EdgeShard: Efficient LLM Inference via Collaborative Edge Computing

计算机科学 推论 边缘计算 GSM演进的增强数据速率 分布式计算 理论计算机科学 人工智能
作者
Mingjin Zhang,Xiaoming Shen,Jiannong Cao,Zeyang Cui,Shan Jiang
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12 (10): 13119-13131 被引量:115
标识
DOI:10.1109/jiot.2024.3524255
摘要

Large language models (LLMs) have shown great success in content generation and intelligent intelligent decision making for IoT systems. Traditionally, LLMs are deployed on the cloud, incurring prolonged latency, high bandwidth costs, and privacy concerns. More recently, edge computing has been considered promising in addressing such concerns because the edge devices are closer to data sources. However, edge devices are cursed by their limited resources and can hardly afford LLMs. Existing studies address such a limitation by offloading heavy workloads from edge to cloud or compressing LLMs via model quantization. These methods either still rely heavily on the remote cloud or suffer substantial accuracy loss. This work is the first to deploy LLMs on a collaborative edge computing environment, in which edge devices and cloud servers share resources and collaborate to infer LLMs with high efficiency and no accuracy loss. We design EdgeShard, a novel approach to partition a computation-intensive LLM into affordable shards and deploy them on distributed devices. The partition and distribution are nontrivial, considering device heterogeneity, bandwidth limitations, and model complexity. To this end, we formulate an adaptive joint device selection and model partition problem and design an efficient dynamic programming algorithm to optimize the inference latency and throughput. Extensive experiments of the popular Llama2 serial models on a real-world testbed reveal that EdgeShard achieves up to 50% latency reduction and $2 \times $ throughput improvement over the state-of-the-art.
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