ML基础设施（Machine Learning Infrastructure）

ML基础设施（Machine Learning Infrastructure） 是指支持机器学习项目从开发到部署全生命周期所需的底层技术架构和工具集合。其核心目标是让数据科学家和工程师能专注于模型创新，而非环境搭建等重复性工作。以下是深度解析：

一、ML基础设施的组成要素

二、关键组件详解

1. 计算资源管理

• 核心问题：如何高效利用GPU等昂贵资源
• 解决方案：
  • 集群调度：Kubernetes/Slurm
  • 云优化：SkyPilot等跨云抽象层
  • 案例：自动选择Spot实例节省60%成本

2. 数据流水线

• 典型架构：

  # 现代特征工程流水线
  from feast import FeatureStore
  store = FeatureStore(repo_path=".")
  training_df = store.get_historical_features(
      entity_df=entities,
      features=["user_stats:credit_score", "merchant_stats:fraud_rate"]
  ).to_df()
  

3. 实验管理

• 必备工具：

  工具	功能	示例输出
  MLflow	实验记录	metrics/accuracy: 0.92
  Weights & Biases	可视化看板
  DVC	数据版本控制	git-like的数据变更记录

4. 模型服务

• 部署模式对比：

  方式	延迟	成本	适用场景
  实时推理	<100ms	高	推荐系统
  批量推理	分钟级	低	报表生成
  边缘计算	<50ms	中	工业质检

三、与传统IT基础设施的区别

四、技术演进趋势

1. Unified Infrastructure

   • 趋势：训练/推理一体化架构（如NVIDIA Triton）
   • 示例代码：

     # 同一套基础设施处理全流程
     modelkit deploy --platform=k8s \
                    --gpu=a100 \
                    --scale=0to100
     

2. Serverless ML

   • AWS SageMaker/Hugging Face Endpoints等无服务化方案兴起

3. 成本感知调度

   • 动态混合使用Spot/On-Demand实例（SkyPilot核心能力）

五、企业落地挑战

1. 技术债

   • 技术栈碎片化：58%的企业同时使用3+种ML工具（2023年Gartner报告）

2. 人才缺口

   • 需要既懂K8s又熟悉PyTorch的复合型人才

3. 成本失控

   • 典型陷阱：

     # 错误示范：开发环境使用V100调试代码
     resources = Resources(gpu="v100")  # 应先用T4测试
     

六、开源解决方案全景图

代表项目：

• 计算层：Ray, Kubeflow
• 数据层：Feast, Delta Lake
• 开发层：MLflow, JupyterLab
• 服务层：BentoML, Triton

ML基础设施的本质是将机器学习工程化过程中的通用能力沉淀为可复用的技术组件，其成熟度直接决定企业AI应用的迭代速度。据McKinsey调研，拥有完善ML基础设施的企业，模型投产周期可缩短70%。