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GPU InfrastructureVeröffentlicht September 17, 2026 · Aktualisiert September 17, 2026

On-Off-Skalierungsmuster für KI- und Videobearbeitungs-Workloads

Eine KI-gestützte Videobearbeitungsplattform musste hochvariable Workloads bewältigen – von null Aufträgen während der Ruhezeiten bis hin zu Hunderten von gleichzeitigen Videobearbeitungs- und KI-Inferenzaufgaben während der Stoßzeiten – ohne für ungenutzte GPU- und Rechenressourcen zu zahlen.

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GPU Infrastructure
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Die Herausforderung

KI- und Videobearbeitungs-Workloads sind von Natur aus sprunghaft und teuer:

  • GPU-Instanzen sind kostspielig, egal ob sie Aufträge verarbeiten oder im Leerlauf sind
  • Video-Codierung, Transkription und KI-Inferenz erfordern unterschiedliche Ressourcenprofile
  • Das Verhältnis von Spitzen- zu Tiefstwerten betrug 50:1 – über 200 Aufträge während der Spitzenzeiten, nahezu null über Nacht
  • Traditionelles Auto-Scaling war zu langsam (5-10 Minuten Kaltstart) für zeitkritische Benutzeranfragen
  • Festgelegte Infrastruktur, die für Spitzenzeiten bereitgestellt wurde, bedeutete über 80% Verschwendung während der Nebenzeiten

Unsere Lösung

Wir implementierten ein On-Off-Skalierungsmuster – eine hybride Architektur, bei der Rechenressourcen just-in-time für aktive Workloads bereitgestellt und bei Leerlauf vollständig deallokiert werden, mit Warm-Pools für latenzempfindliche Aufgaben und Cold-Pools für Batch-Jobs.

Architektur

  • Job Queue: Datenbankgestützte Job-Warteschlange mit Prioritätsklassifizierung
  • Orchestrator: Dienst zur Verwaltung des Ressourcenlebenszyklus und der Job-Routing
  • GPU-Arbeiter (KI): Cloud-GPU-Pods für Inferenz (Objekterkennung, Transkription, Sprechererkennung)
  • CPU-Arbeiter (Video): Cloud-VMs für Video-Codierung und Rendering
  • Warm Pool: Vorinitialisierte Instanzen für latenzempfindliche Jobs (< 30s Startzeit)
  • Cold Pool: On-Demand-Instanzen für Batch-/Bulk-Verarbeitung (2-5 Minuten Startzeit akzeptabel)

Implementierung des On-Off-Musters

Ressourcenlebenszykluszustände

Ressourcen durchlaufen einen definierten Lebenszyklus: von vollständig deallokiert (null Kosten), über Bereitstellung und Erwärmung (Modell-Laden, Gesundheitschecks), bis hin zu bereit und verarbeitend, dann durch ein Abkühlfenster, bevor sie wieder deallokiert werden.

Warm-Pool-Strategie

Für latenzempfindliche Verarbeitung (benutzerinitiiert, erwartet Ergebnisse in Minuten):

  • Ein Minimum an Warm-Pool-Instanzen während der Geschäftszeiten aufrechterhalten
  • KI-Modelle beim Container-Start vorladen
  • Eingehende Jobs zuerst an warme Instanzen weiterleiten
  • Zusätzliche warme Instanzen skalieren, wenn die Warteschlangentiefe den Schwellenwert überschreitet
  • Konfigurierbarer Abkühl-Timer hält Instanzen zwischen sporadischen Jobs am Leben

Cold-Pool-Strategie

Für Batch-Verarbeitung (nächtliche Bulk-Jobs, nicht dringende Re-Encodes):

  • Standardmäßig keine laufenden Instanzen
  • Job-Warteschlange löst Bereitstellung aus, wenn Batch-Jobs eingereicht werden
  • Bulk-optimierte Instanzen für Durchsatz über Latenz
  • Sofortige Beendigung nach Abschluss des Batches
  • Nutzung von Spot-/Preemptible-Instanzen für erhebliche Kosteneinsparungen

Job-Klassifizierung & Routing

Jobs werden automatisch nach Priorität und Typ klassifiziert und dann an den entsprechenden Pool weitergeleitet:

  • Hohe Priorität Benutzerinitiierte KI-Aufgaben werden an warme GPU-Pools weitergeleitet
  • Kritische Echtzeit-Aufgaben werden an immer aktive dedizierte Instanzen weitergeleitet
  • Mittlere Priorität Codierungsaufgaben werden an warme oder kalte CPU-Pools weitergeleitet
  • Niedrige Priorität Batch-Aufgaben werden an kalte Spot-/Preemptible-Instanzen weitergeleitet

Orchestrator-Logik

Scale-Up-Auslöser

  • Warteschlangentiefe überschreitet konfigurierbaren Schwellenwert
  • Durchschnittliche Wartezeit überschreitet SLA für die Prioritätsstufe
  • Geplante Hochskalierung vor bekannten Spitzenzeiten
  • Manuelle Auslösung über Admin-API für erwartete Verkehrsspitzen

Scale-Down-Auslöser

  • Keine Jobs verarbeitet für die Dauer des Abkühlfensters
  • Geplante Herunterskalierung nach Spitzenzeiten
  • Alle wartenden Jobs abgeschlossen ohne neue Einreichungen
  • Kostenschwelle für den Abrechnungszeitraum erreicht

Gesundheit & Wiederherstellung

  • Regelmäßige Gesundheitsprüfungen auf allen aktiven Instanzen
  • Ungeheilte Instanzen werden automatisch ersetzt
  • Fehlgeschlagene Jobs werden mit Wiederholungsanzahl erneut in die Warteschlange gestellt und an eine andere Instanz weitergeleitet
  • Dead-Letter-Warteschlange für Jobs, die die maximale Anzahl von Wiederholungen überschreiten

Kostenauswirkung

Das On-Off-Muster lieferte eine ungefähre 70% Kostenreduktion im Vergleich zu einer immer aktiven festen Infrastruktur, indem es ungenutzte Rechenleistung während der Nebenzeiten eliminierte, Ressourcen pro Job-Typ richtig dimensionierte und Spot-Instanzen für Batch-Workloads nutzte.

Hauptmerkmale

  1. Null Leerlaufkosten — Ressourcen werden vollständig deallokiert, wenn keine Jobs verarbeitet werden
  2. Warme Pools — Vorinitialisierte Instanzen für latenzempfindliche Workloads
  3. Kalte Pools — On-Demand-Bereitstellung für Batch-Jobs zu den niedrigsten Kosten
  4. Job-Klassifizierung — Automatisches Routing basierend auf Priorität, Typ und Latenzanforderungen
  5. Abkühlfenster — Konfigurierbarer Leerlauf-Timeout verhindert vorzeitiges Herunterskalieren zwischen Spitzen
  6. Spot-/Preemptible-Unterstützung — Batch-Jobs werden an rabattierte Instanzen für erhebliche Einsparungen weitergeleitet
  7. Gesundheit & Wiederherstellung — Automatischer Ersatz von ungesunden Instanzen mit erneuter Job-Warteschlange
  8. Geplante Skalierung — Bekannte Verkehrsmuster mit zeitbasierten Bereitstellungsregeln antizipieren

Ergebnisse

Kostenreduktion: ~70% Einsparungen im Vergleich zu immer aktiver fester Infrastruktur
Latenz: < 30 Sekunden von kalt zu bereit für warme Pool-Instanzen
Zuverlässigkeit: Automatische Wiederherstellung und erneute Job-Warteschlange hielten eine Job-Abschlussrate von über 99,5% aufrecht

Technologie-Stack

Node.jsMongoDBRunPod APICloud VM APIsDockerFastAPIFFmpegRedisJob QueueCron Scheduling

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Häufig gestellte Fragen

MicrocosmWorks entwickelte das On-Off-Skalierungsmuster für Workloads, die vorhersehbare Spitzen von GPU-intensiver Verarbeitung aufweisen, gefolgt von langen Leerlaufzeiten, in denen herkömmliches Auto-Scaling Geld verschwendet, indem es während der Leerlaufzeiten eine Mindestkapazität aufrechterhält. Anstatt warme Instanzen am Laufen zu halten, stellt das Muster GPU-Infrastruktur bei Bedarf bereit, wenn ein Verarbeitungsauftrag eintrifft, führt den Workload aus und beendet die Infrastruktur vollständig, wenn die Aufgabe erledigt ist, wodurch während der Leerlaufzeiten Kosten nahe Null erreicht werden.

MicrocosmWorks reduzierte die Kaltstartzeiten auf unter 60 Sekunden, indem es optimierte Container-Images mit allen integrierten AI-Modellgewichten und Abhängigkeiten vorab erstellte, die in einer geografisch nahe an der Compute-Region gelegenen Registry gespeichert sind. Die Orchestrierungsschicht verwendet prädiktive Bereitstellung für geplante Workloads, indem die Infrastruktur 2-3 Minuten vor der erwarteten Nachfrage gestartet wird, und für unvorhersehbare Workloads reiht das System Jobs in die Warteschlange ein und sendet Verarbeitungs-Start-Benachrichtigungen, damit Benutzer wissen, dass ihre Anfrage bearbeitet wird.

MicrocosmWorks dokumentierte 70-90% Kostensenkungen für Kunden, deren AI-Videoverarbeitungs-Workloads 2-6 Stunden pro Tag laufen, im Vergleich zur Aufrechterhaltung von 24/7 GPU-Instanzen. Die Einsparungen ergeben sich daraus, dass nur die tatsächliche Verarbeitungszeit plus wenige Minuten Start- und Beendigungs-Overhead bezahlt werden. Das Muster ist besonders effektiv für Workflows wie nächtliche Batch-Videoverarbeitung, On-Demand-transcoding oder ereignisgesteuerte AI-Analyse, bei denen die Auslastung von Natur aus intermittierend ist.

Ja, MicrocosmWorks hat innerhalb des On-Off-Patterns eine Fan-Out-Architektur implementiert, die bei Eintreffen großer Batch-Jobs mehrere GPU-Worker parallel bereitstellt, Videodateien mithilfe einer Job-Warteschlange auf die Worker verteilt und alle Worker herunterfährt, sobald der Batch abgeschlossen ist. Das System verfolgt den Fortschritt pro Video, behandelt individuelle Videoausfälle mit Wiederholungslogik, ohne den Rest des Batches zu blockieren, und konsolidiert die Ergebnisse an einem einzigen Ausgabespeicherort für die nachgelagerte Weiterverarbeitung.

MicrocosmWorks implementiert On-Off-Skalierungsarchitekturen zu Entwicklungssätzen von 25-45 $/Std., wobei eine produktionsreife Implementierung, die Job-Orchestrierung, Infrastruktur-Bereitstellung, Monitoring und Fehlerbehandlung umfasst, typischerweise innerhalb von 3-5 Wochen geliefert wird. Die Entwicklungsinvestition amortisiert sich in der Regel innerhalb von 1-2 Monaten allein durch GPU-Kostenersparnisse, insbesondere für Organisationen, die derzeit Always-on-GPU-Instanzen betreiben, die mehr als 50 % des Tages im Leerlauf sind.