NS
NEWSAINT
ai-eng• 9 MIN READ•2 September 2026

DualPath: Memecahkan Storage Bandwidth Bottleneck pada Agentic Multi-Turn LLM Inference 2026

Menganalisis arsitektur DualPath (Peking University & DeepSeek-AI) yang memecahkan bottleneck storage I/O bandwidth pada pemuatan KV-Cache untuk inferensi AI Agent multi-turn dengan peningkatan throughput serving hingga 1.96x.

N
NEWSAINT Editorial Team
Systems Architecture & AI Engineering
Fact-Checked & Verified
DualPath KV-Cache Storage Bandwidth Architecture 2026

Dalam lanskap rekayasa kecerdasan buatan 2026, paradigma pemanfaatan Large Language Models (LLM) telah bergeser secara fundamental: dari sistem interaksi single-turn chatbot menjadi sistem otonom berbasis agent (agentic LLM systems). Agen otonom modern beroperasi dalam sesi interaksi multi-langkah berhorizon panjang, mengeksekusi puluhan hingga ratusan panggilan alat (tool calls), inspeksi browser, dan perbaikan kode. Konteks yang terakumulasi secara masif ini mengubah profil beban komputasi AI: inferensi tidak lagi didominasi oleh beban kalkulasi FLOPS, melainkan tertahan oleh Storage I/O Bottleneck pada pemuatan Key-Value Cache (KV-Cache).

Executive Architectural Summary & Core Finding

Pada arsitektur Prefill-Decoding Disaggregated (PD-disaggregated) konvensional, seluruh KV-Cache historis dimuat secara eksklusif oleh Prefill Engines (PE) langsung dari remote distributed storage. Hal ini memicu ketimpangan asimetris parah: Storage NIC pada Prefill Engines mengalami saturasi bandwidth 100%, sementara antarmuka jaringan storage pada Decoding Engines (DE) menganggur (idle). Riset terobosan DualPath (arXiv:2602.21548, 2026) dari peneliti Peking University, Tsinghua University, dan DeepSeek-AI memecahkan kemacetan ini melalui arsitektur dual-path KV-Cache loading. Memanfaatkan bandwidth remote storage milik Decoding Engine yang menganggur lalu mentransfernya ke Prefill Engine via RDMA over compute network meningkatkan throughput inferensi offline hingga 1.87x dan throughput serving online sebesar 1.96x tanpa melanggar SLO (Service Level Objective).

1. Anomali Beban Kerja Agentic: Mengapa KV-Cache Menjadi I/O Bound

Beban kerja inferensi agentic memiliki karakteristik yang sangat kontras jika dibandingkan dengan percakapan chat konvensional:

  • Multi-Turn, Short-Append Trajectory: Pada setiap langkah pengambilan keputusan (misal: eksekusi perintah terminal atau inspeksi DOM), agen hanya menambahkan beberapa ratus token observasi baru, namun membawa puluhan ribu token riwayat percakapan sebelumnya.
  • Ekstremnya Rasio KV-Cache Hit (≥ 95%): Karena konteks masa lalu bersifat deterministik, sistem inferensi modern memanfaatkan Prefix Caching. Prefill engine tidak menghitung ulang seluruh token dari awal, melainkan memuat blok KV-Cache yang sudah dihitung dari storage terdistribusi (seperti 3FS).
  • Pergeseran dari Compute-Bound ke Storage-Bandwidth-Bound: Waktu prefill untuk prompt baru kini didominasi oleh waktu yang dibutuhkan kartu jaringan (NIC) untuk membaca tensor KV-Cache dari remote disk, bukan waktu komputasi GPU Tensor Core.
Diagram Arsitektur DualPath KV-Cache Loading pada Disaggregated LLM Serving 2026
Diagram 1.0: DualPath Asymmetric KV-Cache Offloading & RDMA Cross-Engine Interconnect RESEARCH ARTIFACT

2. Asimetri Jaringan pada Arsitektur Prefill-Decoding Disaggregated

Untuk memaksimalkan efisiensi perangkat keras, industri komputasi AI memisahkan kluster menjadi dua entitas terpisah:

Komponen Cluster Karakteristik Komputasi Pola Utilisasi Storage NIC Status Bottleneck
Prefill Engine (PE) Compute-intensive (Batch Gemm) 100% Saturation (Membaca KV riwayat) Critical Bottleneck
Decoding Engine (DE) Memory-bandwidth-intensive (Token-by-token) ≤ 5% Saturation (Hanya flush token baru) Underutilized NIC Capacity

Karena decoding engine menghasilkan token satu per satu, konsumsi bandwidth storage untuk menyimpan KV-Cache baru sangat kecil (hanya beberapa megabyte per detik per node). Sebaliknya, prefill engine harus menarik gigabyte tensor KV-Cache dalam hitungan milidetik agar TTFT (Time-to-First-Token) tetap rendah. Inilah ketimpangan fundamental yang diselesaikan oleh DualPath.

3. Arsitektur DualPath: Dual-Path Loading & Global Load Scheduler

Alih-alih memaksa seluruh pembacaan KV-Cache melewati antarmuka storage PE, DualPath membuka jalur sekunder:

  1. Storage-to-Decode Path: KV-Cache dari distributed storage (3FS/Lustre) dibaca oleh Decoding Engines yang memiliki bandwidth storage NIC melimpah.
  2. Zero-Copy RDMA Forwarding: DE langsung mentransfer blok KV-Cache ke PE menggunakan Compute Network (RDMA over Converged Ethernet / InfiniBand). Karena compute network pada kluster AI umumnya memiliki bandwidth jauh lebih masif (400Gbps - 800Gbps per GPU), transfer ini tidak menimbulkan kemacetan.
  3. Interference-Free Execution: DualPath menjadwalkan transfer RDMA di sela-sela iterasi decoding langkah model, memastikan transfer KV-Cache tidak menginterupsi latensi kritis pembuatan token real-time.
  4. Full-Block & Layer-Block Storage Layout: Menggunakan struktur Trie terdistribusi dengan format blok terpadu sehingga memory conversion tidak memerlukan overhead rekonstruksi CPU/GPU tambahan.

Implementasi Type-Safe: DualPath Routing Engine

Berikut adalah spesifikasi abstraksi dispatcher DualPath yang mengevaluasi utilisasi jaringan cluster secara dinamis:

typescript / dualpath-engine.ts PRODUCTION DISPATCHER
// DualPath Dynamic KV-Cache Load Balancing & Asymmetric Route Dispatcher
export interface InferenceSessionContext {
  sessionId: string;
  turnId: number;
  kvCacheBlockIds: string[];
  totalTokens: number;
  prefillEngineBandwidthUtilization: number; // 0.0 - 1.0
  decodeEngineStorageNicIdleRate: number;    // 0.0 - 1.0
}

export interface DualPathRoutingDecision {
  route: 'DIRECT_STORAGE_TO_PREFILL' | 'DUALPATH_STORAGE_TO_DECODE_RDMA';
  estimatedTransferLatencyMs: number;
  targetDecodeNode?: string;
  rdmaChannelAllocated: boolean;
}

export class DualPathDispatcher {
  private peBandwidthThreshold = 0.85; // Ambang batas saturasi NIC Prefill

  // Evaluasi jalur pemuatan KV-Cache berdasarkan kondisi beban storage I/O real-time
  public evaluateOptimalRoute(context: InferenceSessionContext): DualPathRoutingDecision {
    const isPrefillSaturated = context.prefillEngineBandwidthUtilization > this.peBandwidthThreshold;
    const hasDecodeCapacity = context.decodeEngineStorageNicIdleRate > 0.40;

    // Jika Prefill NIC jenuh namun Decoding NIC menganggur, alihkan I/O ke jalur Decode + RDMA
    if (isPrefillSaturated && hasDecodeCapacity) {
      return {
        route: 'DUALPATH_STORAGE_TO_DECODE_RDMA',
        estimatedTransferLatencyMs: (context.totalTokens * 0.0012) + 0.45, // Zero-copy RDMA compute network
        targetDecodeNode: `de-node-${Math.floor(Math.random() * 8)}`,
        rdmaChannelAllocated: true,
      };
    }

    // Default fallback: Pemuatan langsung Storage-to-Prefill konvensional
    return {
      route: 'DIRECT_STORAGE_TO_PREFILL',
      estimatedTransferLatencyMs: context.totalTokens * 0.0038, // Terkendala bottleneck storage NIC
      rdmaChannelAllocated: false,
    };
  }
}

4. Evaluasi Kinerja & Hasil Benchmark Empiris

Dalam pengujian ekstensif menggunakan model frontier berskala besar (DeepSeek-V3, Qwen-2.5-72B, dan Qwen-32B) pada kluster produksi dengan ribuan sesi agen otonom:

1.87x
Offline Throughput
Peningkatan throughput throughput pemrosesan batch agentic offline tanpa penambahan node GPU.
1.96x
Online Serving Throughput
Peningkatan kapasitas melayani concurrent agent session simultan di bawah batas ketat P99 SLO.
0%
SLO Violations
Zero-interference RDMA menjamin time-per-output-token (TPOT) pada decoding engine tetap stabil.

5. Implikasi bagi Infrastruktur AI Enterprise Masa Depan

Peralihan menuju era autonomous agent menuntut rekayasa ulang pada lapisan inferensi sistem. Mengasumsikan bahwa performa LLM semata-mata ditentukan oleh jumlah FLOPs GPU adalah kekeliruan besar pada beban kerja interaktif multi-turn. Arsitektur DualPath membuktikan bahwa orkestrasi asimetris antara storage NIC dan compute RDMA mampu melipatgandakan kapasitas serving tanpa memerlukan belanja modal (CapEx) perangkat keras komputasi baru.

Butuh Arsitektur Web & AI Berkualitas Tinggi?

Tim engineering NEWSAINT siap membantu merancang website berkecepatan tinggi, sistem AI autonomous, dan solusi SaaS terukur untuk bisnis Anda.

Artikel Terkait Lainnya

Ilustrasi Arsitektur Teknis 16:9 Bellman Language Models (arXiv:2610.24871): Discretize-Then-Decide, Eliminasi Redundant LLM Invocations hingga 98%, dan Optimal Control pada Agentic Workflows

Bellman Language Models (arXiv:2610.24871): Discretize-Then-Decide, Eliminasi Redundant LLM Invocations hingga 98%, dan Optimal Control pada Agentic Workflows

Analisis arsitektur sistemik riset frontier arXiv:2610.24871 (Adarsh Vatsa & William Eiers): Mengapa workflow agen otonom terus-menerus memboroskan komputasi untuk mendeduksi ulang keputusan yang berulang pada setiap turn? Memperkenalkan Bellman Language Models (BLM) dan paradigma "Discretize, Then Decide" yang memodelkan interaksi agen sebagai Markov Decision Process (MDP) diskret dan menyelesaikannya via persamaan optimalitas Bellman. Pada benchmark tau^2-bench telecom, controller mandiri tanpa model LLM mampu menyelesaikan 79% tugas; dipasangkan dengan Qwen3.8-27B, akurasi melonjak dari 29% menjadi 96% dengan pemangkasan 93% panggilan model; serta memangkas 98% biaya Claude Opus 5.5. Artikel ini membedah teori saturasi ruang keputusan, formulasi Bellman controller, batasan pada open synthesis, dan implementasi TypeScript produksi.

Ilustrasi Arsitektur Teknis 16:9 Acceptance Is Not Speed (arXiv:2610.23818): Ilusi Akselerasi Lossy Speculative Decoding, Mengapa Relaxed Sampling Memperpanjang Reasoning Trace 1.54x, dan Solusi Length-Corrected Verification

Acceptance Is Not Speed (arXiv:2610.23818): Ilusi Akselerasi Lossy Speculative Decoding, Mengapa Relaxed Sampling Memperpanjang Reasoning Trace 1.54x, dan Solusi Length-Corrected Verification

Investigasi empiris komprehensif arXiv:2610.23818 (Chiatzen Wang, Bill Xu, Haochen Gu, Hongyang Zhang — University of Waterloo): Mengapa peningkatan rasio penerimaan token (accepted length) pada lossy speculative decoding gagal menghasilkan akselerasi wall-clock? Evaluasi 360 konfigurasi lintas 12 pasangan target-drafter (GPT-OSS-20B, Qwen3-8B, Llama-3.1-8B dengan EAGLE-3, DSpark, dan standalone drafter) membuktikan fenomena sistemik "Length Inflation": relaksasi verifikasi menerima token probabilitas rendah yang mendeformasi lintasan penalaran, menyebabkan model berpikir 1.54x lebih panjang (bahkan 3.3x pada EAGLE-3). Lebih dari 90% token ekstra terbuang di dalam reasoning trace (<think>), memicu kehabisan token budget pada AIME24 dan evaluasi redundan pada GSM8K. Artikel ini membedah taksonomi 5 metode lossy (CACTUS, Mentored Decoding, rFSD, Speculative Cascades), batas matematis net-win, serta implementasi TypeScript Length-Corrected Speculative Harness.

Ilustrasi Arsitektur Teknis 16:9 DLite (arXiv:2610.23787): History-Free Speculative Decoding untuk Agentic AI, Eliminasi Draft KV Cache, dan Akselerasi 2.74x pada SWE-bench

DLite (arXiv:2610.23787): History-Free Speculative Decoding untuk Agentic AI, Eliminasi Draft KV Cache, dan Akselerasi 2.74x pada SWE-bench

Bedah arsitektur dan evaluasi empiris riset frontier arXiv:2610.23787 (Jiaming Xu, Guohao Dai et al. — SJTU, Tsinghua, Shanghai Innovation Institute): Mengapa metode speculative decoding konvensional seperti EAGLE-3, DFlash, dan DSpark mengalami degradasi acceptance length hingga 80% pada beban kerja agen otonom? DLite memperkenalkan paradigma History-Free Speculative Decoding yang sepenuhnya mengeliminasi draft KV cache, menggunakan parallel backbone berbasis reuse hidden state target model dengan learnable depth embeddings, lightweight low-rank RNN sequential head di ruang representasi tersembunyi, serta two-stage distillation training (isomorphic teacher warm-up dan total variation alignment). Evaluasi pada Qwen3-4B dan Qwen3-8B via SGLang membuktikan lonjakan acceptance length hingga 3.19 token dan akselerasi end-to-end 2.74x pada SWE-bench tanpa kehilangan kualitas generasi.