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发布于 2026-08-14 · 调研整理
Learning Roadmap · LLM Inference Engine

LLM 推理引擎
学习路线图

从 GPU 硬件到调度系统再到源码,系统吃透 vLLM / SGLang / TensorRT-LLM 这类推理引擎。九阶段路线,每个阶段的资源都保留原始出处,可直接跳转。

9 阶段约 2.5~4 个月中英双语资源论文 · 书 · 课程 · 源码
01 / SCHEDULING
调度
怎么把请求喂饱 GPU
02 / MEMORY
显存
KV Cache 怎么省怎么放
03 / KERNEL
算子
单个计算怎么加速
04 / SCALE
扩展
多卡多机怎么协作
STAGE 00

地基:Transformer + PyTorch + GPU 常识

00

能看懂模型代码,知道 GPU 在跑什么

1~2 周前提:Python 基础

目标:Transformer 结构(Attention / 多头 / RoPE 位置编码)、PyTorch 张量与 torch.compile、GPU 极简认知(HBM/SRAM、SM/warp、kernel launch 开销)。

TransformerSelf-AttentionRoPE PyTorchtorch.compileGPU 架构CUDA 常识
STAGE 01

推理的本质:Prefill / Decode / KV Cache

01

理解「为什么需要推理框架」

3~5 天

目标:两阶段的计算量与访存量差异(Prefill 算力密集、Decode 带宽密集)、KV Cache 从零推导、朴素实现 vs 框架实现的差距。产出:手写 30 行 toy 推理循环,亲眼看到 KV Cache 省了多少计算。

PrefillDecodeKV Cache Memory-Bound长上下文成本
STAGE 02

跑起来:部署一个真实引擎

02

亲手把 vLLM 和 llama.cpp 跑起来,建立体感

2~3 天

目标:Ollama 5 分钟跑通本地模型;vLLM 起 OpenAI 兼容服务并对比关键参数;llama.cpp 感受 GGUF 量化前后差异;用 vllm bench 实测一轮吞吐。产出:一张自己实测的「引擎 × 量化 × 并发」小表格。

vLLM serveGGUFOpenAI 兼容 API TTFT / TPOT吞吐实测
STAGE 03

系统层机制:调度与显存 ⭐ 核心

03

彻底搞懂 Continuous Batching 和 PagedAttention —— 推理引擎的灵魂

1~2 周⭐ 核心

目标:Continuous Batching(为什么 static batching 浪费、迭代级调度、Chunked Prefill)、PagedAttention(KV 分块、block table、与操作系统虚拟内存的类比)、vLLM Scheduler 与 Sequence 状态机、抢占机制。产出:手搓 200 行简化 scheduler。

Continuous BatchingChunked Prefill PagedAttentionBlock Table SchedulerPreemption
STAGE 04

算子层优化:Attention 内核 ⭐ 分水岭

04

理解 FlashAttention 为什么快,能用 Triton 写 kernel

2~4 周⭐ 进阶分水岭

目标:FlashAttention v1/v2/v3(IO-aware、tiling、online-softmax、重计算)、Triton 写 kernel(softmax → attention → FlashAttention 手写一遍)、CUDA Graph(为什么只对 decode 用)、算子融合。产出:用 Triton 手写 FlashAttention-2 并与 torch 原生对比。

FlashAttentionOnline-Softmax Triton KernelCUDA Graph 算子融合
STAGE 05

量化:把模型塞进显存

05

在精度-速度-显存之间做取舍

1 周

目标:W8A8 / W4A16 / FP8 含义、per-tensor/per-channel、GPTQ / AWQ / SmoothQuant / GGUF k-quants。实操:llama.cpp -q4_k_m 与 vLLM --quantization awq 各跑一遍对比。产出:lm-evaluation-harness 测 FP16 vs INT4 精度差。

W8A8 / W4A16GPTQAWQ SmoothQuantGGUF k-quants
STAGE 06

多卡分布式:并行与通信

06

大模型怎么在多卡上跑起来

1~2 周

目标:张量并行(Column/Row Parallel、切分策略、通信开销)、流水线并行与序列并行概念、NCCL 原语(all-reduce / all-gather)、前沿 PD 分离。产出:vLLM 单卡 vs 2 卡 TP 的吞吐对比实验。

张量并行 TP流水线并行 PP 序列并行 SPNCCLPD 分离
STAGE 07

高级解码:投机解码与结构化生成

07

Decode 阶段的「外挂」加速法

1 周

目标:Speculative Decoding(小模型 draft + 大模型 verify)、Medusa / EAGLE、SGLang RadixAttention(KV 跨请求复用)、约束解码 / JSON mode。产出:vLLM 开关投机解码的加速比实测。

Speculative DecodingMedusaEAGLE RadixAttention约束解码
STAGE 08

源码精读 + 造轮子 ⭐ 毕业设计

08

能给别人讲清楚 vLLM 的架构,能改源码

持续⭐ 毕业设计

目标:精读 vLLM(架构 → Scheduler → BlockManager → 模型加载 → 多进程 V1 架构);造轮子二选一(nano-vllm:1200 行 Python 复刻核心;nanoGPT-inference:逐步加速教程);横向对比 vLLM / SGLang / TensorRT-LLM 设计取舍。产出:给 vLLM 提一个 PR,或写一篇架构解析博客。

vLLM 源码nano-vllm多进程架构 FlashInferMLA
BOOKS

书籍 (英文两本核心,中文靠开源教程)

★ 必读 · 动手党

Build a Large Language Model (From Scratch)

Sebastian Raschka · Manning
从零手写 LLM,第 7 章直接讲推理优化与量化。有 Datawhale 开源中文版。
manning.com →
★ 必读 · 系统设计

AI Engineering

Chip Huyen · O'Reilly 2025
推理的吞吐/延迟/成本权衡与选型,AI 工程师视角的权威参考。
aiengineeringbook.com →
○ 补充

Designing Machine Learning Systems

Chip Huyen
偏 ML 全流程,推理只占一章,可选读。
huyenchip.com →
○ 在线教材

Inference Engineering(交互式)

inferenceengineering.tech
免费在线"书":GPU 硬件 → CUDA → 推理引擎 → 生产部署,带动画/计算器/测验,强烈推荐当主线教材。
inferenceengineering.tech →
关于中文书:推理引擎专门的中文书几乎没有——领域变化太快,出版即过时。中文最好的资料是开源教程 + 知乎深度系列(见下方资源总表)。想补基础可看《大模型基础》(架构演化/微调/RAG 概念)或《动手学深度学习》Transformer 章节。
COURSES

课程 (免费,质量天花板)

★★★

Karpathy《Neural Networks: Zero to Hero》+ llm.c

Andrej Karpathy · YouTube 免费
从反向传播到 GPT 全手写;llm.c 是纯 C/CUDA 实现,理解 GPU 加速的神器。适合阶段 0。
★★★

Stanford CS336《Language Modeling from Scratch》

Stanford · YouTube 全部录像免费
从 tokenizer 到训练到推理的完整课程,作业含 inference 实现。适合阶段 0-1。
★★★

MIT 6.5940《TinyML / Efficient AI Computing》

MIT Han Lab(Song Han)· YouTube 免费
压缩/量化/高效推理,FlashAttention 与量化章节顶级。适合阶段 4-5。
★★

The LLM Course(mlabonne)+ HuggingFace LLM Course

mlabonne · HuggingFace 免费
生态上手 + 资源导航,快速建立全貌。适合阶段 2。
★

Berkeley CS294-280《Advanced LLM Agents》

UC Berkeley · 免费
偏 agent 系统,但含 advanced inference 部分,感兴趣可看。
★

B 站 vLLM 原理详解系列(中文)

bilibili · 免费
搜「大模型推理框架 vLLM 原理详解」(2026 新版),从零到源码;另有「1200 行 Python 解读 vLLM 核心架构」录屏。
PAPERS

论文精读清单 (按主题分组)

论文合集:GitHub Awesome-LLM-Inference(带代码的论文列表)· Awesome_LLM_System-PaperList
ENGINES

开源引擎地图

vLLM★ 主攻
社区事实标准 · 吞吐之王 · 生态最大
精读源码的首选对象。
SGLang★ 第二
RadixAttention · 结构化生成
agent / 多轮对话场景强。
TensorRT-LLM
NVIDIA 官方 · 极致性能
重编译/优化路线,用官方文档学,别入门。
llama.cpp
CPU/边缘 · GGUF 量化事实标准
学习量化与朴素推理的好教材。
Ollama
一键部署
体验入口,别深究。
LMDeploy
国内生态 · AWQ/TurboMind
中文文档好,备选。
MLC-LLM / MLX
编译栈 / Apple 芯片
按需学习。
FlashInfer
Attention kernel 库
vLLM/SGLang 底层,内核进阶。
HuggingFace TGI
HF 生态官方服务
与 transformers 生态衔接顺滑。
RESOURCES

中文资源总表 (一站式)

PITFALLS

避坑指南

  1. 别从 TensorRT-LLM 入门
    它封闭、重编译、调试地狱;先 vLLM 建立全局观,再回头看会秒懂。
  2. 别只看不写
    每个阶段配一个动手产出(路线里已列),尤其阶段 3 的 toy scheduler 和阶段 4 的 Triton kernel。
  3. 源码 > 博客
    博客讲思路,细节全在源码;vLLM 的 scheduler.py 和 block_manager 值得逐行读。
  4. 跟着版本走
    vLLM 每年大版本重构(V0→V1 多进程架构),看源码务必锁版本,别拿 V0 的博客套 V1 的代码。
  5. 量化先跑通再深挖
    别一上来啃 GPTQ 数学,先用 llama.cpp -q4 感受效果,再读论文。
  6. 关注一手信息源
    vLLM blog、SGLang blog、NVIDIA 技术博客、MLSys/OSDI/SOSP 论文、Hacker News。
  7. 中文书谨慎买
    买前看目录有没有 Prefill/Decode、PagedAttention、Continuous Batching——没有就是过时书。
FAST PATH

最短路径 (时间紧张只做这些)

  1. 看 nano-vllm 学习路线全文
    半天,建立地图。
  2. Karpathy《Let's build GPT》+ Raschka 书第 7 章
    1 周,动手写推理。
  3. 读 Orca + PagedAttention 两篇论文,对照 vLLM 源码 scheduler
    1 周。
  4. 用 Triton 手写 FlashAttention-2
    1 周。
  5. 跑通 nano-vllm / nanoGPT-inference,给 vLLM 提第一个 PR
    2 周。
  6. 之后按兴趣往量化 / 分布式 / 投机解码深钻
    持续。