Решения

Аудио‑эмбеддинги на GPU: поиск и классификация

Задача страницы. Инженерный гид по построению сервисов эмбеддингов аудио: извлечение признаков (speech/music/events), поиск по сходству, дедупликация, классификация и модерация, семантический матчинг «аудио↔аудио» и «аудио↔метаданные». Дадим пайплайны для real‑time и батчей, таблицу sizing по профилям 24/48/80 ГБ, конфиги (Docker/K8s/YAML), метрики качества (recall@k/mAP) и экономику. Предполагается локальный NVMe‑кэш, режимы On‑Demand и Interruptible, контейнеризация и стриминг (SSE/WebSocket) при необходимости.

TL;DR

  • Режимы:
    On‑Demand — низкая латентность для интерактива/онлайн‑поиска;
    Interruptible — массовая экстракция/индексация аудио‑архивов (чанк ≤ 120 с, ретраи, merge).
  • Пайплайн: Resample→Фрейминг→Эмбеддер (GPU)→Нормализация→Индекс (GPU‑векторная БД)→Поиск/Классификация→Пост‑процесс.
  • Модели/классы задач: универсальные аудио‑эмбеддеры, спикер‑эмбеддинги, музыкальные/акустические сцены, аудио‑ивенты.
  • Ключевые метрики: RTF_embed, p50/p95 латентности поиска, recall@k, mAP, NDCG, duplicates‑found rate.
  • Экономика: Cost_per_1M_queries ≈ c_gpu × (1e6 × t_query / 3600) / U; хранение: Mem ≈ N × dim × bytes. См. https://cloudcompute.ru/solutions/cost-planner/https://cloudcompute.ru/solutions/throughput-vs-latency/
  • Тюнинг: FP16/BF16 для модели, INT8/PQ для индекса, pinned/zero‑copy, батч‑инференс, GPU‑индексы (IVF/HNSW/Flat). См. https://cloudcompute.ru/solutions/performance-tuning/https://cloudcompute.ru/solutions/fp8-bf16/
  • Наблюдаемость: p95 поиска, hit‑rate кэша, дрифт эмбеддингов, стабильность recall@k по контрольному корпусу. См. https://cloudcompute.ru/solutions/monitoring-logging/https://cloudcompute.ru/solutions/llm-inference/observability/

Сценарии (когда это нужно)

  • Поиск по сходству/дедупликация: найти «похожие звуки», версии трека/дубль записи, выявить плагины/перезапуски.
  • Классификация и маршрутизация: жанры, сцены (улица/офис/транспорт), безопасность контента, VAD‑сигналы для ASR.
  • Семантическая навигация: фильтр и ранжирование музыкальных/аудио‑каталогов, поиск по референсу (query‑by‑example).
  • Онлайн‑подсказки: контекстные рекомендации в редакторах/DAW/студиях.
  • Сложные пайплайны: предварительная очистка звука → эмбеддинги → ASR/TTS/VC/демикс. См. https://cloudcompute.ru/solutions/speech-enhancement/, https://cloudcompute.ru/solutions/asr-whisper/, https://cloudcompute.ru/solutions/music-ml/

Архитектуры и пайплайны

1) Real‑time поиск (низкая латентность)

				
					Audio In (Mic/Stream)
  └─> Resample (16–48 kHz, mono/stereo)
       └─> Framing (e.g., 0.96 s hop 0.48 s)
            └─> GPU: Embedder (FP16/BF16)
                 └─> Normalize (L2)
                      └─> GPU Vector Index (Flat/HNSW/IVF)
                           └─> Top‑K + Rerank (опц.)
                                └─> Results (JSON)


				
			

Особенности: TTFA 100–300 мс, буфер 200–500 мс, backpressure. Для интерактива — Flat/HNSW с умеренным efSearch; для больших корпусов — IVF/HNSW‑IVF.

2) Батч‑ингест и индексация (Interruptible)

				
					Object Storage ─┬─> Sharder (≤120 s, overlap 0.2–0.5 s)
                 ├─> N x GPU Embedding Workers (batch inference)
                 ├─> Quantize (FP16→INT8/PQ)
                 └─> GPU Index Build (IVF/HNSW)
                      └─> Persist Index + Metadata (NVMe/Object Storage)
				
			

Особенности: ретраи/идемпотентность, версионирование индексов, горячие/тёплые/холодные слои. См. https://cloudcompute.ru/solutions/storage-data/

3) Классификация (эмбеддинг→логистик/малый MLP)

				
					Embed (GPU) ─> Feature Store (NVMe) ─> Classifier Head (CPU/GPU) ─> Labels + Confidence

				
			

GPU‑профили и ориентиры

Диапазоны для одновременных real‑time запросов при U≈0.7, укрупнённо для универсальных эмбеддеров. Для батчей масштабируйте по «Экономике».

Профиль GPU

Память

Типичные стеки

Real‑time запросы/сек*

Батч‑эмбеддинги/сек**

Комментарии

24 ГБ (Compact)

24 ГБ

Универсальный аудио‑эмбеддер FP16 + HNSW

50–150

300–800

Лёгкие модели, средние индексы (до десятков млн).

48 ГБ (Balanced)

48 ГБ

Эмбеддер FP16 + IVF‑GPU/HNSW‑GPU

150–300

800–1600

Баланс скорости и размера индекса.

80 ГБ (HQ)

80 ГБ

Усиленные эмбеддеры + крупные индексы

300–600

1600–3000

Крупные каталоги/мульти‑тенант.

* Зависит от длины окна/хопа, частоты, пред‑процесса, конфигурации индекса.
** Оценка при батч‑размере 64–256 и NVMe‑кэше.

Память индекса (оценки)

Для 1 млн векторов:

Dim

FP32 (GiB)

FP16 (GiB)

128

≈ 0.477

≈ 0.238

256

≈ 0.954

≈ 0.477

768

≈ 2.861

≈ 1.431

GiB = bytes / 2^30, bytes = N × dim × bytes_per_component.
INT8/PQ дополнительно уменьшают память, с возможной потерей точности (следите за recall@k).

Конфиги и скелеты кода

Docker Compose (real‑time сервис + batch‑ингест + index‑builder)

				
					version: "3.9"

x-common-env: &env
  MODELS_DIR: /models
  CACHE_DIR: /var/cache/aemb
  SAMPLE_RATE: "32000"
  WINDOW_S: "0.96"
  HOP_S: "0.48"
  EMBED_PRECISION: "fp16"         # bf16|fp16
  INDEX_TYPE: "ivf_flat"          # flat|hnsw|ivf_flat|ivf_pq
  INDEX_PARTS: "8"                # для IVF
  EFSEARCH: "128"                 # для HNSW
  TOPK: "20"

services:
  aemb-realtime:
    image: cloudcompute/audio-embeddings:latest
    environment:
      <<: *env
      SERVICE_MODE: "realtime"
    deploy:
      resources:
        reservations:
          devices: [{ capabilities: ["gpu"] }]
    ports: ["8050:8050"]
    volumes:
      - /nvme/models:/models
      - /nvme/aemb-cache:/var/cache/aemb
      - /nvme/index:/index
    command: ["python", "serve_rt.py", "--host=0.0.0.0", "--port=8050", "--index=/index/main"]

  aemb-batch:
    image: cloudcompute/audio-embeddings:latest
    environment:
      <<: *env
      SERVICE_MODE: "batch"
      MAX_CHUNK_SECONDS: "120"
      OVERLAP_SECONDS: "0.3"
    deploy:
      resources:
        reservations:
          devices: [{ capabilities: ["gpu"] }]
    volumes:
      - /nvme/models:/models
      - /nvme/aemb-cache:/var/cache/aemb
      - /mnt/audio:/data/in
      - /nvme/emb:/data/emb
    command: ["python", "run_batch.py", "--input=/data/in", "--output=/data/emb"]

  index-builder:
    image: cloudcompute/vector-index:latest
    environment:
      INDEX_TYPE: "ivf_flat"
      INDEX_PARTS: "8"
      PQ_M: "16"
      PQ_BITS: "8"
    volumes:
      - /nvme/emb:/data/emb
      - /nvme/index:/index
    command: ["python", "build_index.py", "--emb=/data/emb", "--out=/index/main"]


				
			

K8s (скелет, 1 GPU/под)

				
					apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: aemb-realtime
spec:
  replicas: 2
  selector: { matchLabels: { app: aemb-realtime } }
  template:
    metadata:
      labels: { app: aemb-realtime }
    spec:
      containers:
        - name: aemb
          image: cloudcompute/audio-embeddings:latest
          ports: [{ containerPort: 8050 }]
          env:
            - { name: EMBED_PRECISION, value: "fp16" }
            - { name: INDEX_TYPE, value: "ivf_flat" }
            - { name: TOPK, value: "20" }
          volumeMounts:
            - { name: models, mountPath: /models }
            - { name: cache,  mountPath: /var/cache/aemb }
            - { name: index,  mountPath: /index }
          resources:
            limits:
              nvidia.com/gpu: 1
              memory: "24Gi"
              cpu: "4"
      volumes:
        - name: models
          hostPath: { path: /nvme/models }
        - name: cache
          hostPath: { path: /nvme/aemb-cache }
        - name: index
          hostPath: { path: /nvme/index }


				
			

Конфиг пайплайна (YAML)

				
					pipeline:
  input:
    sample_rate: 32000
    channels: 1
    normalize: true
  framing:
    window_s: 0.96
    hop_s: 0.48
  embedder:
    model: "universal_audio_embedder_like"
    precision: "fp16"
    l2_normalize: true
    batch_size: 128
  index:
    type: "ivf_flat"     # flat|hnsw|ivf_flat|ivf_pq
    parts: 8
    ef_search: 128
    topk: 20
  output:
    return: [neighbors, distances, classes]


				
			

FastAPI: извлечение эмбеддинга и топ‑K поиск

				
					from fastapi import FastAPI, Body
import numpy as np, base64, json

app = FastAPI()

# Заглушки: embed_gpu, search_gpu, load_audio
def embed_gpu(x_32khz_mono_fp32) -> np.ndarray:
    # Возвращает L2-нормированный вектор shape [dim]
    ...

def search_gpu(vec, topk=20):
    # Возвращает (ids, distances) из GPU-индекса
    ...

@app.post("/embed")
def embed_endpoint(payload: dict = Body(...)):
    audio = base64.b64decode(payload["audio_b64"])
    x = load_audio(audio, sr=32000)        # mono fp32
    v = embed_gpu(x).astype("float16")     # экономия канала
    return {"dim": int(v.shape[0]),
            "embedding_b64": base64.b64encode(v.tobytes()).decode("ascii")}

@app.post("/search")
def search_endpoint(payload: dict = Body(...)):
    v = np.frombuffer(base64.b64decode(payload["embedding_b64"]), dtype=np.float16).astype(np.float32)
    ids, dists = search_gpu(v, topk=int(payload.get("topk", 20)))
    return {"ids": ids[:], "distances": dists[:]}


				
			

Batch‑ингест и построение индекса (псевдокод)

				
					from pathlib import Path
import numpy as np

def ingest_dir(in_dir, out_dir):
    out = Path(out_dir); out.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
    for wav in Path(in_dir).glob("**/*.wav"):
        x = load_audio_file(wav, sr=32000)
        v = embed_gpu(x)                    # fp32
        (out / (wav.stem + ".npy")).write_bytes(v.tobytes())

def build_ivf_index(emb_dir, parts=8):
    vecs, ids = [], []
    for npy in Path(emb_dir).glob("*.npy"):
        v = np.fromfile(npy, dtype=np.float32)
        vecs.append(v); ids.append(hash(npy.name))
    V = np.stack(vecs)                      # [N, dim]
    index = ivf_train_gpu(V, nlist=parts)   # обучить к‑средних на GPU
    index = ivf_add_gpu(index, V, ids)      # добавить вектора
    save_index(index, "/index/main")


				
			

Наблюдаемость/метрики/алерты

Latency/Perf:

  • aemb_ttfa_seconds{mode=rt} — время до первого ответа (p95 ≤ 0.3–0.5 с).
  • aemb_rtf_embedt_embed / t_audio (цель p95 ≤ 0.2 для онлайна).
  • aemb_query_latency_seconds{phase=ivf|hnsw|rerank} (p50/p95).
  • aemb_gpu_utilization, aemb_gpu_mem_peak_bytes, aemb_nvme_read_mb_s.

Quality:

  • aemb_recall_at_k, aemb_map, aemb_ndcg@k.
  • Дрифт: aemb_cosine_mean, aemb_cosine_std по контрольному корпусу.

Ops:

  • aemb_index_size_vectors, aemb_index_version, aemb_cache_hit_rate.
  • aemb_duplicate_rate (доля выявленных дублей).

Алерты (примеры):

  • aemb_query_latency_p95 > SLA — увеличить GPU‑пул, уменьшить efSearch/nprobe, включить шардирование.
  • aemb_recall_at_10 < target — увеличить efSearch/nprobe, ослабить квантование, пересобрать индекс.
  • gpu_mem_peak/HBM > 0.9 — уменьшить batch/размер индекса на под, применить PQ/шардинг.

См. https://cloudcompute.ru/solutions/monitoring-logging/https://cloudcompute.ru/solutions/llm-inference/observability/

Экономика и формулы

Обозначения: c_gpu — цена GPU/час, U — целевая загрузка, t_query — среднее время запроса, RTF_embed = t_embed / t_audio.

  • Хранение индекса:
    Mem_bytes = N × dim × bytes_per_component (без учёта метаданных/структур).
    Пример для N=1e6, dim=256, FP16: ≈ 0.477 GiB (см. таблицу выше).
  • Стоимость запросов:
    Cost_per_1M_queries ≈ (c_gpu × (1e6 × t_query) / 3600) / U.
  • Стоимость извлечения эмбеддингов (по аудио‑минутам):
    Cost_per_min_audio = (c_gpu × RTF_embed / U) / 60.
  • Время построения индекса (оценка):
    T_build ≈ (N / add_rate) + T_train (для IVF: обучение центроидов + добавление векторов).
    Экономится за счёт генерации эмбеддингов batch‑режимом и кэширования на NVMe.

См. также: https://cloudcompute.ru/solutions/cost-planner/https://cloudcompute.ru/solutions/throughput-vs-latency/

Безопасность/политики

  • PII/биометрия: трактуйте голосовые эмбеддинги как потенциально чувствительные; храните доступ по ролям, шифрование «на диске» и «в канале».
  • Минимизация данных: храните эмбеддинги и короткие метаданные, сырое аудио — по TTL; раздельные бакеты.
  • Версионирование: фиксируйте версию модели/нормализации/индекса в метаданных.
  • Аудит: логируйте операции поиска/извлечения без сохранения сырого аудио.
  • Изоляция: отдельные пулы GPU и индексы по тенантам.

Подробнее: https://cloudcompute.ru/solutions/security/https://cloudcompute.ru/solutions/storage-data/

Траблшутинг

Симптом

Возможная причина

Решение

Низкий recall@k

Сильное квантование/малый efSearch/nprobe

Ослабить квантование, поднять efSearch/nprobe, увеличить dim

Высокая латентность поиска

Слишком большой Top‑K/параметры индекса

Уменьшить Top‑K, подобрать nlist/M/efSearch, включить шардирование

Дрифт эмбеддингов

Смена версии модели/нормализации

Версионирование, переиндексация, контрольные метрики на корпусе

VRAM OOM

Крупный batch/индекс на поде

Уменьшить batch, разделить индекс, включить PQ/INT8

Пики I/O

Большие аудио‑файлы без кэша

NVMe‑кэш, прогрев, асинхронная подгрузка/предвычисление

Ложные дубликаты

Плохая нормализация/шум

Улучшить денойз, увеличить окно/аггрегацию эмбеддингов

Неустойчивая скорость

Разнородные запросы/смешанные размеры

Классы QoS, отдельные пулы для heavy/light запросов

Непоследовательные метки

Слабая голова классификатора

Дообучение на эмбеддингах, баланс классов, калибровка порогов

См. также: https://cloudcompute.ru/solutions/performance-tuning/https://cloudcompute.ru/solutions/interruptible-patterns/

Как запустить в cloudcompute.ru

  1. Откройте Шаблоны запусков: https://cloudcompute.ru/solutions/templates/
    Выберите Audio Embeddings (Real‑time) для онлайн‑поиска или Audio Embeddings (Batch + Index) для массовой индексации.
  2. Профиль GPU: 24/48/80 ГБ — по размерам корпуса и SLA. Для больших индексов выделите отдельные пулы под индекс и под эмбеддер.
  3. Диски/кэш: смонтируйте /nvme/models, /nvme/aemb-cache, /nvme/index; для батчей — /mnt/audio и /nvme/emb.
  4. Заполните переменные окружения из docker-compose.yml (окно/хоп, тип индекса, Top‑K, precision).
  5. Для продакшна: автоскейл по U/латентности, версионирование индексов, алерты на recall/latency/HBM, канареечный деплой.

Дополнительно:
https://cloudcompute.ru/solutions/triton-inference-server/ — сервинг эмбеддеров через ONNX/TensorRT.
https://cloudcompute.ru/solutions/gradio-fastapi/ — быстрый UI/эндпойнты.
https://cloudcompute.ru/solutions/containers-ci-cd/ — сборка и выкладка.

Чек‑лист перед продом

  • Замерены RTF_embed p50/p95, query_latency p50/p95, throughput индекса.
  • Достигнуты целевые recall@k/mAP/NDCG на контрольном корпусе.
  • Выбран тип индекса (Flat/HNSW/IVF/PQ), настроены efSearch/nprobe/Top‑K.
  • Прописаны версии модели/нормализации/индекса в метаданных.
  • NVMe‑кэш и каталоги примонтированы; план прогрева индекса.
  • Политики PII/ретеншна/шифрования внедрены; доступы по ролям.
  • Алерты по latency/recall/HBM/IO настроены; дашборды собраны.
  • Канареечный деплой, откат и план переиндексации протестированы.

Навигация