투 타워를 넘어서: 차 (새 탭에서 열림)

전통적인 추천 시스템의 표준인 'Two-Tower' 모델은 효율적이지만, 사용자-아이템 간의 복잡한 상호작용 특징(Interaction features)을 반영하지 못하는 구조적 한계가 있습니다. 이를 해결하기 위해 핀터레스트는 범용 신경망 기반의 복잡한 랭킹 모델을 도입하기로 결정하고, 이를 지원하기 위한 GPU 기반의 서빙 스택 재설계를 단행했습니다. 데이터 전송 병목 현상을 해결하고 비즈니스 로직을 모델 내부에 통합함으로써, 초기 4,000ms에 달하던 지연 시간을 실시간 서비스 가능한 수준인 20ms까지 단축하는 데 성공했습니다.

Two-Tower 모델의 한계와 새로운 도전

• 표현력의 제약: Two-Tower 구조는 사용자(User)와 아이템(Item)을 각각 독립적인 벡터로 인코딩한 뒤 마지막에 내적(Dot product)만 수행하므로, 네트워크 깊은 곳에서 두 피처가 결합되는 '교차 피처(Cross-features)'나 '타겟 어텐션(Target attention)'을 활용하기 어렵습니다.
• 복잡한 모델 도입의 필요성: 보다 정교한 추천을 위해 피처 간의 직접적인 상호작용을 모델링할 수 있는 일반적인 딥러닝 아키텍처 도입이 필요해졌습니다.
• 서빙 인프라의 한계: 기존 인프라는 단순한 연산(내적 또는 ANN 검색)에 특화되어 있어, 무거운 GPU 추론 단계를 지연 시간 손실 없이 통합하는 것이 핵심 과제였습니다.

인벤토리 세분화를 통한 피처 패칭(Feature Fetching) 최적화

• 데이터 전송 병목: 수만 개의 후보군에 대해 네트워크를 통해 피처를 가져오는 I/O 작업이 모델 추론보다 더 긴 시간을 소모하는 문제가 발생했습니다.
• 고가치 인벤토리(Segment 1): 매출 기여도가 높은 약 100만 개의 문서는 피처를 PyTorch 모델 파일 내의 'Registered Buffer' 형태로 직접 삽입했습니다. 이를 통해 모델 가중치처럼 GPU의 고대역폭 메모리(HBM)에 피처가 상주하게 되어 네트워크 오버헤드를 완전히 제거했습니다.
• 롱테일 인벤토리(Segment 2): 나머지 10억 개 이상의 문서는 고성능 Key-Value 저장소와 인-호스트 캐시를 조합하여 피처를 가져오도록 이원화했습니다.

비즈니스 로직의 모델 내부 통합

• 데이터 전송량 최소화: 기존에는 GPU에서 계산된 수만 개의 점수를 모두 CPU로 보낸 뒤 필터링했으나, 이는 Device-to-Host(D2H) 전송 병목을 야기했습니다.
• 로직 내재화: 유틸리티 계산(pCTR, pCVR, 입찰가 조합 등), 다양성 규칙, Top-K 정렬 등의 비즈니스 로직을 PyTorch 텐서 연산으로 구현하여 모델 내부에 포함시켰습니다.
• 병렬 처리 이점: 복잡한 필터링과 정렬을 GPU의 대규모 병렬 연산으로 처리함으로써 CPU 기반 처리보다 속도를 높였고, 최종 결과값(약 1,000개)만 출력하여 전송 효율을 극대화했습니다.

GPU 추론 가속화 및 시스템 최적화

• 멀티 스트림 CUDA: 단일 스트림 방식에서 벗어나 여러 CUDA 스트림을 사용하여 데이터 전송(H2D, D2H)과 연산(Compute)이 서로 겹쳐서 수행(Overlap)되도록 설계했습니다.
• 커널 퓨전(Kernel Fusion): Triton 커널을 사용하여 선형 레이어와 활성화 함수 같은 반복적인 레이어 패턴을 하나로 합침으로써 메모리 대역폭 압박을 완화했습니다.
• 수치 형식 최적화: FP32 대신 BF16(Brain Floating Point 16) 형식을 채택하여 메모리 사용량을 줄이고 연산 속도를 높였습니다.
• 워커 정렬: 호스트 CPU 코어 수에 맞춰 워커 스레드 수를 조정하고 고정(Pinning)하여 컨텍스트 스위칭과 락 경합을 최소화했습니다.

이러한 재설계는 고성능 추천 시스템을 구축할 때 모델 아키텍처뿐만 아니라, 데이터 흐름과 하드웨어 가속기(GPU)의 특성을 고려한 인프라 최적화가 필수적임을 보여줍니다. 특히 대규모 트래픽 환경에서 GPU를 효율적으로 활용하려면 비즈니스 로직을 포함한 전체 서빙 파이프라인을 모델과 밀접하게 통합하는 전략이 유효합니다.