银河 AstraCache

面向大模型推理的共享 KV Cache 存储

一次写入全集群复用跨重启存活

霄云银河 AstraCache 是面向大模型推理场景的 KV Cache 存储产品。AstraCache 通过提供高速、极低延迟全闪存储扩展 KV Cache 容量,支持 KV Cache 的多推理实例复用,以及引擎重启、模型升级后依然可用,减少重复预填充计算,降低首 token 延迟与推理成本,提升推理系统整体服务吞吐能力。银河 AstraCache 已完成与 vLLM、SGLang 和 LMCache 的对接。

亿级 key
KV 对象规模管理
128 MiB
聚合对象目标容量
TB 级
热前缀共享缓存容量
毫秒 级
用户态批量访问延迟

产品定位:推理时代的新命题

大模型推理阶段,注意力机制在处理每个 token 时会产生一组 Key/Value 结果,推理引擎把这些 KV 保留下来,后续生成每个 token 时可以反复使用这些 KV,这就是 KV Cache。当新请求与历史请求具有相同前缀时即可直接读回已保存的 KV Cache,跳过对应的预填充计算,从而缩短首 token 延迟,释放 GPU 算力以服务更多请求。长文档问答、多轮对话、重复使用长上下文的 Agent 应用,KV Cache 对算力成本的节省尤为重要。

但长上下文与高并发推理会持续推高 KV Cache 容量需求:

1容量远超显存与内存
  • 长上下文请求的 KV 随上下文长度线性增长,单条可达数 GB,高并发下热前缀总量达到 TB 级,可复用的 KV 远远超出显存与内存的容量。

2多实例需要复用同一批 KV
  • 多个推理实例需要复用同一批 KV,以避免各自重复计算、重复保存。

3重启与升级后仍需可复用
  • 海量的 KV 需要在进程重启或模型升级后继续可复用。

仅通过推理系统的 GPU 显存和 CPU 内存缓存实例的 KV Cache,可保留的历史前缀有限,也难以在多个实例之间充分复用。银河 AstraCache 将 KV Cache 扩展到共享 SSD 存储,为长上下文、多轮交互和多副本部署提供更大的缓存空间。

系统架构:一份数据,全集群复用

银河 AstraCache 采用“引擎侧调度 + 外置共享存储”的架构。每台推理服务器上,vLLM、SGLang 等推理引擎负责请求调度与批处理;引擎侧缓存框架(LMCache 或原生 offloading)管理 KV 的分层与复用;本地层由 GPU 显存和 CPU 内存承接最热的 KV Cache。需要扩展容量、跨实例共享或跨重启保留的 KV Cache,则通过部署在推理服务器上的 AstraCache 用户态 SDK,经 RDMA 或 TCP 网络批量读写共享 SSD 存储池 —— 多台服务器共用同一份缓存,实现一次写入、全部实例复用。

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1推理引擎层
  • vLLM、SGLang 等引擎负责请求排队、批处理调度与显存管理,是 KV 的生产者与消费者。

2引擎侧缓存框架
  • LMCache 或引擎原生 offloading 决定哪些前缀值得保留、何时下沉到外部存储层。

3本地缓存层
  • GPU 显存与 CPU 内存承接最热的数据,访问最快,但容量有限。

4用户态 SDK 与共享存储层
  • AstraCache SDK 部署在推理服务器上,按 key 批量读写;底层是跨服务器共享的 SSD 存储池,也是 KV 唯一可跨进程存活的一层。

产品功能与核心能力

1. 多实例共享 KV Cache:一次计算,全局受益
多个推理实例共用同一后端,相同的系统提示词和知识库前缀只需计算与写入一次,即可供全部实例复用。AstraCache采用tenant / namespace / key三层名字管理,支持名称修改,无需搬移底层数据,便于组织和管理共享缓存。
2. 大容量 KV 聚合存储:让亿级小对象不再碎片化
面向数量庞大的KV对象,AstraCache将多个value合并写入聚合对象,以紧凑排列提高空间利用率,减少小对象存储开销。不同namespace的数据分别聚合,租户之间相互隔离。
3. 高效批量访问:用户态直连,为毫秒级延迟而生
AstraCache通过用户态SDK直接访问存储,无需挂载文件系统,支持异步批量put、get 和lookup,以及RDMA、TCP网络通信。读写直接使用框架提供的缓冲区,减少中间数据复制;批次就绪后立即提交,不为凑批增加等待。
4. 持久化与恢复:KV 也能跨重启存活
AstraCache按照“先写数据、再提交位置”的顺序发布KV,发布后即可读取。同key写入冲突有明确的处理规则,提交幂等、可安全重试;元数据通过日志恢复,在途数据返回明确的重试状态。引擎重启、模型热更新或实例扩缩容后,已计算的前缀仍可继续复用,多轮对话也能跨天延续缓存。
5. 同源底座:与 AIFS 共享同一套存储引擎
银河AstraCache与银河AIFS共享同一套代码底座,复用异步I/O、网络通信和存储管理能力。核心存储引擎已在银河 AI 存储的大量客户环境中得到验证,两条产品线的性能优化与功能演进相互促进。

适用的典型应用场景

前缀重复、上下文很长、实例多、进程会重启的推理负载场景,都是银河 AstraCache 的用武之地。

知识库问答、长文档 RAG
每次请求携带相同的长文档前缀,命中缓存即可跳过对应的预填充计算。
多轮对话与智能客服
会话历史持续增长,相同前缀可跨请求、跨天复用。
Agent 长上下文任务
Agent 在多步任务中反复访问相同上下文,复用缓存可减少重复计算。
多租户推理平台
租户间共享相同的系统提示词和知识前缀,一次计算、全平台受益。
PD 分离集群
预填充节点产生的 KV 通过共享存储交给生成节点,实现计算结果复用。

生态接入

银河 AstraCache 提供三条主流接入路径:

1vLLM 原生 offloading
  • 作为引擎的外部存储层,位于 CPU 主缓存层之后,异步保存与恢复 KV,无需经过 LMCache。

2vLLM + LMCache
  • 作为其 L2 存储插件,复用内存池与完成通知机制。

3SGLang + HiCache
  • 作为 HiCache 的动态存储后端,支持普通 KV 页及相应多内存池接口。

与独立分布式 KVCache 存储系统 Mooncake 的透明接入也在推进中。

产品价值

算力更省
重复的前缀不再重复计算,同样的 GPU 服务更多请求,推理的边际成本随复用率下降。
响应更快
命中即跳过预填充,首 token 延迟明显缩短;长上下文与多轮会话的体感改善最直接。
架构更稳
KV 跨重启、跨升级存活,缩扩容与模型热更新不再意味着缓存清零、冷启动重来。

银河 AstraCache —— 让重复计算只发生一次。

银河 AstraCache —— 大模型推理的共享 KV Cache 存储
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