Infra 运维与可观测


1. 介绍

1.1. 背景

Infra 运维与可观测是 AI Infra 全系列的收口环节:芯片、超节点、网络、框架的任何缺陷,最终都会以"故障"或"指标退化"的形式在这里显形。万卡以上规模把这个方向从"保障角色"推到了"决定角色"——SemiAnalysis 模型估算,10 万张 H100 网络在无故障恢复假设下,首个影响作业的链路故障平均 26.28 分钟就会出现(C 级模型估算,引用必须写明"模型估算");Llama 3 的实测(54 天 419 次意外中断)与该估算相互印证(A级)。

运维与可观测也是 Harness 六层模型在硬件域的完整缩影:故障检测与根因分析对应 L5 观测,checkpoint 与状态恢复对应 L4,容错调度对应 L3,配额与能耗预算对应 L6,监控工具链本身就是 L5 的 Trace 基础设施。

1.2. 定义与范围

Infra 运维与可观测方向在运行侧覆盖:

环节内容典型对象
容错编排检测-诊断-隔离-替换-恢复流水线MegaScale 五步 SOP、热备池、组级隔离
检查点治理频率/带宽/恢复损失权衡两阶段异步 checkpoint、单 worker 广播恢复
硬件监控加速器与互联健康DCGM/DCGM diagnostics、NVML、ECC、NVLink 抖动
网络可观测集合通信与链路NCCL flight recorder、NCCL_ASYNC_ERROR_HANDLING、带内遥测
静默故障治理SDC 检测与台账FleetScanner、Ripple、Hardware Sentinel
指标体系统一口径MFU、ETTR、有效训练时长占比、straggler 占比、checkpoint 开销占比

边界说明:训练框架视角的容错实现见 04-training-framework.md(素材同源、视角不同:本篇写运维 SOP 与监控体系,框架篇写并行与 checkpoint 策略);监控栈的组级规范见同目录 AGENTS.md。

1.3. 在 AI Harness 体系中的定位

运维是 Harness 六层模型在硬件域的完整缩影,六层侧重在 L5 与 L6

Harness 层本方向的具体承载物
L2 工具与执行硬件健康监控工具链(DCGM/NVML/遥测)
L3 编排与控制容错调度、弹性缩扩、五步 SOP
L4 记忆与状态检查点与状态恢复、故障知识库、SDC 台账
L5 评估与观测最强层:故障画像、指标体系(MFU/ETTR/有效训练时长占比)、Trace 基础设施
L6 治理与安全自动化分级(人工干预最少化)、配额、能耗预算、变更窗口

瓶颈层判断:本方向的重心在 L5(观测与故障治理)与 L6(自动化分级与治理护栏)。与设计侧文档(详见 02-行业赋能/04-硬件研发组/05-ai-infra.md)的结论一致:容错的核心是把故障从全局事件降级为局部事件,而这依赖于观测粒度足够细(定位到组、到托盘、到链路)与自动化分级足够明确。

1.4. 发展现状

1.4.1. 监控指标与工具共识(多源汇总,逐条标注)

工具/指标说明级别
硬件层DCGM / dcgmi diag -r 3ECC 错误、NVLink 抖动诊断B/C
硬件层NVML温度、功耗、利用率采集B/C
网络层NCCL flight recorder记录最近集合通信元数据与栈回溯,加速 RCAA(Llama 3 官方)
网络层NCCL_ASYNC_ERROR_HANDLING集合通信异常的进程级处理开关A
网络层带内遥测(BlueField-3 × Spectrum-4)微秒级拥塞控制闭环B
系统层心跳 + 日志 + RDMA 流量指标MegaScale 三路监控A(论文)
指标口径MFU / ETTR / 有效训练时长占比训练效率三指标(组内统一)组规
指标口径straggler 占比MegaScale 口径约 0.5%A
指标口径checkpoint 开销占比Llama 3 约 2.1%(Epoch AI 估算)C

软件版本动态:NCCL 2.27 新增连接管理与可靠性特性,面向大规模训练/推理作业(C 级)。

1.4.2. 容错编排的通用范式

各公开实践的容错手段高度收敛为五步流水线:心跳/异常检测 → 轻量自检 → 故障隔离(组级优先) → 健康节点补位 → checkpoint 恢复。配套三要素:两阶段异步 checkpoint(先主机内存后持久层)、热备节点池、启动健康检查。自动化分级原则来自 Llama 3:可自动重试的自动执行,涉及数据完整性或全局拓扑的人工确认——54 天仅 3 次重大人工干预是可参照的量化标杆。

1.4.3. 国产与厂商对照口径(B/C 级)

  • 摩尔线程夸娥:DP 组级故障隔离 + 零中断备机接入,ETTR 目标 99%(B 级,厂商口径)。
  • 百度百舸 4.0:有效训练时长占比 99.5%(C 级)。
  • xAI Colossus 运维面:液冷/供电是第一故障面;RoCE 替代 IB 需激进 QoS 与 flow 级遥测;热备池常备数千卡、调度层分钟级换人;10 万卡级 checkpoint 全链路吞吐是独立课题(C 级汇总 )。

图 6-1|五步容错流水线与故障处理时间线

故障处理时间线:检测-诊断-隔离-替换-恢复 示意:基于 MegaScale(arXiv 2402.15627)与 Llama 3 技术报告(A级)归纳 1 检测 心跳/日志/RDMA 三路 2 诊断 自检三件套+flight recorder 3 隔离 组级隔离优先于全局重启 4 替换 热备池补位 5 恢复 异步 checkpoint 验收三要素:故障检测时延 · 隔离粒度 · 恢复耗时(缺一不可) 目标参照:有效训练时间占比 >90%(Llama 3 实测口径)· ETTR 目标 99%(厂商口径)· checkpoint 开销约 2.1%(估算口径)

示意图:五步流水线与三要素为本组归纳(基于 A 级公开实践);目标数字来源级别见图内标注。

2. 名词解释

术语英文 / 缩写释义
模型算力利用率Model FLOPs Utilization,MFU实际有效算力与理论峰值算力之比
有效训练时间比率Effective Training Time Ratio,ETTR有效训练时间占总占用时间的比例
有效训练时长占比——实际推进训练的时间占比,与 ETTR 同源但口径可能不同
数据中心 GPU 管理器Data Center GPU Manager,DCGMNVIDIA 集群级 GPU 监控与诊断工具(含 dcgmi diag -r 3 深度诊断)
NVIDIA 管理库NVMLGPU 温度、功耗、利用率的底层采集库
飞行记录器NCCL Flight Recorder记录最近 N 条集合通信元数据与栈回溯,加速根因分析
异步错误处理NCCL_ASYNC_ERROR_HANDLING集合通信异常时进程级报错退出的 NCCL 开关
静默数据损坏Silent Data Corruption,SDC无告警但计算结果错误的硬件故障
全舰队测试FleetScannerLlama 3 的周期性全舰队 SDC 检测机制
同置测试RippleLlama 3 的相邻/同置硬件 SDC 测试机制
硬件哨兵Hardware SentinelLlama 3 的遥测 + 分析故障识别机制
计算掉队节点Straggler拖慢整体步调节奏的节点,MegaScale 口径约占集群 0.5%
组级故障隔离Group-Level Fault Isolation仅隔离受影响数据并行组的容错策略
热备节点池Hot Spare Pool常备健康节点池,故障后分钟级补位
两阶段异步检查点Two-phase Async CheckpointGPU 状态先写主机内存、后台再落持久层的 checkpoint 方案
根因分析Root Cause Analysis,RCA故障定位到第一原因的分析过程
故障域Failure Domain一个故障的影响边界(节点/组/机柜/域)
平均恢复时间Mean Time To Repair,MTTR从故障发生到恢复服务的平均时间
变更窗口Change Window生产集群配置变更的受控时间段
功率封顶Power Capping功耗超预算时对设备功耗上限的强制约束

3. 案例

3.1. Meta Llama 3:故障治理三件套与自动化分级

证据级别:A(官方技术报告);转述为 B

3.1.1. 背景

16,384 H100 训练 405B 的 54 天快照显示 419 次意外中断(约每 3 小时一次),其中 GPU 相关占 58.7%、6 次为 SDC。这个故障密度下,运维体系的目标不是"消灭故障",而是"让故障不影响有效训练时间"。

3.1.2. 方案

  • SDC 治理三件套:FleetScanner(周期性全舰队测试)、Ripple(同置测试)、Hardware Sentinel(遥测 + 分析识别故障),形成"检测 - 台账 - 处置"闭环。
  • 诊断加速:PyTorch NCCL flight recorder 记录最近集合通信元数据与栈回溯,把 RCA 从小时级降到分钟级;NCCLX 深度集成实现 NVLink/RoCE 故障检测与通信停滞自动超时。
  • 容错组合:大幅异步化 checkpoint + 热备节点 + 启动健康检查;checkpoint 策略在频率、写带宽、恢复损失三者间权衡。
  • 自动化分级:可自动重试的自动执行(作业重启、节点替换申请),涉及数据完整性或全局拓扑的人工确认。

3.1.3. 效果

  • 有效训练时间占比大于 90%;仅 3 次需要重大人工干预,其余自动化处理。
  • 环境效应被观测捕获:午后温度波动造成 1-2% 吞吐变化(GPU DVFS 随温度变化)——说明监控体系必须覆盖环境变量,否则会把温度效应误判为软件退化。
  • Epoch AI 估算:checkpoint 与故障恢复约占训练总时间 2.1%,折合 MFU 损失约 1%,最优 checkpoint 间隔约 4 分钟(C 级模型估算)。
  • Harness 解读:这是 L5(观测 + 故障画像)与 L6(自动化分级)的联合设计样本——观测粒度决定隔离粒度,自动化分级决定恢复速度的上限。

3.2. ByteDance MegaScale:五步容错流水线

证据级别:A(官方论文,arXiv 2402.15627)

3.2.1. 背景

12,288 GPU 训练 175B 时,任何节点级故障若触发全作业重启,损失以小时计。MegaScale 把容错设计为一条标准化流水线而非临时处置。

3.2.2. 方案

  1. 检测:Driver-Executor 架构 + 心跳监控,心跳携带训练日志与 RDMA 流量指标(三路信号交叉验证,降低误报)。
  2. 诊断:异常时全集群暂停 → 轻量自检三件套(环回带宽、RNIC 连通性、NCCL 通信测试),快速区分故障面。
  3. 隔离:隔离故障节点。
  4. 替换:K8s 补充健康节点。
  5. 恢复:从最近 checkpoint 恢复;配合两阶段异步 checkpoint(GPU 状态写主机内存数秒后继续训练、后台落 HDFS),恢复时同一 DP 组单 worker 读取再广播。
  • 可观测配套:CUDA Event 低开销剖析 + 热力图定位 straggler(约占集群 0.5%);3D 并行可视化定位通信阻塞。

3.2.3. 效果

  • MFU 55.2% 且弱扩展 2,240 → 11,200 GPU 保持近线性——容错流水线使规模放大不放大恢复成本。
  • straggler 占比约 0.5% 的量化口径成为行业参照。
  • Harness 解读:五步流水线是本组 AGENTS.md 失败与升级策略的原型;"心跳三路信号 + 自检三件套"体现了 L5 观测的多源交叉原则——单信号容易误报,交叉信号才能支撑自动化决策。

3.3. 十万卡运维面:故障率估算与国产对照

证据级别:C(SemiAnalysis 模型估算与行业汇总,全部 )

3.3.1. 背景

十万卡级的故障频率没有同等级的公开实测报告(Llama 3 为 1.6 万卡),行业主要依赖模型估算与厂商口径。

3.3.2. 方案(公开口径汇总)

  • 故障率估算:SemiAnalysis 模型估算 10 万 H100 网络在无故障恢复假设下,首个影响作业的链路故障平均 26.28 分钟出现——引用必须写明"模型估算"
  • 运维面要点(行业汇总口径):液冷/供电是第一故障面;RoCE 以太网替代 IB 需激进 QoS 与 flow 级遥测;热备池常备数千卡、调度层分钟级换人;10 万卡级 checkpoint 全链路吞吐是独立课题。
  • 国产对照:摩尔线程夸娥 DP 组级故障隔离 + 零中断备机接入、ETTR 目标 99%(B 级厂商口径);百度百舸 4.0 有效训练时长占比 99.5%(C 级)。

3.3.3. 效果

  • 该案例的价值在于给出"十万卡运维的量级感":故障以分钟级频率出现、恢复必须分钟级完成,热备池与 checkpoint 吞吐成为与算力同级的资源项。
  • 全部数字为模型估算或厂商口径,不得作为决策唯一依据;与 Llama 3(1.6 万卡实测)外推时须注明规模差异。
  • Harness 解读:十万卡运维把 L6 的"自动化分级"推向极端——人工干预窗口(分钟级)小于故障间隔(分钟级)时,只有全自动化编排可维持有效训练时间;这正是 AGENTS.md 中"自动化分级原则"的存在理由。

4. 实践标准

性质声明:以下为基于行业公开实践(Llama 3、MegaScale、DCGM/NCCL 工具链)提炼的建议稿,非官方行业标准原文。组级上位规范见同目录 AGENTS.md(生产集群不可逆动作禁止清单、变更窗口、可观测要求);以下为运维与可观测方向的裁剪版。

4.1. AGENTS.md 规范

4.1.1. AGENTS.md(AI Infra 组 · 运维与可观测方向)

# AGENTS.md —— AI Infra 组 · 运维与可观测方向

> 本文为基于行业实践提炼的建议稿,非官方行业标准原文。
> 上位规范:01-AI-Infra组/AGENTS.md(不可逆动作禁止清单、变更窗口、可观测要求)。

## 角色与边界
- 角色:Infra 运维与可观测智能体,负责故障检测与根因分析辅助、
  容错编排建议、监控指标体系建设、利用率与能耗分析、SDC 台账管理。
- 不负责:生产集群的重启/断电/下线等不可逆动作(禁止清单)、
  监控与告警规则的修改(禁止清单)、配额最终分配。
- 判定器为监控与演练:所有容错结论(检测时延/隔离粒度/恢复耗时)
  必须来自真实故障记录或注入式演练。

## 环境假设
执行前必须显式声明:
- 集群规模、分区、加速器型号代际、互联拓扑。
- 监控栈:DCGM/DCGM-Exporter、Prometheus、Grafana 大盘、日志系统、
  NCCL 版本与 flight recorder 可用性。
- checkpoint 方案与写入带宽实测值、热备池容量。
- 历史故障台账(含 SDC 台账)。
- 未声明监控栈版本时,禁止给出指标口径与采集方案建议。

## 上下文加载顺序(Context Budget)
1. 故障现象:告警、时间窗口、影响作业。
2. 监控摘要:三指标(MFU/ETTR/有效训练时长占比)+ 硬件遥测。
3. 故障知识库与 SDC 台账相关条目。
4. 近期变更记录(固件/驱动/框架/拓扑)。
- 全量日志与时序不进上下文,以查询语句 + 路径引用代替。

## 工具契约
- 监控查询输出必须含:Prometheus 语句、时间窗口、集群标识、原始数值。
- 诊断工具(dcgmi diag、nccl-tests、flight recorder 导出)输出结构化
  结果并保留原始文件路径。
- 告警与监控规则只读;修改建议走变更窗口。

## 任务执行流程(SOP,五步流水线)
- P1 检测:核对心跳/日志/RDMA 三路信号是否交叉一致。
- P2 诊断:轻量自检三件套(环回带宽、RNIC 连通性、NCCL 测试)+
  flight recorder 导出,定位故障面。
- P3 隔离:输出隔离建议(组级优先于全局),只建议不执行。
- P4 替换:核对热备池容量,输出补位申请。
- P5 恢复:核对 checkpoint 状态与恢复路径,估算恢复耗时。
- 每步输出:检测时延/定位耗时/隔离粒度/恢复耗时的测量值或估算依据。

## 验证与证据要求
- 容错结论三要素齐备:故障检测时延、隔离粒度、恢复耗时。
- 故障报告附中断原因四分类(硬件/网络/软件/数据)分布。
- SDC 疑似案例必须入台账并建议全舰队/同置测试。
- 模型估算类数字(如 26.28 分钟故障间隔)必须写明"模型估算"。
- 每条结论附工具名 + 版本 + 命令/查询 + 日志路径 + 集群标识 + 时间窗口。

## 失败与升级策略
- 有效训练时长占比连续下降 → 升级人工,附四分类分布。
- 疑似 SDC → 停止自动调度优化,升级硬件排查。
- 监控自身异常(采集缺口、告警失效)→ 视为最高优先级故障上报。
- 自动化分级越界(需人工确认的场景被自动执行)→ 立即回滚并复盘。

## 安全与合规红线
- 跨租户监控数据聚合需脱敏;禁止跨租户读取作业明细。
- 告警规则、监控采集、审计日志不可关闭或绕过。
- 能耗指标(PUE)对照政策红线(1.25/1.2)核验。
- 禁止残留非标准占位符。

## 输出格式
- 首行:可判定结论 + 阻塞项。
- 故障报告:时间线(检测/定位/隔离/恢复)、四分类、三要素、证据路径。
- 指标报告:MFU/ETTR/有效训练时长占比 + straggler 占比 + checkpoint
  开销占比。
- SDC 台账更新:检测手段、频率、处置记录。
- 数值规范:参数带单位;范围用 ~ 连接;百分比数值与 % 之间不留空格。

## 评估与自检
- 容错三要素是否齐备且来自实测/演练?
- 故障原因是否四分类?
- 模型估算是否注明?
- 监控与告警是否保持只读?
- 是否残留非标准占位符?

4.2. SKILL.md 规范

4.2.1. SKILL.md(AI Infra 组 · 故障 RCA 与容错演练)

---
name: infra-fault-rca-and-drill
description: AI Infra 组运维方向标准技能——集群故障根因分析、容错流水线
  演练、监控指标体系建设、SDC 治理。当需要分析训练中断、建设监控大盘、
  设计容错演练、管理 SDC 台账、核验三要素指标时使用。
  触发词:故障、RCA、中断、checkpoint 恢复、SDC、DCGM、flight recorder、
  straggler、有效训练时长占比。
version: 1.0
created: 2026-09-12
---

# AI Infra 组 · 故障 RCA 与容错演练

> 本文为基于行业实践提炼的建议稿,非官方行业标准原文。
> 上位规范:01-AI-Infra组/AGENTS.md。

## 适用场景
- 训练/推理作业中断的根因分析(按四分类归因)。
- 容错流水线(检测-诊断-隔离-替换-恢复)建设与注入式演练。
- 监控指标体系与大盘建设(三指标 + 硬件遥测 + 网络遥测)。
- straggler 检测与慢节点治理。
- SDC 台账管理与治理三件套(全舰队测试/同置测试/遥测分析)。
- checkpoint 策略评估(频率/带宽/恢复损失权衡)。

## 前置条件
- 监控栈(DCGM/Prometheus/Grafana/日志)可用且版本已知。
- checkpoint 方案与写入带宽实测值、热备池容量已知。
- 影子分区可用于注入式演练;故障台账存在。
- 监控与告警规则保持只读(修改走变更窗口)。

## 输入
| 输入项 | 说明 | 必需 |
|---|---|---|
| 故障现象 | 告警、日志路径、时间窗口、影响作业 | 条件必需 |
| 监控数据 | 三指标、硬件遥测、网络遥测 | 是 |
| 集群信息 | 规模、分区、加速器型号、拓扑 | 是 |
| 台账 | 历史故障与 SDC 台账 | 否 |
| 变更记录 | 近期固件/驱动/框架/拓扑变更 | 否 |

## 输出
| 输出项 | 说明 | 必需 |
|---|---|---|
| 可判定结论 | 通过 / 不通过 / 部分通过 + 阻塞项 | 是 |
| 故障报告 | 时间线 + 四分类 + 三要素 + 证据路径 | 条件必需 |
| 演练报告 | 注入场景、三要素实测、流水线覆盖判定 | 条件必需 |
| 指标体系方案 | 指标清单、采集配置建议、大盘布局建议 | 条件必需 |
| SDC 台账更新 | 检测手段、频率、处置记录 | 条件必需 |
| 升级包 | 已完成证据 + 失败点定位 + 下一步命令 | 条件必需 |

## 执行步骤
1. 环境校验:监控栈版本、台账、影子分区可用性;确认只读边界。
2. 现象采集:告警、时间窗口、影响作业、三路信号(心跳/日志/RDMA)
   交叉核验。
3. 分层诊断:硬件(dcgmi diag、ECC、NVLink 抖动)→ 网络(flight
   recorder、NCCL 超时、busbw)→ 系统(内核、存储)→ 软件(框架
   版本、已知问题)。
4. 归因:按四分类(硬件/网络/软件/数据)输出根因与置信说明。
5. 恢复编排:隔离建议(组级优先)、热备补位、checkpoint 恢复路径
   与耗时估算。
6. 演练(非故障场景):注入式故障(杀节点/断链/慢节点),实测三要素。
7. 台账与复盘:更新故障/SDC 台账,输出改进项与监控补点建议。
8. 交付:结论 + 报告 + 升级包(如需人工)。

## 质量标准(DoD)
- 容错三要素(检测时延/隔离粒度/恢复耗时)齐备且来自实测或演练。
- 故障归因四分类,附证据路径;模型估算注明"模型估算"。
- SDC 疑似案例全部入台账。
- 监控与告警未做任何修改;未执行禁止清单动作。
- 参照口径(不得直接套用):Llama 3 = 54 天 419 次意外中断、GPU 相关
  58.7%、有效训练时间占比 >90%、仅 3 次重大人工干预(A级);
  MegaScale = 五步流水线、straggler 约 0.5%、MFU 55.2%(A级);
  摩尔线程 ETTR 目标 99%(B 级厂商口径);百度百舸 99.5%(C 级)。

## 常见失败与处理
| 失败模式 | 现象 | 处理 |
|---|---|---|
| 单信号误报 | 仅心跳异常即判故障 | 三路信号交叉验证后再隔离 |
| 归因过早 | 未分层诊断即下结论 | 强制分层(硬件→网络→系统→软件) |
| 隔离过重 | 组级可隔离却全局重启 | SOP 固化组级优先 |
| SDC 漏检 | 收敛异常未触发硬件排查 | 入台账 + 全舰队/同置测试 |
| 演练走样 | 演练环境与生产差异过大 | 记录差异并标注结论适用范围 |
| 估算当实测 | 26.28 分钟类估算写成观测值 | 标注"模型估算" |
| 监控盲区 | 故障面无采集项 | 补采集建议走变更窗口 |

## 示例
任务:某 6,000 卡训练作业一夜间中断 4 次,需 RCA 与容错补强。
1. 环境校验:监控栈版本、flight recorder 可用、台账存在。
2. 现象采集:4 次中断时间窗、影响作业、心跳/日志/RDMA 三路交叉。
3. 分层诊断:flight recorder 显示集合通信在跨柜段超时;dcgmi diag
   发现 2 张卡 NVLink 抖动计数异常。
4. 归因:硬件(NVLink/互联)为主因,网络配置为放大因素;四分类占比
   记录入报告。
5. 恢复编排:建议组级隔离 + 热备补位;实测恢复路径耗时 6 分钟。
6. 演练:影子分区注入杀节点与慢节点场景,三要素实测齐备。
7. 台账:异常卡入硬件台账,建议复测与同置测试。
8. 交付:通过——根因明确、三要素齐备、监控补点建议 2 项(走变更
   窗口审批);证据表与升级包齐备。
(示例数值为演示用假设值,非实测数据;方法论参照 Llama 3 与 MegaScale
公开实践。)

4.3. 落地检查清单

序号检查项判定标准必需
1环境声明监控栈版本、台账、影子分区已声明
2三路交叉心跳/日志/RDMA 信号交叉验证后才隔离
3分层诊断硬件→网络→系统→软件分层完成
4四分类归因硬件/网络/软件/数据占比齐备
5容错三要素检测时延、隔离粒度、恢复耗时实测
6组级隔离优先隔离建议未默认全局重启
7SDC 台账疑似案例全部入台账并建议测试
8三指标报告MFU/ETTR/有效训练时长占比齐备
9估算标注模型估算数字注明"模型估算"
10只读边界监控/告警规则未被修改
11演练记录注入式演练有记录且标注差异
12占位符清理无 XX、___ 等非标准占位符

5. 总结

Infra 运维与可观测方向在 Harness 六层模型中的侧重是 L5(评估与观测)与 L6(治理与安全),同时也是六层在硬件域的完整缩影。三条结论:

  1. 观测粒度决定隔离粒度,隔离粒度决定有效训练时间。 Llama 3 与 MegaScale 的共同经验是:三路信号交叉的检测(心跳/日志/RDMA)、flight recorder 加速的 RCA、组级优先的隔离、两阶段异步 checkpoint,构成一条把故障"局部化"的流水线;任何一环缺失都会使故障退化为全局事件。
  2. 三要素是容错能力的唯一合格表述。 故障检测时延、隔离粒度、恢复耗时缺一不可;"高可用""自愈能力强"等定性表述在组内标准中无效。量化标杆:有效训练时间占比大于 90%(Llama 3 实测)、straggler 占比约 0.5%(MegaScale)、checkpoint 开销约 2.1%(估算口径)。
  3. 自动化分级是 L6 治理的运维形态。 Llama 3"仅 3 次重大人工干预"说明十万卡级运维的可扩展性来自自动化分级——可重试的自动执行、数据完整性与全局拓扑的人工确认、监控与告警的不可绕过。这套分级已固化进组级 AGENTS.md 的失败与升级策略。

信息缺口声明

以下条目未获 A/B 级来源确认,已在正文标注 :

  1. SemiAnalysis"10 万卡首个影响作业的链路故障平均 26.28 分钟"为模型估算(C 级),引用必须写明"模型估算"。
  2. NCCL 2.27 新特性为 C 级,。
  3. 百度百舸 4.0 有效训练时长占比 99.5% 为 C 级。
  4. xAI Colossus 运维面(热备池数千卡、分钟级换人、液冷/供电第一故障面)为 C 级汇总口径。
  5. Epoch AI checkpoint 开销 2.1% 与最优间隔 4 分钟为模型估算(C 级)。
  6. DCGM/NVML/带内遥测的工具性描述为多源汇总(B/C 级),未逐条核对官方文档版本。
  7. 未检索到本方向公开 AGENTS.md/SKILL.md 标准范本,本文为建议稿。

6. 参考资料

  1. The Llama 3 Herd of Models — Meta,2024。https://arxiv.org/abs/2407.21783
  2. MegaScale: Scaling Large Language Model Training to More Than 10,000 GPUs — ByteDance,arXiv 2402.15627,2024。https://arxiv.org/abs/2402.15627
  3. DCGM(Data Center GPU Manager)— NVIDIA。https://developer.nvidia.com/dcgm
  4. NCCL(含 flight recorder 与异步错误处理)— NVIDIA GitHub。https://github.com/NVIDIA/nccl
  5. PyTorch(FSDP/flight recorder 生态)— PyTorch 官方。https://pytorch.org/
  6. Prometheus — CNCF。https://prometheus.io/
  7. Grafana 监控大盘 — Grafana Labs。https://grafana.com/
  8. 摩尔线程夸娥万卡集群发布(MDC 2025,厂商口径)— 新浪财经(IT之家)。https://finance.sina.com.cn/tech/digi/2025-12-20/doc-inhcmnmf6292915.shtml
  9. Serving Large Language Models on Huawei CloudMatrix384(运维相关章节交叉引用)— arXiv 2506.12708。https://arxiv.org/pdf/2506.12708
  10. AI Infra(设计侧,指标体系与国产容错实践交叉引用)— 02-行业赋能/04-硬件研发组/05-ai-infra.md,2026-09-12。

Infra Operations and Observability

1. Introduction

1.1. Background

Infra operations and observability are the closing stage of the entire AI Infra series: any defect in chips, supernodes, networks, or frameworks ultimately surfaces here in the form of a "fault" or "metric regression". At scales above 10,000 GPUs, this direction is pushed from a "supporting role" into a "decisive role" — SemiAnalysis model estimates put the average time to the first job-affecting link fault at 26.28 minutes for a 100,000-H100 network under a no-fault-recovery assumption (Level C model estimate; citations must state "model estimate"); the measured results from Llama 3 (419 unexpected interruptions over 54 days) corroborate this estimate (Level A).

Operations and observability are also a complete epitome of the Harness six-layer model in the hardware domain: fault detection and root-cause analysis map to L5 observability, checkpoint and state recovery to L4, fault-tolerant scheduling to L3, and quotas and energy budgets to L6; the monitoring toolchain is itself the Trace infrastructure of L5.

1.2. Definition and Scope

The Infra operations and observability direction covers, on the runtime side:

StageContentTypical Objects
Fault-Tolerant OrchestrationDetection–diagnosis–isolation–replacement–recovery pipelineMegaScale five-step SOP, hot spare pool, group-level isolation
Checkpoint GovernanceFrequency / bandwidth / recovery-loss tradeoffTwo-phase async checkpoint, single-worker broadcast recovery
Hardware MonitoringAccelerator and interconnect healthDCGM / DCGM diagnostics, NVML, ECC, NVLink jitter
Network ObservabilityCollective communication and linksNCCL flight recorder, NCCL_ASYNC_ERROR_HANDLING, in-band telemetry
Silent Fault GovernanceSDC detection and ledgerFleetScanner, Ripple, Hardware Sentinel
Metrics SystemUnified criteriaMFU, ETTR, effective training time ratio, straggler ratio, checkpoint overhead ratio

Boundary note: For the fault-tolerance implementation from the training-framework perspective, see 04-training-framework.md (same source material, different perspective: this document covers the operations SOP and the monitoring system, while the framework document covers parallelism and checkpoint strategy); the group-level specification for the monitoring stack is in AGENTS.md in the same directory.

1.3. Positioning in the AI Harness System

Operations are a complete epitome of the Harness six-layer model in the hardware domain, with the six layers weighted toward L5 and L6:

Harness LayerConcrete Carrier in This Direction
L2 Tools and ExecutionHardware health monitoring toolchain (DCGM/NVML/telemetry)
L3 Orchestration and ControlFault-tolerant scheduling, elastic scaling, five-step SOP
L4 Memory and StateCheckpoint and state recovery, fault knowledge base, SDC ledger
L5 Evaluation and ObservabilityStrongest layer: fault profiling, metrics system (MFU/ETTR/effective training time ratio), Trace infrastructure
L6 Governance and SecurityAutomated tiering (minimizing human intervention), quotas, energy budgets, change windows

Bottleneck-layer judgment: the focus of this direction lies on L5 (observability and fault governance) and L6 (automated tiering and governance guardrails). This is consistent with the conclusion of the design-side document (see 02-行业赋能/04-硬件研发组/05-ai-infra.md): the core of fault tolerance is to demote faults from global events to local events, and this depends on observability being granular enough (locating to groups, trays, and links) and automated tiering being clear enough.

1.4. Current State

1.4.1. Consensus on Monitoring Metrics and Tools (Multi-source Summary, Annotated Item by Item)

LayerTool / MetricDescriptionLevel
HardwareDCGM / dcgmi diag -r 3ECC error, NVLink jitter diagnosticsB/C
HardwareNVMLTemperature, power, utilization collectionB/C
NetworkNCCL flight recorderRecords recent collective-communication metadata and stack traces, accelerating RCAA (official, Llama 3)
NetworkNCCL_ASYNC_ERROR_HANDLINGProcess-level handling switch for collective-communication exceptionsA
NetworkIn-band telemetry (BlueField-3 × Spectrum-4)Microsecond-level congestion-control closed loopB
SystemHeartbeat + logs + RDMA traffic metricsMegaScale three-way monitoringA (paper)
Metric criteriaMFU / ETTR / effective training time ratioThe three training-efficiency metrics (unified within the group)Group rule
Metric criteriastraggler ratio~0.5% under the MegaScale criterionA
Metric criteriacheckpoint overhead ratio~2.1% for Llama 3 (Epoch AI estimate)C

Software version updates: NCCL 2.27 adds connection-management and reliability features targeting large-scale training/inference jobs (Level C).

1.4.2. The Common Paradigm of Fault-Tolerant Orchestration

The fault-tolerance approaches across public practices converge strongly into a five-step pipeline: heartbeat/anomaly detection → lightweight self-check → fault isolation (group-level first) → healthy-node replacement → checkpoint recovery. It is supported by three elements: two-phase async checkpoint (host memory first, then persistent storage), a hot spare node pool, and startup health checks. The automated-tiering principle comes from Llama 3: operations that can be retried automatically are automated, while anything involving data integrity or global topology requires human confirmation — only 3 major human interventions over 54 days is a referenceable quantitative benchmark.

1.4.3. Domestic and Vendor Comparison Criteria (Level B/C)

  • Moore Threads Kua'e: DP group-level fault isolation + zero-interruption standby-node take-over, ETTR target 99% (Level B, vendor criterion).
  • Baidu Baige 4.0: effective training time ratio 99.5% (Level C).
  • xAI Colossus operations surface: liquid cooling/power is the primary fault surface; replacing IB with RoCE requires aggressive QoS and flow-level telemetry; the hot spare pool keeps several thousand cards on standby and the scheduler replaces nodes within minutes; full-pipeline checkpoint throughput at the 100K-card scale is an independent topic (Level C summary).

Figure 6-1 | Five-step fault-tolerant pipeline and fault-handling timeline

故障处理时间线:检测-诊断-隔离-替换-恢复 示意:基于 MegaScale(arXiv 2402.15627)与 Llama 3 技术报告(A级)归纳 1 检测 心跳/日志/RDMA 三路 2 诊断 自检三件套+flight recorder 3 隔离 组级隔离优先于全局重启 4 替换 热备池补位 5 恢复 异步 checkpoint 验收三要素:故障检测时延 · 隔离粒度 · 恢复耗时(缺一不可) 目标参照:有效训练时间占比 >90%(Llama 3 实测口径)· ETTR 目标 99%(厂商口径)· checkpoint 开销约 2.1%(估算口径)

Schematic: the five-step pipeline and the three elements are our group's synthesis (based on Level A public practices); the source levels of the target figures are noted within the figure.

2. Glossary

TermEnglish / AbbreviationDefinition
Model FLOPs UtilizationModel FLOPs Utilization, MFUThe ratio of actual effective compute to theoretical peak compute
Effective Training Time RatioEffective Training Time Ratio, ETTRThe proportion of effective training time within total occupied time
Effective Training Time Ratio (share)——The share of time actually advancing training; same origin as ETTR but the criterion may differ
Data Center GPU ManagerData Center GPU Manager, DCGMNVIDIA's cluster-level GPU monitoring and diagnostics tool (including dcgmi diag -r 3 deep diagnostics)
NVIDIA Management LibraryNVMLThe low-level collection library for GPU temperature, power, and utilization
Flight RecorderNCCL Flight RecorderRecords metadata and stack traces of the most recent N collective-communication operations, accelerating root-cause analysis
Asynchronous Error HandlingNCCL_ASYNC_ERROR_HANDLINGThe NCCL switch that reports and exits at the process level on collective-communication exceptions
Silent Data CorruptionSilent Data Corruption, SDCA hardware fault that produces incorrect computation results without any alert
Fleet-Wide TestFleetScannerLlama 3's periodic fleet-wide SDC detection mechanism
Co-located TestRippleLlama 3's adjacent/co-located hardware SDC test mechanism
Hardware SentinelHardware SentinelLlama 3's telemetry + analytics fault-identification mechanism
StragglerStragglerA node that slows the overall step cadence, about 0.5% of the cluster under the MegaScale criterion
Group-Level Fault IsolationGroup-Level Fault IsolationA fault-tolerance strategy that isolates only the affected data-parallel group
Hot Spare PoolHot Spare PoolAn always-ready pool of healthy nodes that replaces failed ones within minutes
Two-phase Async CheckpointTwo-phase Async CheckpointA checkpoint scheme where GPU state is first written to host memory and then to persistent storage in the background
Root Cause AnalysisRoot Cause Analysis, RCAThe process of locating a fault to its first cause
Failure DomainFailure DomainThe impact boundary of a fault (node/group/rack/domain)
Mean Time To RepairMean Time To Repair, MTTRThe average time from fault occurrence to service recovery
Change WindowChange WindowThe controlled time window for configuration changes to the production cluster
Power CappingPower CappingA mandatory constraint on the device power cap when power exceeds the budget

3. Case Studies

3.1. Meta Llama 3: The Fault-Governance Trio and Automated Tiering

Evidence level: A (official technical report); rendered as B

3.1.1. Background

A 54-day snapshot of 16,384 H100s training a 405B model showed 419 unexpected interruptions (roughly once every 3 hours), of which GPU-related causes accounted for 58.7% and 6 were SDC. At this fault density, the goal of the operations system is not to "eliminate faults" but to "keep faults from affecting effective training time".

3.1.2. Approach

  • SDC governance trio: FleetScanner (periodic fleet-wide tests), Ripple (co-located tests), and Hardware Sentinel (telemetry + analytics to identify faults), forming a "detection – ledger – handling" closed loop.
  • Diagnosis acceleration: the PyTorch NCCL flight recorder records recent collective-communication metadata and stack traces, cutting RCA from hours to minutes; deep NCCLX integration implements NVLink/RoCE fault detection and automatic timeout for stalled communication.
  • Fault-tolerance combination: heavily async checkpoint + hot spare nodes + startup health checks; the checkpoint strategy trades off frequency, write bandwidth, and recovery loss.
  • Automated tiering: automated execution for operations that can be retried automatically (job restarts, node-replacement requests), with human confirmation for anything involving data integrity or global topology.

3.1.3. Results

  • Effective training time ratio above 90%; only 3 instances required major human intervention, the rest were handled automatically.
  • Environmental effects were captured by observability: afternoon temperature fluctuations caused a 1-2% throughput change (GPU DVFS varies with temperature) — showing that the monitoring system must cover environmental variables, otherwise temperature effects would be misjudged as software regression.
  • Epoch AI estimate: checkpointing and fault recovery account for about 2.1% of total training time, equivalent to about 1% MFU loss, with an optimal checkpoint interval of about 4 minutes (Level C model estimate).
  • Harness interpretation: this is a joint-design sample of L5 (observability + fault profiling) and L6 (automated tiering) — observability granularity determines isolation granularity, and automated tiering determines the upper bound of recovery speed.

3.2. ByteDance MegaScale: The Five-Step Fault-Tolerant Pipeline

Evidence level: A (official paper, arXiv 2402.15627)

3.2.1. Background

When training a 175B model on 12,288 GPUs, any node-level fault that triggers a full-job restart costs hours of loss. MegaScale designs fault tolerance as a standardized pipeline rather than ad hoc handling.

3.2.2. Approach

  1. Detection: Driver-Executor architecture + heartbeat monitoring, where the heartbeat carries training logs and RDMA traffic metrics (three-way signal cross-validation to reduce false alarms).
  2. Diagnosis: on anomaly, the whole cluster pauses → a lightweight self-check trio (loopback bandwidth, RNIC connectivity, NCCL communication tests) to quickly distinguish the fault surface.
  3. Isolation: isolate the faulty node.
  4. Replacement: K8s provides healthy nodes.
  5. Recovery: recover from the most recent checkpoint; combined with two-phase async checkpoint (GPU state is written to host memory, training resumes after a few seconds, and it is persisted to HDFS in the background); during recovery, a single worker in the same DP group reads and broadcasts.
  • Observability support: low-overhead CUDA Event profiling + heatmaps to locate stragglers (about 0.5% of the cluster); 3D parallelism visualization to locate communication bottlenecks.

3.2.3. Results

  • MFU of 55.2% with near-linear weak scaling from 2,240 → 11,200 GPUs — the fault-tolerant pipeline lets scale-up grow without growing recovery cost.
  • The quantitative criterion of a ~0.5% straggler ratio became an industry reference.
  • Harness interpretation: the five-step pipeline is the prototype of the failure and escalation strategy in our group's AGENTS.md; the "heartbeat three-way signal + self-check trio" embodies the multi-source cross-validation principle of L5 observability — a single signal is prone to false alarms, while crossed signals alone can support automated decisions.

3.3. The 100K-Card Operations Surface: Fault-Rate Estimates and Domestic Comparison

Evidence level: C (SemiAnalysis model estimates and industry summary, all [To be verified])

3.3.1. Background

There is no public measured report at the 100K-card fault-frequency level (Llama 3 is at 16,000 cards); the industry relies mainly on model estimates and vendor criteria.

3.3.2. Approach (Public Criteria Summary)

  • Fault-rate estimate: SemiAnalysis model estimates that the first job-affecting link fault occurs after an average 26.28 minutes in a 100,000-H100 network under a no-fault-recovery assumption — citations must state explicitly "model estimate".
  • Key operations-surface points (industry summary criteria): liquid cooling/power is the primary fault surface; replacing IB with RoCE Ethernet requires aggressive QoS and flow-level telemetry; the hot spare pool keeps several thousand cards on standby and the scheduler replaces nodes within minutes; full-pipeline checkpoint throughput at the 100K-card scale is an independent topic.
  • Domestic comparison: Moore Threads Kua'e DP group-level fault isolation + zero-interruption standby-node take-over, ETTR target 99% (Level B vendor criterion); Baidu Baige 4.0 effective training time ratio 99.5% (Level C).

3.3.3. Results

  • The value of this case is that it conveys the "sense of magnitude of 100K-card operations": faults occur at minute-level frequency and recovery must complete within minutes, so the hot spare pool and checkpoint throughput become resource items on par with compute.
  • All figures are model estimates or vendor criteria and must not be used as the sole basis for decisions; extrapolation against Llama 3 (measured at 16,000 cards) must note the scale difference.
  • Harness interpretation: 100K-card operations push L6's "automated tiering" to the extreme — when the human-intervention window (minute-level) is shorter than the fault interval (minute-level), only fully automated orchestration can sustain effective training time; this is precisely the rationale for the "automated-tiering principle" in AGENTS.md.

4. Practice Standards

Nature statement: the following is a draft recommendation distilled from public industry practices (Llama 3, MegaScale, the DCGM/NCCL toolchain), not the original text of any official industry standard. The group-level higher-level specification is in AGENTS.md in the same directory (the prohibition list for irreversible actions on production clusters, change windows, and observability requirements); the following is the trimmed version for the operations and observability direction.

4.1. AGENTS.md Specification

4.1.1. AGENTS.md (AI Infra Group · Infra Operations and Observability)

# AGENTS.md —— AI Infra 组 · 运维与可观测方向

> 本文为基于行业实践提炼的建议稿,非官方行业标准原文。
> 上位规范:01-AI-Infra组/AGENTS.md(不可逆动作禁止清单、变更窗口、可观测要求)。

## 角色与边界
- 角色:Infra 运维与可观测智能体,负责故障检测与根因分析辅助、
  容错编排建议、监控指标体系建设、利用率与能耗分析、SDC 台账管理。
- 不负责:生产集群的重启/断电/下线等不可逆动作(禁止清单)、
  监控与告警规则的修改(禁止清单)、配额最终分配。
- 判定器为监控与演练:所有容错结论(检测时延/隔离粒度/恢复耗时)
  必须来自真实故障记录或注入式演练。

## 环境假设
执行前必须显式声明:
- 集群规模、分区、加速器型号代际、互联拓扑。
- 监控栈:DCGM/DCGM-Exporter、Prometheus、Grafana 大盘、日志系统、
  NCCL 版本与 flight recorder 可用性。
- checkpoint 方案与写入带宽实测值、热备池容量。
- 历史故障台账(含 SDC 台账)。
- 未声明监控栈版本时,禁止给出指标口径与采集方案建议。

## 上下文加载顺序(Context Budget)
1. 故障现象:告警、时间窗口、影响作业。
2. 监控摘要:三指标(MFU/ETTR/有效训练时长占比)+ 硬件遥测。
3. 故障知识库与 SDC 台账相关条目。
4. 近期变更记录(固件/驱动/框架/拓扑)。
- 全量日志与时序不进上下文,以查询语句 + 路径引用代替。

## 工具契约
- 监控查询输出必须含:Prometheus 语句、时间窗口、集群标识、原始数值。
- 诊断工具(dcgmi diag、nccl-tests、flight recorder 导出)输出结构化
  结果并保留原始文件路径。
- 告警与监控规则只读;修改建议走变更窗口。

## 任务执行流程(SOP,五步流水线)
- P1 检测:核对心跳/日志/RDMA 三路信号是否交叉一致。
- P2 诊断:轻量自检三件套(环回带宽、RNIC 连通性、NCCL 测试)+
  flight recorder 导出,定位故障面。
- P3 隔离:输出隔离建议(组级优先于全局),只建议不执行。
- P4 替换:核对热备池容量,输出补位申请。
- P5 恢复:核对 checkpoint 状态与恢复路径,估算恢复耗时。
- 每步输出:检测时延/定位耗时/隔离粒度/恢复耗时的测量值或估算依据。

## 验证与证据要求
- 容错结论三要素齐备:故障检测时延、隔离粒度、恢复耗时。
- 故障报告附中断原因四分类(硬件/网络/软件/数据)分布。
- SDC 疑似案例必须入台账并建议全舰队/同置测试。
- 模型估算类数字(如 26.28 分钟故障间隔)必须写明"模型估算"。
- 每条结论附工具名 + 版本 + 命令/查询 + 日志路径 + 集群标识 + 时间窗口。

## 失败与升级策略
- 有效训练时长占比连续下降 → 升级人工,附四分类分布。
- 疑似 SDC → 停止自动调度优化,升级硬件排查。
- 监控自身异常(采集缺口、告警失效)→ 视为最高优先级故障上报。
- 自动化分级越界(需人工确认的场景被自动执行)→ 立即回滚并复盘。

## 安全与合规红线
- 跨租户监控数据聚合需脱敏;禁止跨租户读取作业明细。
- 告警规则、监控采集、审计日志不可关闭或绕过。
- 能耗指标(PUE)对照政策红线(1.25/1.2)核验。
- 禁止残留非标准占位符。

## 输出格式
- 首行:可判定结论 + 阻塞项。
- 故障报告:时间线(检测/定位/隔离/恢复)、四分类、三要素、证据路径。
- 指标报告:MFU/ETTR/有效训练时长占比 + straggler 占比 + checkpoint
  开销占比。
- SDC 台账更新:检测手段、频率、处置记录。
- 数值规范:参数带单位;范围用 ~ 连接;百分比数值与 % 之间不留空格。

## 评估与自检
- 容错三要素是否齐备且来自实测/演练?
- 故障原因是否四分类?
- 模型估算是否注明?
- 监控与告警是否保持只读?
- 是否残留非标准占位符?

4.2. SKILL.md Specification

4.2.1. SKILL.md (AI Infra Group · Fault RCA and Fault-Tolerant Drills)

---
name: infra-fault-rca-and-drill
description: AI Infra 组运维方向标准技能——集群故障根因分析、容错流水线
  演练、监控指标体系建设、SDC 治理。当需要分析训练中断、建设监控大盘、
  设计容错演练、管理 SDC 台账、核验三要素指标时使用。
  触发词:故障、RCA、中断、checkpoint 恢复、SDC、DCGM、flight recorder、
  straggler、有效训练时长占比。
version: 1.0
created: 2026-09-12
---

# AI Infra 组 · 故障 RCA 与容错演练

> 本文为基于行业实践提炼的建议稿,非官方行业标准原文。
> 上位规范:01-AI-Infra组/AGENTS.md。

## 适用场景
- 训练/推理作业中断的根因分析(按四分类归因)。
- 容错流水线(检测-诊断-隔离-替换-恢复)建设与注入式演练。
- 监控指标体系与大盘建设(三指标 + 硬件遥测 + 网络遥测)。
- straggler 检测与慢节点治理。
- SDC 台账管理与治理三件套(全舰队测试/同置测试/遥测分析)。
- checkpoint 策略评估(频率/带宽/恢复损失权衡)。

## 前置条件
- 监控栈(DCGM/Prometheus/Grafana/日志)可用且版本已知。
- checkpoint 方案与写入带宽实测值、热备池容量已知。
- 影子分区可用于注入式演练;故障台账存在。
- 监控与告警规则保持只读(修改走变更窗口)。

## 输入
| 输入项 | 说明 | 必需 |
|---|---|---|
| 故障现象 | 告警、日志路径、时间窗口、影响作业 | 条件必需 |
| 监控数据 | 三指标、硬件遥测、网络遥测 | 是 |
| 集群信息 | 规模、分区、加速器型号、拓扑 | 是 |
| 台账 | 历史故障与 SDC 台账 | 否 |
| 变更记录 | 近期固件/驱动/框架/拓扑变更 | 否 |

## 输出
| 输出项 | 说明 | 必需 |
|---|---|---|
| 可判定结论 | 通过 / 不通过 / 部分通过 + 阻塞项 | 是 |
| 故障报告 | 时间线 + 四分类 + 三要素 + 证据路径 | 条件必需 |
| 演练报告 | 注入场景、三要素实测、流水线覆盖判定 | 条件必需 |
| 指标体系方案 | 指标清单、采集配置建议、大盘布局建议 | 条件必需 |
| SDC 台账更新 | 检测手段、频率、处置记录 | 条件必需 |
| 升级包 | 已完成证据 + 失败点定位 + 下一步命令 | 条件必需 |

## 执行步骤
1. 环境校验:监控栈版本、台账、影子分区可用性;确认只读边界。
2. 现象采集:告警、时间窗口、影响作业、三路信号(心跳/日志/RDMA)
   交叉核验。
3. 分层诊断:硬件(dcgmi diag、ECC、NVLink 抖动)→ 网络(flight
   recorder、NCCL 超时、busbw)→ 系统(内核、存储)→ 软件(框架
   版本、已知问题)。
4. 归因:按四分类(硬件/网络/软件/数据)输出根因与置信说明。
5. 恢复编排:隔离建议(组级优先)、热备补位、checkpoint 恢复路径
   与耗时估算。
6. 演练(非故障场景):注入式故障(杀节点/断链/慢节点),实测三要素。
7. 台账与复盘:更新故障/SDC 台账,输出改进项与监控补点建议。
8. 交付:结论 + 报告 + 升级包(如需人工)。

## 质量标准(DoD)
- 容错三要素(检测时延/隔离粒度/恢复耗时)齐备且来自实测或演练。
- 故障归因四分类,附证据路径;模型估算注明"模型估算"。
- SDC 疑似案例全部入台账。
- 监控与告警未做任何修改;未执行禁止清单动作。
- 参照口径(不得直接套用):Llama 3 = 54 天 419 次意外中断、GPU 相关
  58.7%、有效训练时间占比 >90%、仅 3 次重大人工干预(A级);
  MegaScale = 五步流水线、straggler 约 0.5%、MFU 55.2%(A级);
  摩尔线程 ETTR 目标 99%(B 级厂商口径);百度百舸 99.5%(C 级)。

## 常见失败与处理
| 失败模式 | 现象 | 处理 |
|---|---|---|
| 单信号误报 | 仅心跳异常即判故障 | 三路信号交叉验证后再隔离 |
| 归因过早 | 未分层诊断即下结论 | 强制分层(硬件→网络→系统→软件) |
| 隔离过重 | 组级可隔离却全局重启 | SOP 固化组级优先 |
| SDC 漏检 | 收敛异常未触发硬件排查 | 入台账 + 全舰队/同置测试 |
| 演练走样 | 演练环境与生产差异过大 | 记录差异并标注结论适用范围 |
| 估算当实测 | 26.28 分钟类估算写成观测值 | 标注"模型估算" |
| 监控盲区 | 故障面无采集项 | 补采集建议走变更窗口 |

## 示例
任务:某 6,000 卡训练作业一夜间中断 4 次,需 RCA 与容错补强。
1. 环境校验:监控栈版本、flight recorder 可用、台账存在。
2. 现象采集:4 次中断时间窗、影响作业、心跳/日志/RDMA 三路交叉。
3. 分层诊断:flight recorder 显示集合通信在跨柜段超时;dcgmi diag
   发现 2 张卡 NVLink 抖动计数异常。
4. 归因:硬件(NVLink/互联)为主因,网络配置为放大因素;四分类占比
   记录入报告。
5. 恢复编排:建议组级隔离 + 热备补位;实测恢复路径耗时 6 分钟。
6. 演练:影子分区注入杀节点与慢节点场景,三要素实测齐备。
7. 台账:异常卡入硬件台账,建议复测与同置测试。
8. 交付:通过——根因明确、三要素齐备、监控补点建议 2 项(走变更
   窗口审批);证据表与升级包齐备。
(示例数值为演示用假设值,非实测数据;方法论参照 Llama 3 与 MegaScale
公开实践。)

4.3. Implementation Checklist

No.Check ItemAcceptance CriterionRequired
1Environment declarationMonitoring stack version, ledger, and shadow partition declaredYes
2Three-way cross-validationIsolate only after heartbeat/log/RDMA signals are cross-validatedYes
3Layered diagnosisLayered diagnosis hardware→network→system→software completedYes
4Four-category attributionHardware/network/software/data ratios completeYes
5Fault-tolerance trioDetection latency, isolation granularity, recovery time measuredYes
6Group-level isolation firstIsolation recommendations do not default to full restartYes
7SDC ledgerAll suspected cases recorded in the ledger with a test recommendationYes
8Three-metric reportMFU / ETTR / effective training time ratio completeYes
9Estimate annotationModel-estimate figures annotated "model estimate"Yes
10Read-only boundaryMonitoring / alerting rules not modifiedYes
11Drill recordsInjected drills recorded with differences annotatedYes
12Placeholder cleanupNo XX, ___ or other non-standard placeholdersYes

5. Summary

The Infra operations and observability direction is weighted toward L5 (evaluation and observability) and L6 (governance and security) in the Harness six-layer model, while also being a complete epitome of the six layers in the hardware domain. Three conclusions:

  1. Observability granularity determines isolation granularity, and isolation granularity determines effective training time. The shared lesson of Llama 3 and MegaScale is that detection with crossed three-way signals (heartbeat/logs/RDMA), flight-recorder-accelerated RCA, group-level-first isolation, and two-phase async checkpoint form a pipeline that "localizes" faults; the absence of any link degrades a fault into a global event.
  2. The trio is the only qualified expression of fault-tolerance capability. Fault detection latency, isolation granularity, and recovery time are each indispensable; qualitative phrasing such as "high availability" and "strong self-healing" is invalid under the group's standards. Quantitative benchmarks: effective training time ratio above 90% (Llama 3 measured), straggler ratio about 0.5% (MegaScale), checkpoint overhead about 2.1% (estimate criterion).
  3. Automated tiering is the operations form of L6 governance. Llama 3's "only 3 major human interventions" shows that the scalability of 100K-card operations comes from automated tiering — automated execution for retryable operations, human confirmation for data integrity and global topology, and the impossibility of bypassing monitoring and alerting. This tiering is already codified into the failure and escalation strategy of the group-level AGENTS.md.

Information Gap Statement

The following items have not been confirmed by A/B-level sources and are annotated [To be verified] in the body:

  1. SemiAnalysis's "first job-affecting link fault in a 100K-card fleet averages 26.28 minutes" is a model estimate (Level C); citations must state "model estimate".
  2. The new features of NCCL 2.27 are Level C.
  3. Baidu Baige 4.0's effective training time ratio of 99.5% is Level C.
  4. The xAI Colossus operations surface (hot spare pool of thousands of cards, minute-level node replacement, liquid cooling/power as the primary fault surface) is a Level C summary criterion.
  5. Epoch AI's checkpoint overhead of 2.1% and optimal interval of 4 minutes are model estimates (Level C).
  6. The tool descriptions of DCGM/NVML/in-band telemetry are a multi-source summary (Level B/C), not checked line by line against official documentation versions.
  7. No public standard template of AGENTS.md/SKILL.md for this direction was found; this document is a draft recommendation.

6. References

  1. The Llama 3 Herd of Models — Meta, 2024. https://arxiv.org/abs/2407.21783
  2. MegaScale: Scaling Large Language Model Training to More Than 10,000 GPUs — ByteDance, arXiv 2402.15627, 2024. https://arxiv.org/abs/2402.15627
  3. DCGM (Data Center GPU Manager) — NVIDIA. https://developer.nvidia.com/dcgm
  4. NCCL (including the flight recorder and async error handling) — NVIDIA GitHub. https://github.com/NVIDIA/nccl
  5. PyTorch (FSDP/flight recorder ecosystem) — PyTorch official. https://pytorch.org/
  6. Prometheus — CNCF. https://prometheus.io/
  7. Grafana monitoring dashboards — Grafana Labs. https://grafana.com/
  8. Moore Threads Kua'e 10,000-card cluster launch (MDC 2025, vendor criterion) — Sina Finance (IT Home). https://finance.sina.com.cn/tech/digi/2025-12-20/doc-inhcmnmf6292915.shtml
  9. Serving Large Language Models on Huawei CloudMatrix384 (cross-reference to operations-related chapters) — arXiv 2506.12708. https://arxiv.org/pdf/2506.12708
  10. AI Infra (design side, cross-reference for the metrics system and domestic fault-tolerance practices) — 02-行业赋能/04-硬件研发组/05-ai-infra.md, 2026-09-12.