379]

            5. 工程表面积 vs 可维护性 #

            TileRT 自称"从零共同设计 compiler IR、tile scheduler、通信原语和执行模型" [tilert-speed-scaling-law]。这意味着每次模型架构更新都需要:

            • 更新 compiler IR 以支持新 operator
            • 调整 tile scheduler 以适应新的 data flow
            • 修改通信原语以配合新的 TP/PP 策略

            对比 GPUOS 的 3793 行轻量实现 [2604.17861] 和 Fleet 基于 Mirage 的增量扩展 [2604.15379],TileRT 的全栈自研路线带来的维护成本远高于增量式方案。

            生态位 #

            范式定位 #

            TileRT 代表了推理系统优化的"最大主义"极端——把整个模型视为单个 GPU 程序,从编译器到运行时全栈重写。在以下谱系中占据右端:

            
            operator fusion (XLA/TVM) → graph compilation (torch.compile) → persistent kernel (GPUOS) →
            chiplet-aware megakernel (Fleet) → full-model AOT engine (TileRT)
            

            每一步向右,优化边界扩大但灵活性降低。TileRT 是这条路线的逻辑极限——再往右就只剩硬件定制芯片了。

            采纳条件 #

            TileRT 的部署前提极为严苛:

            1. 模型固定:GLM-5/5.1 作为 MaaS 服务,模型架构在编译后不变
            2. 硬件固定:8×H200 NVL 域,换硬件需 recompile
            3. 场景固定:近 BS=1 decode-first latency-sensitive 工作负载
            4. 完全替代:非 vLLM/SGLang 插件,是独立推理系统 [tilert-speed-scaling-law]
            5. 这定位了 TileRT 在"模型厂商自研推理引擎"的生态位——类似 Google 的 TPU 推理栈或 Tesla 的 FSD 推理系统,而非通用社区框架。

              与竞品的差异化 #

              维度vLLM/SGLangTRT-LLMGPUOSFleetTileRT
              开发者社区NVIDIA学术AMD Research模型厂商
              灵活性极低
              极限性能中-高高(微操作)高(小BS)理论极高
              维护成本极高
              部署门槛高(AMD-only)极高

              采纳证据 #

              TileRT 声称已驱动 GLM-5.1 在 MaaS 平台上线 [tilert-speed-scaling-law],这是持续执行范式首次在生产规模的验证。相比之下,GPUOS 停留在 benchmark 验证 [2604.17861],Fleet 停留在 AMD research 实验室阶段 [2604.15379]。TileRT 的生产部署经验(KV 碎片化、MTP 动态 reshape 等稳定性挑战)[tilert-speed-scaling-law] 是其最独特的贡献——即使没有定量数据,"在生产流量下跑通了"本身就是重要信号。

              未探索方向 #

              1. AOT + JIT Hybrid Engine #

              TileRT 的静态 AOT 和 GPUOS 的动态 JIT 可以组合:对模型的确定性骨架(linear layers、fixed-topology attention)用 AOT 编译为 persistent pipeline,对动态部分(MoE routing、variable-length KV compression)在 pipeline 内保留 JIT injection 插槽。GPUOS 的 dual-slot aliasing [2604.17861] 可作为 pipeline 内的动态更新原语,实现"骨架持续执行 + 节点可热替换"。

              2. Chiplet-aware Tile Pipeline #

              TileRT 当前运行在 NVLink 域(H200 NVL),但未来 GPU 不可避免地走向 chiplet [2604.15379]。将 Fleet 的 Chiplet-task 抽象 [2604.15379] 嵌入 TileRT 的 Engine Kernel——让 tile pipeline 在 XCD 边界感知 L2 分区,tile 的 producer-consumer 关系对齐 XCD affinity——是未来 AMD/NVIDIA chiplet GPU 上 TileRT 方案的自然演进。

              3. Compressed Attention 的 Persistent Pipeline 优化 #

              DeepSeek-V4 的 CSA "先压缩再稀疏"和 HCA "极致压缩后 dense" [deepseek-v4] 在 persistent engine 内有独特优化机会:

              • CSA 的 4× 压缩可在 tile pipeline 内以 streaming 方式执行,避免将完整序列 materialize 后再稀疏选择
              • Lightning Indexer 的 FP4 评分可作为 pipeline 内的轻量级前驱 tile,为后续 attention tile 预取 KV entries
              • HCA 的 128× 压缩 + dense attend 天然适合 persistent pipeline(固定 pattern,无 input-dependent branching)

              4. NUMA-aware Tile Routing in Engine Kernel #

              当 TileRT 的 Engine Kernel 运行在 chiplet GPU(MI350 或 Blackwell)上时,tile-to-SM 的分配需要遵循 NUMA 原则 [2511.02132]。AOT 编译器可在编译期生成 tile routing table:同一"attention compute cluster"的 tiles 被静态绑定到同一 XCD/die,权重 tiles 按 M-major 顺序编排以最大化 intra-XCD L2 复用。这将 2511.02132 的 swizzle 思想从 per-kernel 运行时决策提升为编译期静态保证。

              5. Adaptive Fusion Granularity with Runtime Feedback #

              Fleet 在 bs ≥ 64 时被 hipBLASLt 反超 [2604.15379]——compute-bound 区间单 kernel 极致调优优于跨 kernel 持久化。TileRT 的 Engine Kernel 可引入"运行时反馈驱动的 fusion 粒度切换":tile pipeline 内携带轻量级 occupancy counter,当检测到 MFMA pipeline 饱和(compute-bound 信号)时,将特定 GEMM tile 委托给高度优化的 vendor library(cuBLAS/hipBLASLt),在 pipeline 内部实现 persistent ↔ standalone 的动态切换。