在昇腾NPU上跑Llama 2模型：一次完整的性能测试与实战通关指南

引言：从“为什么选择昇腾”开始

面对动辄数万的NVIDIA高端GPU，许多开发者和团队在部署大模型时都感到“钱包一紧”。当我在为Llama 2-7B寻找一个高性价比的部署方案时，华为昇腾（Ascend）NPU走进了我的视野。其自主可控的达芬奇架构、日益完善的软件开源生态（昇腾开源仓库）以及云上可得的测试资源，构成了我选择它的三大理由。

本文就将记录我使用GitCode平台的免费昇腾Notebook实例，完成从环境配置、模型部署到性能测试与优化的全过程。这是一份真实的“踩坑”与“通关”记录，希望能为后续的探索者点亮一盏灯。

第一幕：环境搭建——好的开始是成功的一半

本以为在云平台创建环境是 simplest thing，没想到第一个“坑”来得如此之快。

1.1 GitCode Notebook 创建“避坑指南”

在GitCode创建Notebook实例时，几个关键配置决定了后续的成败：

• 计算类型：务必选择 NPU ！手滑选了CPU或GPU，后续所有步骤都将徒劳无功。

• 规格选择：NPU basic 规格（1*Ascend 910B, 32vCPU, 64GB内存）是运行Llama-2-7B的甜点配置。

• 镜像选择：这是关键！必须选择预装了CANN、PyTorch适配器等核心工具的镜像，例如 euler2.9-py38-torch2.1.0-cann8.0-openmind0.6-notebook 。这能省去大量手动配置环境的时间。

  

1.2 环境验证：“Hello, NPU!”

实例启动后，我们首先需要确认NPU可用。在Jupyter Notebook的终端中，依次执行以下命令：

# 检查系统与Python版本
cat /etc/os-release
python3 --version

# 检查PyTorch及torch_npu
python -c "import torch; print(f'PyTorch版本: {torch.__version__}')"
python -c "import torch_npu; print(f'torch_npu版本: {torch_npu.__version__}')"

# 没有的话安装，先执行pip install --upgrade pip
pip install torch torchvision torchaudio
pip install torch-npu

看到
PyTorch版本: 2.4.0
torch_npu版本: 2.4.0.post4
说明正常可用

第一个常见的“坑”：直接运行 torch.npu.is_available() 会报错 AttributeError。
原因与解决方案：torch_npu 是一个独立的插件，必须显式导入后才能注册NPU后端。正确的验证方式是：

python -c "import torch; import torch_npu; print(torch.npu.is_available())"

看到 True ，恭喜你，NPU环境准备就绪！

第二幕：模型部署——从下载到运行的“荆棘之路”

环境搞定，接下来就是请“Llama 2”这位大神上场了。

2.1 安装依赖与模型下载

安装运行Llama 2所必须的库，建议使用国内镜像加速：

pip install transformers accelerate -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

第二个“坑”——模型下载权限与网络。直接访问Meta官方的Llama 2仓库 (meta-llama/Llama-2-7b-hf) 需要申请权限，且国内下载速度堪忧。
解决方案：使用社区镜像版本，如 NousResearch/Llama-2-7b-hf，无需权限，下载稳定。

2.2 核心部署代码与“坑”的化解

创建一个Python脚本（如 llama_demo.py），以下是核心代码及注意事项：

import os
os.environ['HF_ENDPOINT'] = 'https://hf-mirror.com'  #在GitCode的昇腾环境中，直接访问HuggingFace经常会超时，所以使用国内镜像

import torch
import torch_npu  # 切记！
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer
import time

# 配置
MODEL_NAME = "NousResearch/Llama-2-7b-hf"
DEVICE = "npu:0"

print("开始加载模型...")
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(MODEL_NAME)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    MODEL_NAME,
    torch_dtype=torch.float16,  # 使用FP16节省显存
    low_cpu_mem_usage=True
)

print("将模型移至NPU...")
model = model.to(DEVICE)
model.eval()  # 设置为评估模式

# 第三个“坑”：输入张量迁移
prompt = "The capital of France is"
# 错误写法：inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").npu() -> 报错！
# 正确写法：
inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to(DEVICE)

# 推理
with torch.no_grad():
    start_time = time.time()
    outputs = model.generate(**inputs, max_new_tokens=50)
    end_time = time.time()

generated_text = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
print(f"生成内容: {generated_text}")
print(f"推理耗时: {end_time - start_time:.2f} 秒")

关键点总结：

1. 在GitCode的昇腾环境中，直接访问HuggingFace经常会超时，所以推荐使用国内镜像https://hf-mirror.com
2. import torch_npu 必须在任何NPU操作之前。
3. 模型使用 model.to('npu:0') 迁移。
4. 输入数据（字典）使用 .to('npu:0') 迁移，而非不存在的 .npu() 方法。

第三幕：性能测试——揭开昇腾NPU的真实面纱

是骡子是马，拉出来遛遛。我设计了一个更严谨的测试脚本来评估性能。

3.1 严谨的性能测试脚本

import os
os.environ['HF_ENDPOINT'] = 'https://hf-mirror.com'  #在GitCode的昇腾环境中，直接访问HuggingFace经常会超时，所以使用国内镜像


import torch
import torch_npu
import time
import json
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer

# 配置
MODEL_NAME = "NousResearch/Llama-2-7b-hf"
DEVICE = "npu:0"
WARMUP_RUNS = 3
TEST_RUNS = 5

def load_model():
    print("加载模型与分词器...")
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(MODEL_NAME)
    model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
        MODEL_NAME,
        torch_dtype=torch.float16,
        low_cpu_mem_usage=True
    ).to(DEVICE)
    model.eval()
    return model, tokenizer

def benchmark(prompt, model, tokenizer, max_new_tokens=100):
    inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to(DEVICE)
    
    # 预热
    print("预热运行...")
    for _ in range(WARMUP_RUNS):
        with torch.no_grad():
            _ = model.generate(**inputs, max_new_tokens=max_new_tokens)
    
    # 正式测试
    print("开始性能测试...")
    latencies = []
    for i in range(TEST_RUNS):
        torch.npu.synchronize()  # 同步，确保计时准确
        start = time.time()
        
        with torch.no_grad():
            _ = model.generate(**inputs, max_new_tokens=max_new_tokens)
            
        torch.npu.synchronize()
        end = time.time()
        latency = end - start
        latencies.append(latency)
        print(f"  第{i+1}次耗时: {latency:.2f}s")

    avg_latency = sum(latencies) / len(latencies)
    throughput = max_new_tokens / avg_latency
    return throughput, avg_latency

if __name__ == "__main__":
    model, tokenizer = load_model()
    
    test_cases = [
        {"场景": "英文生成", "提示": "The future of artificial intelligence is", "长度": 100},
        {"场景": "中文问答", "提示": "请用简单的话解释量子计算：", "长度": 100},
        {"场景": "代码生成", "提示": "Write a Python function to reverse a string:", "长度": 150},
    ]
    
    print("\n" + "="*50)
    print("性能测试结果")
    print("="*50)
    for case in test_cases:
        throughput, avg_latency = benchmark(case["提示"], model, tokenizer, case["长度"])
        print(f"- {case['场景']}:")
        print(f"  平均延迟: {avg_latency:.2f}s")
        print(f"  吞吐量: {throughput:.2f} tokens/s")
    print("="*50)

3.2 测试结果与分析

在GitCode的NPU Basic实例上，测试结果大致如下：

测试类型	第1次耗时	第2次耗时	第3次耗时	第4次耗时	第5次耗时	平均延迟	吞吐量
英文生成	4.87s	4.88s	4.78s	4.96s	5.22s	4.94s	20.24 tokens/s
中文问答	4.84s	4.86s	5.01s	4.81s	4.81s	4.87s	20.55 tokens/s
代码生成	7.14s	7.19s	7.32s	7.37s	7.16s	7.24s	20.73 tokens/s

结果分析：

• 性能表现：吞吐量稳定在 20-30 tokens/秒 左右。这个速度对于离线批处理、内部工具开发和对实时性要求不高的场景是足够的，但与顶级消费级GPU相比仍有差距。
• 稳定性：在整个测试过程中，昇腾NPU表现出了良好的稳定性，没有出现崩溃或性能波动。
• 结论：昇腾NPU为运行Llama 2这类大模型提供了一个可行、稳定且具有高性价比（尤其考虑国产化与云上成本） 的算力选项。

第四幕：性能优化——让Llama跑得更快

如果对默认性能不满意，这里有几个可以尝试的优化方向：

4.1 使用昇腾原生大模型框架

昇腾社区提供了专为大模型优化的 MindSpeed-LLM 框架（GitCode链接）。该框架对昇腾硬件做了深度优化，通常能获得比原生PyTorch更好的性能。

4.2 INT8量化

通过量化，可以显著降低模型显存占用并提升推理速度。

from transformers import BitsAndBytesConfig

quantization_config = BitsAndBytesConfig(load_in_8bit=True)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(
    MODEL_NAME,
    quantization_config=quantization_config,
    device_map="auto"
)

4.3 启用批处理（Batch Inference）

同时处理多个请求可以大幅提升吞吐量。

prompts = ["Prompt 1", "Prompt 2", "Prompt 3", "Prompt 4"]
inputs = tokenizer(prompts, return_tensors="pt", padding=True).to(DEVICE)
outputs = model.generate(**inputs, max_new_tokens=100)

总结与建议

经过这一番从“踩坑”到“通关”的实战，我对昇腾NPU的总结如下：

• 适用场景：非常适合追求技术自主可控、预算有限、进行离线批处理或构建内部AI工具的团队和个人开发者。
• 生态体验：软件栈（CANN, torch_npu）日趋成熟，开源社区（Ascend GitCode）提供了宝贵的资源和支持。
• 给后来者的建议：
  1. 先从云开始：利用GitCode或ModelArts的免费/低成本资源验证方案，再决定是否投入硬件。
  2. 仔细阅读文档：关注昇腾官方文档，特别是版本匹配问题。
  3. 拥抱社区：遇到问题时，在昇腾社区或GitCode的Issue中搜索，很可能已有解决方案。

本次部署测试证明了基于昇腾NPU部署和运行Llama 2大模型是一条完全可行的技术路径。虽然绝对性能并非顶尖，但其在成本、自主可控和稳定性方面的优势，使其在AI算力多元化的今天，成为一个不容忽视的选择。

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附：GitCode Issue 实践

根据在模型部署过程中遇到的“输入张量迁移”典型问题，我已在昇腾ModelZoo-PyTorch仓库提交了详细的Issue，包含问题分析、解决步骤与代码示例。

[Issue链接]： https://gitcode.com/Ascend/MindSpeed-LLM/issues/924