Workload
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Overview
서버가 수행하는 업무(Workload)의 유형과 특성, 그리고 AI/ML/LLM 워크로드의 하드웨어·인프라 요구사항을 정리한 기술 문서입니다.
Summary
- 무엇인가? - 서버 워크로드 유형 분류 및 각 워크로드의 인프라 요구사항 정의
- 왜 필요한가? - 서버 구매·구축 시 워크로드에 맞는 하드웨어/소프트웨어 스택을 선정하는 기준
- 언제 사용하는가? - 서버 사양 설계, 냉각 방식 선정, GPU 구성 판단 시
Purpose
- Goal: 워크로드 유형별 특성 및 인프라 요구사항을 명확히 정의
- Scope: 일반 서버 워크로드 + AI/ML/LLM 워크로드
- Non-goals: 개별 소프트웨어 설정 방법, 성능 벤치마크 수치
Key Concepts
| Concept | Description | Related |
|---|---|---|
| Workload | 서버가 수행하는 업무의 종류와 특성 (CPU, GPU, I/O 사용 패턴) | Server Diagnostics |
| Throughput | 단위 시간당 처리량 — 워크로드별 최적화 기준이 다름 | Performance benchmarking |
| Latency | 요청에서 응답까지 소요 시간 — 실시간 워크로드에 중요 | IPerf3 performance test |
| Interconnect | GPU/노드 간 데이터 전송 경로 (NVLink, InfiniBand, RoCE) | NVIDIA GPU |
Server Workload Types
| Workload Type | Description | Primary Bottleneck | Typical Hardware |
|---|---|---|---|
| Web server | HTML/웹앱을 클라이언트에 서빙 | CPU / 메모리 | 8~32코어 CPU, 32~128GB RAM |
| File server | 네트워크 파일을 저장 및 관리 | I/O (디스크 대역폭) | HDD/SSD 대용량, 10GbE |
| Database server | 데이터베이스 관리 및 쿼리 처리 | I/O / 랜덤 접근 | NVMe SSD, 고코어 CPU |
| Email server | 메일 계정 관리 및 메시지 전송 | CPU / 네트워크 | 일반 서버 사양 |
| DNS server | 도메인명을 IP 주소로 변환 | 네트워크 (낮은 부하) | 저사양 가능 |
| Proxy server | 클라이언트 요청을 중계/캐싱하여 원본 서버 부하 분산 | CPU / 네트워크 대역폭 | 고대역 NIC, 고속 스토리지 (캐시) |
| HPC (고성능 계산) | 병렬 수치 계산, 시뮬레이션 | CPU 연산 / 메모리 대역폭 | AMD EPYC, DDR5, InfiniBand |
| AI/ML Training | 대규모 모델 학습 (GPU 병렬) | GPU 연산 / HBM 대역폭 | 8×H100/H200, NVLink, 400Gbps |
| AI/ML Inference | 학습된 모델 실시간 추론 서빙 | GPU 메모리 / KV Cache | 1~8×GPU, HBM 40~141GB |
| LLM Serving | 대형 언어 모델 추론 + 긴 컨텍스트 | GPU 메모리 (KV Cache) | 8×H100/H200, NVLink |
AI/ML/LLM Workload
AI/ML/LLM 워크로드는 일반 서버 워크로드와 근본적으로 다른 하드웨어 요구사항을 가집니다. GPU 컴퓨팅, 고대역 메모리(HBM), 고속 인터커넥트가 핵심 변수입니다.
Workload Type 분류
| Workload Type | 특징 | GPU 규모 | GPU 메모리 | 인터커넥트 | 냉각 요구 |
|---|---|---|---|---|---|
| AI Training (대규모 학습) | 수백~수천 GPU 동시 학습, 수일~수주 | 8~1024+ (멀티노드) | HBM3/HBM3e 80~141GB × GPU 수 | NVLink (노드 내) + 400Gbps (노드 간) | Cold Plate Liquid cooling 필수 |
| AI Inference (실시간 추론) | 낮은 지연시간, 높은 동시 처리 | 1~8 | HBM 40~80GB | NVLink (선택) | 공냉 또는 Liquid cooling |
| LLM Pre-training | 초대규모, 초장시간 (수주~수개월) | 1000+ (멀티노드) | HBM3e 141GB × GPU 수 | NVLink + 400Gbps InfiniBand | Cold Plate Liquid cooling 필수 |
| LLM Inference/Serving | 긴 컨텍스트, 높은 토큰 처리량 | 1~8 | HBM 40~141GB (KV Cache 포함) | NVLink (선택) | 공냉 또는 Liquid cooling |
| LLM Fine-tuning (LoRA/QLoRA) | 저비용 파인튜닝 | 1~4 | 24~80GB | PCIe 또는 NVLink | 공냉 (TDP < 350W) |
AI Training Workload
대규모 AI 모델 학습은 가장 높은 하드웨어 요구사항을 가집니다.
- GPU 구성: 노드당 8개 GPU (DGX/HGX 구성), 수백~수천 노드 스케일
- GPU 간 통신: 노드 내 NVLink (900GB/s~1.8TB/s), 노드 간 400Gbps InfiniBand 또는 RoCE v2
- 메모리: GPU별 HBM3/HBM3e 80~141GB — 모델 파라미터 + 옵티마이저 상태(Adam 등) 저장
- CPU: AMD EPYC 고코어 (CPU 측 I/O·데이터 로딩 병목 방지)
- 시스템 메모리: 1~4TB DDR5 (데이터 스테이징)
- 전력: 노드당 10kW+, 랙당 40~60kW
- 냉각: 700W+ TDP GPU는 공냉 한계 초과 → Cold Plate Liquid cooling (CDU) 필수
- 네트워킹: RDMA 기반 저지연 통신 (InfiniBand 또는 RoCE)
AI Inference Workload
- GPU 구성: 1~8개 GPU (모델 크기에 따라)
- 메모리: KV Cache가 컨텍스트 길이에 비례하여 증가 — 긴 컨텍스트일수록 VRAM 점유 증가
- 최적화 기법:
* 양자화 (INT8, FP8, INT4) — 메모리 절감 + 처리량 향상 * Paged Attention — KV Cache 메모리 단편화 방지 * Continuous Batching — 동시 요청 효율적 처리 * Speculative Decoding — 소형 draft 모델로 토큰 예측 후 대형 모델 검증 (처리량 2~3배)
* TTFT (Time To First Token) — 첫 토큰 응답 속도 * TPS (Tokens Per Second) — 지속 생성 속도 * 동시 요청 처리 수 (concurrency)
LLM 특화 Workload
LLM(대형 언어 모델) 워크로드는 일반 AI 워크로드와 다른 특성을 가집니다.
- 컨텍스트 윈도우: 32K~1M 토큰 — KV Cache가 GPU VRAM의 주요 점유 요소 (컨텍스트 × 헤드를 배로)
- MoE (Mixture of Experts): 총 파라미터는 크지만 활성 파라미터는 작음 → 메모리 대비 컴퓨트 효율 향상
- Tensor Parallelism: 단일 모델 레이어를 여러 GPU에 분할 (NVLink 필수)
- Pipeline Parallelism: 레이어를 여러 GPU에 순서대로 분할
- RAG (Retrieval Augmented Generation): 벡터 DB 검색 + LLM 추론 조합 — GPU + 스토리지 혼합 워크로드
- Fine-tuning 방식:
* Full Fine-tuning: 전체 파라미터 학습 (GPU 8+ 개) * LoRA: 저랭크 어댑터만 학습 (GPU 1~2개) * QLoRA: 양자화 + LoRA (GPU 1개, 24GB VRAM)
Hardware Requirements 비교
| 항목 | 일반 서버 | AI Inference | AI/LLM Training |
|---|---|---|---|
| GPU | 없음 또는 1개 | 1~8개 (H100/A100) | 8개 × 수백~수천 노드 |
| GPU 메모리 | - | 40~141GB HBM | 80~141GB HBM × GPU 수 |
| GPU 간 인터커넥트 | PCIe | NVLink (선택) | NVLink (노드 내) + 400Gbps (노드 간) |
| CPU | 8~32코어 | 32~128코어 (AMD EPYC) | 128~256코어 (AMD EPYC) |
| 시스템 메모리 | 64~256GB | 256GB~1TB DDR5 | 1~4TB DDR5 |
| 저장소 | SATA SSD / HDD | NVMe SSD | NVMe (모델/체크포인트) + Parallel FS (데이터셋) |
| 랙 전력 | 2~6kW | 8~15kW | 40~60kW+ |
| 냉각 | 공냉 | 공냉 또는 Liquid cooling | Cold Plate Liquid cooling (CDU) |
Best Practices
- 워크로드 특성에 맞는 GPU 세대/형상을 선정 (Training: H100/H200/B200, Inference: L40S/A10G)
- TDP 300W 초과 GPU는 반드시 Liquid cooling 설계
- 노드 간 통신은 RDMA (InfiniBand 또는 RoCE) — TCP/IP는 지연시간이 높음
- KV Cache 용량을 컨텍스트 길이에 따라 사전 계산 (GPU VRAM 확보)
- Fine-tuning은 LoRA/QLoRA로 GPU 요구량을 최소화
- 냉각 설계 시 전원 배분과 함께 랙 단위 열 부하를 먼저 산정
References
- Workload (본 페이지)
- NVIDIA DGX H100
- NCCL Documentation
- vLLM Documentation
- Paged Attention (vLLM Paper)
- LoRA Paper
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- CDU
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- NCCL
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