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온-오프 스케일링 아키텍처

유휴 GPU에 비용을 지불하지 마십시오. 컴퓨팅을 적시에 프로비저닝하고, 워크로드를 처리한 다음 해체하여 자본 비용을 작업별 운영 비용으로 전환합니다.

June 22, 2026
|
2 topics covered
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Infrastructure
Category
Advanced
Complexity
AI/ML, 미디어 및 엔터테인먼트
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2+
Technologies

이것이 필요할 때

귀하의 워크로드가 버스티합니다 — 콘텐츠가 업로드될 때 급증하는 비디오 인코딩 작업, 4시간 동안 8개의 GPU가 필요하다가 아무것도 필요 없는 ML 훈련 실행, 비즈니스 이벤트에 의해 트리거되는 배치 추론 작업, 또는 밤새 실행되는 렌더링 파이프라인과 같은 경우입니다. 귀하는 과도하게 프로비저닝되었거나(80% 시간 동안 유휴 리소스에 비용 지불) 과소하게 프로비저닝되었습니다(피크 시 작업이 몇 시간 동안 대기). 귀하는 필요한 컴퓨팅을 정확히 필요한 시점에 프로비저닝하고, 작업이 완료되면 해제하는 아키텍처가 필요합니다 — "scale to zero"를 GPU 워크로드에 비현실적으로 만드는 콜드 스타트 페널티 없이 말입니다.

패턴 개요

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클라우드 네이티브 인프라

애플리케이션 코드처럼 버전 관리되고, 테스트되며, 배포되는 인프라 — 왜냐하면 플랫폼의 신뢰성은 그 기반에 달렸기 때문입니다.

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자주 묻는 질문

MicrocosmWorks 고객들은 batch-heavy 또는 주기적인 workload를 가진 경우, on-off 스케일링 구현 후 일반적으로 60-80%의 클라우드 비용 절감을 경험합니다. 이는 compute resources가 24/7이 아닌 active processing windows 동안에만 실행되기 때문입니다. 당사는 실제 usage telemetry를 기반으로 scaling policies를 설계합니다. 예를 들어, 매일 4시간 동안 실행되는 data processing pipeline은 전체 24시간 대신 해당 4시간에 대해서만 비용을 지불합니다. 당사의 architects는 discovery phase 동안 귀사의 workload patterns를 분석하여, 어떠한 구현이 시작되기 전에 정확한 절감액을 예측해 드립니다.

사전 워밍업된 노드 풀의 컨테이너화된 애플리케이션의 콜드 스타트 시간은 2-3초 정도이며, 특수 GPU 인스턴스 또는 대규모 모델 로딩이 필요한 워크로드의 경우 5-10분까지 걸립니다. MicrocosmWorks는 이러한 지연을 최소화하기 위해 여러 기술을 사용합니다. 저희는 과거 트래픽 패턴과 예약된 이벤트를 활용하여 예상 수요가 발생하기 전에 리소스를 미리 준비하는 예측 스케일링을 구현하고, 지연 시간에 민감한 워크로드를 위해 컨테이너 이미지 사전 풀링 및 웜 풀 예약을 사용합니다. 콜드 스타트를 전혀 허용할 수 없는 애플리케이션의 경우, 수요가 발생하면 즉시 공격적으로 확장되는 최소한의 웜 베이스라인을 유지합니다.

MicrocosmWorks는 큐 깊이, CPU 사용률 또는 커스텀 애플리케이션 지표에 의해 트리거되는 공격적인 스케일업 정책과, 쓰레싱을 방지하기 위한 쿨다운 기간을 포함하는 더 점진적인 스케일다운 정책을 결합한 반응형 오토스케일링을 구현합니다. 우리는 스케일업 이벤트 동안 초과 프로비저닝 버퍼를 구성하여, 시스템이 한 번에 하나의 인스턴스씩 수요를 쫓기보다는 지속적인 성장을 예상하도록 합니다. 플래시 세일이나 바이럴 이벤트와 같이 정말 예측 불가능한 스파이크의 경우, 마케팅 또는 운영 캘린더의 이벤트 기반 트리거를 사용하여 용량을 사전 프로비저닝합니다.

MicrocosmWorks는 유휴 기간 동안 컴퓨팅을 0으로 스케일링하고 스토리지는 영구적이고 즉시 사용 가능하게 유지하는 Aurora Serverless, Neon 또는 PlanetScale과 같은 서버리스 데이터베이스 오퍼링을 사용하여 데이터베이스에 온오프 스케일링을 적용합니다. 서버리스 데이터베이스를 사용할 수 없는 상태 저장 워크로드의 경우, 쿼리 부하에 따라 복제본을 추가하고 제거하면서 최소한의 기본 인스턴스는 항상 실행 상태로 유지하는 읽기 복제본 스케일링을 구현합니다. 이 하이브리드 접근 방식은 종료 및 재시작 주기 동안 데이터베이스 상태를 관리하는 복잡성 없이 클라이언트에게 데이터 티어 스케일링의 비용 이점을 제공합니다.

MicrocosmWorks는 Grafana 또는 Datadog 대시보드를 사용하여 인스턴스 수, 스케일링 이벤트 지연 시간, 실패한 스케일링 시도, 그리고 원하는 용량과 실제 용량 간의 격차를 실시간으로 추적하는 포괄적인 스케일링 관측성(observability)을 배포합니다. 저희는 스케일링 실패, 스케일링 상한선이 너무 낮음을 시사하는 지속적인 높은 활용률, 그리고 폭주 스케일링(runaway scaling)을 나타내는 비용 이상(anomaly)에 대해 다중 채널 알림을 구성합니다. 저희 런북(runbook)에는 클라우드 공급업체 인스턴스 제한 도달 또는 특정 가용성 영역(availability zone)에서 용량 부족 오류 발생과 같은 일반적인 실패 모드에 대한 자동화된 문제 해결 기능이 포함되어 있습니다.

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우리의 아키텍트들은 특정 요구 사항에 맞게 이 패턴을 사용하여 시스템을 설계하고 구축하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.

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온-오프 스케일링 아키텍처는 웜/콜드 풀링, 작업 큐 기반 프로비저닝, 자동 해체를 통해 컴퓨팅 리소스를 관리합니다. 웜 풀은 즉시 사용할 수 있도록 미리 초기화된 소수의 인스턴스를 유지합니다. 콜드 풀은 수요가 웜 풀을 초과할 때 Spot/Preemptible 인스턴스에서 추가 용량을 프로비저닝합니다. 작업 오케스트레이터는 사용 가능한 인스턴스로 작업을 라우팅하고, 진행 상황을 모니터링하며, Spot 강제 종료 시 재시도를 처리하고, 큐가 비워지면 스케일 다운을 트리거합니다. 이 패턴은 콜드 스타트(컨테이너 풀 + 모델 로딩)가 3-10분 걸릴 수 있는 GPU 워크로드에 특히 중요합니다.

참조 아키텍처

이 시스템은 들어오는 작업 요청을 버퍼링하는 작업 큐(SQS, Redis 또는 사용자 지정)를 중심으로 합니다. 스케일링 컨트롤러는 큐 깊이를 모니터링하고 웜 풀에서 먼저 인스턴스를 프로비저닝한 다음 콜드 풀(Spot 인스턴스)에서 프로비저닝합니다. 각 워커 인스턴스는 큐에서 작업을 가져와 워크로드(인코딩, 훈련, 추론)를 실행하고 완료를 보고하며 풀로 돌아가거나 종료됩니다. 체크포인트 관리자는 중간 상태를 S3에 저장하여 Spot 강제 종료를 처리하고, 작업이 처음부터 다시 시작하지 않고 다른 인스턴스에서 재개될 수 있도록 합니다.

핵심 구성 요소
  • 작업 큐 및 스케줄러: 작업 유형별로 구성 가능한 동시성 제한이 있는 우선순위 작업 큐. 지연 실행, 실패한 작업을 위한 데드-레터 큐, 우선순위 레인(익스프레스 작업은 웜 풀 인스턴스를 사용하고, 표준 작업은 콜드 풀을 사용)을 지원합니다. 복잡한 워크플로를 위한 AWS SQS, Redis의 BullMQ 또는 Temporal
  • 웜 풀 관리자: GPU 메모리에 모델이 로드되고, 컨테이너가 실행되며, 상태 검사를 통과한 N개의 미리 초기화된 인스턴스를 유지합니다. 인스턴스는 유휴 → 할당됨 → 처리 중 → 유휴 상태로 순환됩니다. 풀 크기는 시간대별로(업무 시간 중에는 더 크게, 밤에는 더 작게) 구성 가능하며 기록적인 수요 패턴에 따라 조정 가능합니다
  • 콜드 풀 프로비저너: Spot 인스턴스(AWS), Preemptible VM(GCP), 또는 Serverless GPU 제공업체(RunPod, Modal, Salad)로부터 추가 용량을 프로비저닝합니다. Spot 중단 알림을 처리하여 작업을 사용 가능한 인스턴스로 마이그레이션합니다. Spot 가용성을 최대화하기 위해 다양한 인스턴스 유형 전략(다수의 GPU 유형, 다수의 AZ)을 사용합니다.
  • 체크포인트 및 복구: 장기 실행 작업(ML 훈련, 대규모 비디오 인코딩)의 경우, 주기적인 체크포인팅은 중간 상태를 S3에 저장합니다. Spot 강제 종료 시, 작업은 다시 큐에 추가되고 마지막 체크포인트부터 재개됩니다. 짧은 작업(10분 미만)의 경우 체크포인팅 비용이 재시작 비용을 초과하므로 이러한 작업은 처음부터 다시 시도합니다.

설계 결정 및 절충점

웜 풀 크기
웜 풀은 비용(유휴 인스턴스에 대한 비용 지불)과 지연 시간(첫 번째 작업에 대한 콜드 스타트 시간) 사이의 절충점입니다. MW는 큐 도착 패턴에 따라 웜 풀 크기를 조정합니다. 작업이 업무 시간 동안 지속적으로 도착하는 경우 웜 풀이 평균 처리량을 담당하고, 콜드 풀이 피크를 담당합니다. 작업이 예측 불가능한 버스트로 도착하는 경우, 우리는 더 작은 웜 풀을 유지하고 콜드 풀이 프로비저닝되는 동안 첫 번째 버스트 작업에 대한 콜드 스타트 지연 시간을 감수합니다.
Spot 인스턴스 대 Serverless GPU (RunPod/Modal)
Spot 인스턴스는 시간당 비용이 저렴하지만 프로비저닝, 강제 종료 처리 및 인스턴스 라이프사이클을 직접 관리해야 합니다. Serverless GPU 제공업체(RunPod Serverless, Modal, Banana)는 프로비저닝을 처리하고 초당 과금을 제공하지만 컴퓨팅 초당 요금이 더 높습니다. MW는 예측 가능하고 장기 실행되는 워크로드(30분 초과)에는 Spot 인스턴스를 사용하고, 프로비저닝 오버헤드가 더 큰 짧고 버스티한 작업(10분 미만)에는 Serverless GPU를 사용합니다.
스케일 다운 공격성
너무 빨리 스케일 다운하면 다음 작업이 도착할 때 콜드 스타트 페널티를 지불하게 됩니다. 너무 느리게 스케일 다운하면 유휴 인스턴스에 비용을 지불하게 됩니다. MW는 "감쇠를 통한 쿨다운" 전략을 구현합니다. 큐가 비워진 후 인스턴스는 구성 가능한 기간(기본값: 10분) 동안 웜 상태를 유지합니다. 새 작업이 도착하지 않으면 인스턴스는 점진적으로 스케일 다운됩니다(10분 후 50%, 30분 후 나머지). 쿨다운 기간은 조정 가능하며 도착 간격 시간 통계에 따라 자동 조정됩니다.
GPU 모델 로딩 최적화
ML 추론의 경우, 콜드 스타트 병목 현상은 종종 컨테이너 시작이 아니라 모델 로딩(S3에서 다운로드 + GPU 메모리로 로딩)입니다. MW는 다음을 통해 이를 최적화합니다. (a) 모델을 컨테이너 이미지에 미리 포함(소규모 모델의 경우), (b) 모델 캐싱을 통해 인스턴스 간 공유 NVMe 스토리지 사용(대규모 모델의 경우), (c) 모델이 GPU 메모리에 미리 로드된 웜 풀 인스턴스 유지.

기술 선택

계층기술
컴퓨팅AWS EC2 Spot (G5/P4), GCP Preemptible (A2/L4), RunPod Serverless, Modal
오케스트레이션Kubernetes (오토스케일링을 위한 Karpenter), AWS Batch, 사용자 지정 작업 오케스트레이터
작업 큐AWS SQS, BullMQ (Redis), Temporal, Celery
스토리지S3 (체크포인트, 모델 아티팩트), NVMe (모델 캐시), EFS (공유 작업 공간)
모니터링CloudWatch/Prometheus (큐 깊이, 인스턴스 활용률, 작업 지연 시간), 사용자 지정 비용 대시보드

사용 시점 / 피해야 할 시점

사용 시점피해야 할 시점
워크로드가 버스티한 경우 — 피크 수요가 평균 수요의 5배 이상트래픽이 꾸준하고 예측 가능한 경우 — 적절한 크기의 Reserved Instances가 더 저렴
유휴 상태일 때 비용이 많이 드는 GPU/고성능 컴퓨팅 작업워크로드가 Serverless (Lambda)에 적합한 경량 CPU 처리인 경우
콜드 풀 프로비저닝을 위해 1-5분 콜드 스타트를 허용할 수 있는 작업초미만 작업 시작 지연 시간이 필요한 경우 — 상시 가동 인프라가 필요합니다
비용 최적화가 주요 관심사이며 Spot 가격 책정이 60-90% 절감 효과를 제공하는 경우Spot 중단이 체크포인팅으로 완화할 수 없는 데이터 손실을 유발할 수 있는 경우

우리의 접근 방식

MW는 "작업당 비용" 관점에서 온-오프 스케일링을 설계합니다. 우리는 다양한 스케일링 전략에 걸쳐 한 단위의 작업(하나의 비디오, 한 번의 훈련 실행, 한 번의 배치 추론)을 처리하는 총 비용을 모델링하고, 필요한 지연 시간 SLA에서 비용을 최소화하는 전략을 선택합니다. 우리의 구현에는 작업당 비용, 인프라 활용률, Spot 절감액을 보여주는 실시간 비용 대시보드가 포함됩니다. 우리는 Reserved Instances에 비해 비디오 처리 비용을 70% 절감한 온-오프 GPU 인프라와, 4시간 훈련 실행을 위해 64개의 GPU를 프로비저닝하고 자동으로 해제하는 ML 훈련 클러스터를 구축했습니다.

관련 청사진

  • AI 워크로드를 위한 GPU 클러스터 오케스트레이션 — ML 훈련을 위한 GPU 프로비저닝 및 오케스트레이션
  • 실시간 AI 비디오 감시 시스템 — 비디오 분석 이벤트를 위한 버스트 추론
  • 라이브 스포츠 하이라이트 생성기 — 버스트 컴퓨팅을 사용한 이벤트 기반 비디오 처리

관련 사례 연구

  • 온-오프 패턴 비디오 처리 — 비디오 인코딩 워크로드를 위한 웜/콜드 풀을 사용한 GPU 프로비저닝
  • 비디오 인코딩 플랫폼 — 오토스케일링되는 워커 풀을 사용한 서버리스 및 Spot 기반 인코딩
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보안 우선 아키텍처

보안은 출시 후 추가하는 기능이 아닙니다. 그것은 아키텍처의 속성입니다 — 시스템이 보안을 위해 설계되었거나 그렇지 않거나.

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서버리스-퍼스트 아키텍처

사용한 만큼만 비용을 지불하고, 사용하지 않을 때는 0으로 스케일링하며, 서버 관리를 완전히 중단하세요 — 하지만 경제성이 더 이상 통하지 않는 시점은 알아두십시오.

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