일반 데이터센터 GPU에서 요청당 3,000 tokens/s 실시간 LLM 추론

Who Should Read

AI 에이전트 또는 코딩 어시스턴트 서비스를 만들고 있어서 생성 속도가 UX에 직접 영향을 주는 상황의 ML 인프라 엔지니어나 백엔드 개발자.

Core Mechanics

• Kog AI가 공개한 Kog Inference Engine(KIE)은 8× AMD MI300X에서 FP16 기준 요청당 3,000 tokens/s, 8× NVIDIA H200에서 2,100 tokens/s를 기록했다. 투기적 디코딩(speculative decoding) 없이 달성한 수치다.
• 이번 벤치마크는 배치 크기 1(batch size 1), 즉 단일 요청 기준으로 측정한 것이다. 기존 추론 벤치마크가 집계 처리량(aggregate throughput)이나 첫 토큰 응답 시간(TTFT)을 주로 측정했다면, KIE는 요청당 디코딩 속도를 핵심 지표로 삼는다.
• AI 에이전트는 '검사 → 계획 → 편집 → 테스트 → 수정' 루프를 순차적으로 돌기 때문에, 단일 요청 디코딩 속도가 전체 워크플로우 속도를 결정한다. 예를 들어 50,000 토큰을 생성해야 할 때 100 tokens/s면 약 8분, 3,000 tokens/s면 20초 이내로 끝난다.
• 배치 크기 1에서 LLM 디코딩의 병목은 연산(FLOPS)이 아니라 메모리 대역폭(memory bandwidth)이다. 각 토큰 생성 시 모델 가중치 전체를 HBM(고대역폭 메모리)에서 연산 유닛으로 옮겨야 하기 때문에, 속도 상한선이 'effective_memory_bandwidth / (active_weight_bytes + KV cache)'로 결정된다.
• FP16 기준으로 가중치 1바이트당 약 1 FLOP/byte의 연산만 발생하는데, H200의 피크 FLOPs/byte 비율은 약 400이다. 즉 GPU 연산 능력은 남아도는데 메모리 대역폭이 발목을 잡는 구조라, 핵심 지표는 MFU(Model FLOP Utilization)가 아닌 MBU(Memory Bandwidth Utilization)다.
• 현재 기존 추론 스택들이 이 메모리 대역폭 상한에 도달하지 못하는 이유는 소프트웨어 병목 때문이다. KIE는 모델 아키텍처, 런타임 엔진, 저수준 GPU 커널을 단일 지연 최적화 파이프라인으로 공동 설계(co-design)해서 이 상한에 근접했다.
• 현재 공개된 모델은 2B 파라미터 코딩 특화 모델이며, 대형 MoE(Mixture of Experts, 여러 전문가 네트워크를 조합하는 구조) 서드파티 모델 지원도 유사한 속도로 곧 추가할 예정이다.
• AMD MI300X에서 H200보다 높은 속도를 기록한 것은 MI300X의 HBM 메모리 대역폭이 더 높기 때문으로, 메모리 대역폭 최적화 접근법의 효과를 잘 보여준다.

Evidence

• 2B 모델로 측정한 결과를 프론티어 모델(수백 B 규모)과 비교하는 것은 공정하지 않다는 지적이 있었다. 특히 15,000 tok/s를 주장하는 Taalas 같은 경쟁 서비스와의 비교가 빠져 있다는 점도 문제로 제기됐고, 실제로 의미 있는 비교는 30B 이상 모델에서 해야 한다는 의견이 많았다.
• 제목의 '스탠다드 GPU'라는 표현에 대해 8× H200이나 8× MI300X는 결코 일반적인 GPU가 아니라는 비판이 댓글에서 여러 번 반복됐다. H200 8장 세트는 수십만 달러짜리 장비라 '표준'이라고 부르기 어렵다는 것.
• 2B 모델에서 선형 확장성을 보인다고 27B, 70B 이상 모델에서도 같은 성능이 나온다고 가정하는 건 위험하다는 의견이 있었다. 4코어에서 선형 확장성을 보이고 256코어도 같을 거라 가정하는 것, 또는 캐시에 맞는 데이터셋에서의 개선이 멀티 머신 규모로도 유지된다고 가정하는 것과 비슷하다는 비유가 나왔다.
• 실제로 데모 플레이그라운드를 써본 사람이 '3,400 tok/s짜리 넌센스'를 받았다고 후기를 남겼다. 모델이 틀렸다고 지적해도 틀렸음을 인정하면서 같은 틀린 답을 반복했다고 하며, 속도는 인상적이지만 모델 품질 자체는 아직 한계가 있다는 평가였다.
• 투기적 디코딩(speculative decoding)이나 블록 확산(block diffusion) 같은 대안적 디코딩 방식이 등장하면서 배치 1 디코딩의 메모리 대역폭 병목이 점차 줄어드는 상황에서, KIE의 커널 실행 오버헤드 및 메모리 전송 최적화가 앞으로도 유효할지 묻는 질문이 있었다. 한 번에 여러 토큰을 계산하게 되면 커널 런치 오버헤드와 메모리 전송이 전체 시간에서 차지하는 비중이 줄어들기 때문이다.

How to Apply

• AI 코딩 에이전트나 자율 소프트웨어 엔지니어링 워크플로우를 개발 중이고 현재 100~200 tok/s 수준의 응답 속도로 UX가 답답하다면, playground.kog.ai에서 KIE의 실제 속도를 직접 체험해보고 자사 인프라 업그레이드 우선순위를 판단하는 데 활용할 수 있다.
• GPU 추론 서버를 직접 운영 중인데 배치 크기 1에서 속도가 기대보다 낮다면, MFU 대신 MBU(메모리 대역폭 활용률)를 측정해봐야 한다. 이 지표가 낮다면 연산 최적화보다 메모리 접근 패턴 및 커널 구현을 먼저 개선하는 방향을 검토해야 한다.
• 기업 내 데이터센터에 AMD MI300X가 있다면, NVIDIA H200 대비 HBM 대역폭이 더 높아 메모리 대역폭 병목 해소 관점에서 오히려 유리할 수 있다. KIE처럼 메모리 대역폭 최대화를 목표로 하는 추론 스택을 선택할 때 MI300X를 먼저 고려해볼 만하다.
• 에이전트 워크플로우 설계 시 총 생성 토큰 수와 요청당 디코딩 속도를 곱해 전체 루프 시간을 추산해보면 속도 업그레이드의 실제 비즈니스 가치를 수치로 볼 수 있다. 예를 들어 워크플로우당 50,000 토큰을 생성한다면 100 tok/s는 8분, 3,000 tok/s는 17초로 동일한 에이전트 루프가 완전히 다른 제품이 된다.

Terminology

관련 논문

• Tiny-vLLM: C++와 CUDA로 만드는 고성능 LLM 추론 엔진

  vLLM의 핵심 기능을 C++와 CUDA로 직접 구현하며 배울 수 있는 교육용 LLM 추론 엔진 프로젝트로, 소스코드와 단계별 강의가 함께 제공된다.

• LLM을 위한 수면과 유사한 컨텍스트 통합 메커니즘

  LLM이 긴 컨텍스트를 처리할 때 발생하는 Attention 비용 문제를 해결하기 위해, 사람의 수면처럼 주기적으로 컨텍스트를 fast weight에 압축·저장하는 새로운 메커니즘을 제안한 논문이다.

• CODA: Transformer 블록을 GEMM-Epilogue 프로그램으로 재작성하기

  GPU에서 Transformer 학습 시 발생하는 메모리 병목을 해결하기 위해, 정규화·활성화 등 소규모 연산들을 GEMM 출력이 칩 위에 있는 동안 함께 실행하는 커널 추상화 CODA를 소개한다. LLM이 이 추상화를 활용해 고성능 커널을 자동 생성할 수 있다는 점이 특히 주목받고 있다.

• KV-Fold: 긴 컨텍스트 추론을 위한 One-Step KV-Cache Recurrence

  모델 수정 없이 KV 캐시를 청크 간 누산기로 쓰면 128K 토큰까지 100% 정확도로 정보를 검색할 수 있다.

• Swift로 LLM 학습시키기 Part 1: 행렬 곱셈을 Gflop/s에서 Tflop/s로 끌어올리기

  Apple Silicon에서 Swift로 직접 행렬 곱셈 커널을 구현하며 CPU, SIMD, AMX, GPU(Metal)를 단계별로 최적화해 Gflop/s에서 Tflop/s 수준까지 성능을 높이는 과정을 상세히 설명한 글이다. 프레임워크 없이 LLM 학습의 핵심 연산을 밑바닥부터 구현하고 싶은 개발자에게 Apple Silicon의 성능 한계를 체감할 수 있는 드문 자료다.

• fsync 없이 로컬 스토리지 엔진을 crash-consistent하게 만든 방법

  FractalBits가 fsync 없이 SSD 전용 KV 스토리지 엔진을 구현해 동일 조건 대비 약 65% 높은 쓰기 성능을 달성한 설계 방법을 공유했다. fsync의 메타데이터 오버헤드를 피하기 위해 사전 할당, O_DIRECT, SSD 원자 쓰기 단위 정렬 저널을 조합한 구조가 핵심이다.

Related Resources

• 원문: Real-time LLM Inference on Standard GPUs
• Monokernel 딥다이브 (GPU 엔지니어링)
• Delayed Tensor Parallelism (연구 포스트)
• Kog AI 데모 플레이그라운드