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Conjugate Compilation: Self-Improving Agentic Co-Compilation for Speculative Decoding

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将 draft 与 target 同卡共置并跨模型联合编译,六组单卡配置平均加速 1.37×

企业GPU平均计算利用率仅17.6%,而speculative decoding的draft与target模型通常独立编译、顺序执行,其共享执行在编译边界之外。Conjugate Compilation将二者同GPU共编译,以共享执行实测反馈指导跨模型优化:依赖保持多流co-scheduler暴露跨batch并发;交错内核在公共tile中交错GEMM与RMSNorm、residual addition等非GEMM工作,数学不变。搜索侧由LLM编辑联合计划、MCTS按实测奖励引导探索,编译反馈与kernel级判定回传修正提案。在B300与RTX 5090的单GPU配置上对比Conventional,作者报告每轮几何平均加速1.37×,加入交错内核后达1.45×、最高1.59×,B300利用率平均升1.50×;批大小增大时增益收窄,作者认为共编译与批处理互补,草稿长度增长时增益也下降。这展示出测量共享执行的跨模型共编译可恢复闲置容量。

  1. 1投机解码的两个模型同卡共置,被纳入同一编译优化边界
  2. 2六组单卡配置每轮几何平均加速 1.37×,最优 1.59×
  3. 3GPU 利用率平均提升 1.46×(RTX 5090)、1.50×(B300)

为什么重要 企业 GPU 平均利用率仅 17.6%,该工作不改模型数学即可回收闲置算力,对投机解码部署有直接参考价值适合 做 LLM 推理部署、编译与 GPU 性能优化的工程师

几何平均加速1.37×
最优加速1.59×
利用率提升1.50×(B300)
测试规模6 组单卡配置
基线单独编译各模型
来源
arxiv.org
发布
2026/10/20

中文(AI 翻译)

随着 LLM 的采用激增,扩展模型服务需要在部署更多 GPU 的同时释放闲置的 GPU 容量。投机解码将两个模型引入服务过程:一个小的草稿模型提出 token,由一个更大的目标模型进行验证。然而,单独编译这些模型会使其共享执行处于编译器优化边界之外。

我们提出了 CONJUGATE COMPILATION,它将投机解码重新构建为一个跨模型编译问题,并在草稿模型和目标模型的共享执行中对其进行联合优化,而不是孤立地对待每个模型。我们的关键洞察是,跨模型编译应当以其所产生的共置共享执行的实测性能为依据:孤立地改进某个 kernel 的优化,在模型共同执行时未必能改进这些模型。

为了扩展跨模型机会,我们设计了操作数布局,将两个模型的块在公共 tile 内交错排列,在保持其数学运算不变的同时共置 GEMM 和非 GEMM 工作。我们通过一个自我改进的智能体搜索系统来实现 CONJUGATE COMPILATION,在该系统中,LLM 以编译器和 GPU 执行作为其环境来编辑跨模型优化方案。

每个提出的方案都会通过其共置共享执行进行编译和评估,其测得的分数连同 kernel 级别的判定和编译器反馈,为后续方案提供信息,同时蒙特卡洛树搜索累积奖励以指导探索。在 NVIDIA B300 和 RTX 5090 GPU 上的六种单 GPU 投机解码配置中,CONJUGATE COMPILATION 相比常规执行实现了 1.37x 的每轮几何平均加速。

交错 kernel 将该加速提升至 1.45x,在最佳情况下达到 1.59x。CONJUGATE COMPILATION 还将 GPU 利用率平均提高:在 RTX 5090 上提高 1.46x,在 B300 上提高 1.50x。

原文

As LLM adoption surges, scaling model serving requires unlocking stranded GPU capacity alongside deploying more GPUs.

Speculative decoding brings two models into the serving process: a small draft model proposes tokens that a larger target model verifies.

Yet compiling these models individually leaves their shared execution outside the compiler's optimization boundary.

We introduce CONJUGATE COMPILATION, which reframes speculative decoding as a cross-model compilation problem and jointly optimizes the draft and target models within their shared execution rather than treating each in isolation.

Our key insight is that cross-model compilation should be informed by the measured performance of the co-located shared execution it produces: an optimization that improves a kernel in isolation need not improve the models when they execute together.

To expand cross-model opportunities, we devise operand layouts that interleave blocks from both models within common tiles, co-locating GEMM and non-GEMM work while preserving their mathematics.

We realize CONJUGATE COMPILATION through a self-improving agentic search system in which an LLM edits cross-model optimization plans using the compiler and GPU execution as its environment.

Each proposed plan is compiled and evaluated through its co-located shared execution, whose measured score, together with kernel-level verdicts and compiler feedback, informs subsequent proposals, while Monte Carlo tree search accumulates rewards to guide exploration.

Across six single-GPU speculative-decoding configurations on NVIDIA B300 and RTX 5090 GPUs, CONJUGATE COMPILATION achieves a geometric-mean per-round speedup of 1.37x over conventional execution.

Interleaved kernels raise this speedup to 1.45x, reaching 1.59x in the best case. CONJUGATE COMPILATION also improves GPU utilization on average by 1.46x on RTX 5090 and 1.50x on B300.

350 个企业用户的小时级 GPU 计算利用率,黑线为用户平均,全数据集均值仅 17.6%。
对比项之前 / 基线现在 / 本方案
每轮加速(vs 单独编译)单独编译各模型**1.37×**六组配置几何平均
每轮加速(加交错 kernel)1.37×**1.45×**最优情形 1.59×
GPU 利用率(RTX 5090)单独编译各模型**1.46×**平均
GPU 利用率(B300)单独编译各模型**1.50×**平均
硬件
NVIDIA B300、RTX 5090,均为单卡
模型组合
Llama-3.2-1B draft(γ=4)+ Llama-3.1-8B target
实测数据
350 用户、6,000 次测量(2026-05 至 08)

深度总结

1 / 5
6,000
问题与动机· 要点

2026 年 5–8 月对 350 个用户的 6,000 次小时级测量显示,GPU 计算利用率平均仅 17.6%,94% 的用户平均低于 50%。

  • 2026 年 5–8 月对 350 个用户的 6,000 次小时级测量显示,GPU 计算利用率平均仅 17.6%,94% 的用户平均低于 50%。
  • 常规做法是分别编译优化 draft 与 target,两者共享执行落在编译器优化边界之外。
  • 常规执行耗时为 γ⋅TD​+TV​,draft 段与 target 段在时间轴上不重叠。
  • 依赖只在批内成立:target 验证 batch b 时,draft 已可为 batch b+1 生成候选。