這一篇將介紹LLM服務有關推理計算的評估指標 (Computation evaluation metrics)。

這個分類是參考論文Beyond Efficiency: A Systematic Survey of Resource-Efficient Large Language Models第九章中的評估分類方式，此研究中其他還有整理一些Energy, Financial cost, Network communication等評估指標，可以供讀者去參考。

又不是在寫論文，為什麼需要知道推理計算的評估指標？

現在LLM應用滿地都是，雖然很多服務都是誰先出來誰先贏、使用上體感速度似乎不錯，不過要怎麼客觀的跟別人比較說你的系統比較好、比較快？在數字會說話的情境下，認識這些推理計算的評估指標就很重要了！

另外，在推理加速技術和框架越來越多的情況下，在選擇框架的時候這些評估指標就是關鍵了。假設現在已經選好不錯的模型，硬體負載量也OK，那除了看模型準確度，更需要注意生成時間。

(圖源: 網路)

在LLM推理時基本上就是兩種模式：

1. 等待LLM全部生成完回答後回傳
2. 使用Streaming模式，一生成一個token就回傳回去

產生第一個token的時間 (Time To First Token, TTFT)

User輸入query後到產生第一個token的時間，對應的就是上一章說到的prefill階段時間。在streaming模式下送出後等待第一次回應的時間。

影響的因素包含：服務的網路速度、輸入序列的長度、模型大小

產生每一個輸出token的時間 (Time Per Output Token, TPOP)

在streaming模式下後面每個token出現的時間，只要模型產生的速度大於人類閱讀的速度，就是一個非常好的體驗。100 ms/token的TPOP就是每秒可以收到10個token。

這兩個比起來，目前在工作上遇到的是RAG系統客戶比較在乎的會是TTFT，如果是stream回應的話，送出問題之後假設5秒內只要有打字效果，user勉強算是可以接受了。

不過RAG系統除了生成的速度之外，還有包含前面的文件搜尋或排序，這些都會有額外的等待時間出現，需要被考慮進去。

延遲 (Latency)

User收到完整回應的總時間。影響的因素包含：輸出長度、prefill time、硬體排隊時間（因為缺乏GPU或記憶體，導致有些request在排隊中）

Latency = TTFT + TPOP * (tokens數量 - 1)

另外也要考慮LLM的冷啟動時間。當LLM在先前處於非活動狀態後被呼叫時，它會導致冷啟動 (Cold Start)，需要重新啟動、分配計算資源、模型載入，所以需要額外的時間準備處理request。

另外如果有做Scaling to Zero，當服務一定的時間內沒有收到請求的話，伺服器也會自動將分配給他的資源釋放掉。

吞吐量 (Throughput)

分成推理服務在某個時間跨度內，可以處理多少User請求，或是可以產生的輸出token數。

• Requests per second - 模型處理併發的能力。
• Tokens per second - 也可以再細分成每秒總tokens數 (Total tokens per second)，包含輸入和輸出的tokens；以及每秒輸出的tokens數 (Output tokens per second)，這個只有包含輸出的tokens。

LLM推理評估的挑戰

雖然知道要測試什麼內容，但是實際上有很多衡量上條件不太統一的問題，因此很難進行模型之間的比較。

1. 缺乏測驗一致性：像是GPU的類型、使用數量、prompt、地端/雲端模型、透過API推理，有太多的影響因素。
2. 模型的token長度不同：雖然大部分throughput都是看每秒的token數量，但每個模型的token長度都不同，難以進行公正的比較。

章節總結

這章稍微提到了一些常用在LLM推理計算上的評估指標，像是TTFT, TPOP, Latency和Throughput，目標就是最小化延遲的時間與最大化吞吐量。

因為這邊只有純推理計算上的指標，如果是有做其他LLM應用的服務，通常會針對那個服務有更多推理上的評估指標，像是RAG的生成就會需要知道生成答案的相關性 (Relevance)，這部分又是一個很大的坑了。

參考資料

A Guide to LLM Inference Performance Monitoring
https://symbl.ai/developers/blog/a-guide-to-llm-inference-performance-monitoring/
LLM 推理性能优化最佳实践
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzk0ODU3MjcxNA==&mid=2247484362&idx=1&sn=a7a9cc60f95b78083bc12348b168d2cc&chksm=c364c48ff4134d9954f929a4de363bbee2f8a0590008d1ea2099635f503b1a970fa853639e0e&scene=21#wechat_redirect