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vGPU图形加速 虚拟桌面解决方案

第1章       PC/IDV在图形设计场景下的应用痛点

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v图纸等重要资料保存在PC本地有泄密风险

      PC将图纸数据存放在本地硬盘上,U盘拷贝、网络外发等行为会造成较大的泄密风险。即便在PC上安装加密、桌管等软件进行控制,也难以从根本上解决问题,比如拆解硬盘、便可无痕迹获取核心资料。

      v缺乏完整的数据容灾方案,意外事件发生时数据有丢失风险

      随着PC逐步老化,难免会发生硬盘损坏、主机故障、勒索病毒等意外事件,如果图纸数据没有提前备份,那么硬盘文件将直接丢失或被加密,恢复难度高。同时,又因为这些信息散落在每台终端上,只能依靠员工主动备份,目前尚无完整的PC数据备份解决方案。

      vIT投资成本不透明&资源难以复用

      设计人员的PC需要依靠经验配置显卡、CPU、内存等资源,往往会以最高要求的配置来购买设备,导致资源浪费,但如果不这样做,PC性能就无法满足长期使用。此外,设计人员PC和图形渲染工作站都需要购买,无法资源复用,这又会有重复投资的问题。

      v硬件扩展性差,不能快速适应业务变化

      PC硬件配置相对固定,如需扩展,则需要更换CPU、显卡等配件,在图纸设计规模变化时无法快速应对,比如过去大多数图纸只有几十M,使用原PC还不错,但因业务发展、图纸规模上升到几百M甚至几G,现有PC就很难带动,调整起来很麻烦。

第2章       设计场景需要图形加速型虚拟桌面

2.1           GPU可为虚拟桌面提供专业图形特性

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    CatiaCADPro-E等专业软件需要DXOpenGL的支持,在无GPU的虚拟桌面下,会出现兼容性、色彩失真等问题。原因很简单,专业软件需要完成捕捉、编码和渲染等工作,这些任务在无GPU虚拟桌面下,只能由主机的CPU来处理,无法达到设计人员所需要的本地级体验和性能水平。

      NVIDIA GPU技术能够为用户提供合适的图形加速性能水平,包括全速运行 Windows 10和专业图形应用程序,广泛适用于专业平面设计、机械模具设计与制造、建筑/装潢设计、高校高职3D教学等领域。

2.2           中国首款基于KVM vGPU虚拟桌面解决方案

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      深信服与全球领先的显卡芯片厂商英伟达(NVIDIA)合作,将NVIDIA Virtual GPU技术深度集成在深信服aDesk桌面云平台上形成整体解决方案,该方案具备更高性能、更高密度的GPU虚拟化体验,让用户感受身临其境的图形加速效果,为深信服桌面云用户在WIN103D图形设计、多媒体等复杂的图像数字场景下带来极致流畅的云桌面体验,同时这也是国内首款基于KVM技术的vGPU虚拟桌面解决方案。

2.3           GPU虚拟化为用户和IT带来更多优势

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对用户来说,当虚拟桌面融入GPU技术后,利用其强劲性能,可确保虚拟机能够具备无异于高端PC的特性,比如抗锯齿、逼真的模型、增强的应用程序性能以及应用程序认证等。同时,用户能够彻底改变业务开展及办公的方式,享受桌面随需接入的移动性、实现IT资源调配的灵活性,从而使员工达到更高的整体生产效率。

IT来说,通过外设黑白名单、快照备份、文件导入导出审计等核心技术,结合桌面云的数据不落地特性,可以保护图纸等重要业务数据免受丢失和盗窃的影响。而IT部门还能够在控制台集中管理所有用户,统一升级和排除故障,这样有助于简化支持。

总体来说,从用户价值来看,显卡虚拟化可获得媲美PC的用户体验,从IT价值来看,显卡虚拟化体现在3点:一是解决图纸安全难题;二是实现GPU资源占用可视,合理化投资;三是GPU资源池化,硬件复用性高,比如白天用于办公、设计,晚上用于渲染等。

1.1.1 vGPU方案

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    如上图所示,M10M60显卡安装在物理服务器上,vGPU Manager会将物理GPU划分成N多个独立的vGPU实例,这些实例会直接传递给安装了NVIDIA驱动程序的虚拟机。当用户接入虚拟桌面并开始工作时,NVIDIA驱动程序会通过Hypervisor将命令发送至vGPU Manager引擎,该引擎会对物理GPU所要处理的任务进行调度,然后将处理结果发回虚拟机。

    由于M10M60在图形加速方面性能强劲,所以整个调度任务在几纳秒内即可完成,为用户提供本地级的用户体验。

1.1.2 直通方案

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如上图所示,该方案需要的组件和vGPU方案一样(物理显卡、GPU管理软件、显卡驱动),不同的是,直通方案采用显卡透传技术,把一个GPU核心直接透传给单个虚拟机,所以图形处理性能很高,主要适用于图形工作站等高端设计场景。

目前支持两种显卡,一种是M10,有4GPU核心,用直通方案可以透传给4个虚拟机使用,还有一种是M60,有2GPU核心,单核性能比M10更高,可透传给2个虚拟机使用。一般来说,图形工作站场景因为性能要求较高,所以需要采用M60直通方案。

1.1.3 方案对比

对比项

共享方案

vGPU方案

直通方案

兼容性

性能

可视性

支持

支持

可管理性

支持

支持

成本

1.2           关键技术特性

1.2.1 GPU资源池化调度

PCIDV模式下,GPU资源都是独占的,即使无人使用也无法释放。当部署vGPU虚拟桌面后,vGPU资源和授权在关机后即可释放,所以能够实现资源灵活调度和复用,技术方案如下:

1)      可以采用池化桌面,先创建固定数量的GPU虚拟机池,当用户接入时随机分配GPU虚拟机,退出时归还资源池。

2)      结合个人云盘(内置云盘功能或爱数AnyShare)可以在池模式下存储个人数据,当用户接入GPU虚拟机时自动挂载专属数据盘。

这样就通过分时复用降低了投资成本,并避免数据泄密风险。

应用场景举例:

1)      共享看图,比如生产线3D看图、供应商看图、采购部看图等,只需要按并发用户部署GPU虚拟桌面资源池。

2)      共享设计,对于费用高昂且可分时复用的设计场景,也可以采用这种池化模式,降低购买软件的成本。

3)      白天用于设计,晚上用于渲染。

1.2.2 GPU资源可视化

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通过控制台界面可以实时查看显卡的负载情况、分配情况:

1)      查看显卡GPU核心空闲情况,调度是否合理

2)      查看GPU利用率、运行曲线和主机显卡配置

3)      查看显卡温度、分片情况、虚拟机占用情况

这样便可以轻松掌握GPU的业务负载状态,实现按需投资,并帮助用户更好的规划GPU资源调度。

1.2.3 vGPU虚拟机跨集群迁移

深信服桌面云超融合平台支持将3D虚拟机迁移到另一集群的GPU服务器,支持将原集群虚拟机迁移到新GPU集群服务器,可用于如下2个场景:

1)      使用深信服GPU服务器在实际环境进行测试,正式采购后部署了新GPU服务器集群,可以通过控制台将测试服务器3D虚拟机跨集群迁移到正式购买的GPU服务器上。

2)      过去已经在普通办公场景部署了深信服桌面云,现部分人员因业务调整需要使用3D设计软件,这个时候可以部署GPU集群,并将原虚拟机迁移过来,配置vGPU后即可使用。

除此之外,深信服还支持将原3D虚拟机跨集群迁移到非GPU服务器上使用,当然迁移后就无法支持3D软件了。

1.2.4 混合集群HA机制

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注:上图的2D服务器是指非GPU的普通服务器。

深信服可以支持普通服务器、GPU直通服务器、vGPU服务器组建集群,虚拟机能够在同型号vGPU下实现HA和负载均衡。

该技术特性有如下几种应用场景:

a)      新购GPU服务器加入原服务器集群,利用多副本保障数据安全性。

b)      新购GPU服务器显卡与原集群显卡型号和数量不同,支持组集群,分别满足W10、设计等不同用途。

c)       普通服务器、直通GPU服务器、vGPU服务器组建同一集群,分别满足W7W10、设计、图形工作站等不同用途。

d)      普通实训室和3D实训室共享资源,比如没有3D实训课时,可以启动普通虚拟机,满足其他课堂所需,资源充分利用。

1.3           NVIDIA GRID平台概述

1.3.1 Tesla硬件


M10

M60

GPU

Quad Mid-level Maxwell

Dual High-end Maxwell

CUDA Cores

2560640 per   GPU

40962048 per   GPU

Memory Size

32 GB GDDR5

16 GB GDDR5

Max vGPU instances

32

16

Form Factor

PCIe3.0 Dual Slot

PCIe3.0 Dual Slot

Power

225W

300W

    M10集成四颗Maxwell核心,也称四芯显卡,主要为了给更多虚拟化用户并发使用。规格方面,M10共有2560CUDA(每颗核心640个)、32GB显存,每块M10最多承载32vGPU虚拟化用户。

      M60集成两颗Maxwell核心,也称双芯显卡,配备4096CUDA(每颗核心2048个)、16GB显存,每块M60支持16个并发用户,同时支持最多36H.264 1080p/30fps视频流。

    总结:显卡单GPU核心CUDA数越高,处理性能则越强,因此M10虽然核心高、显存高,但性能远低于M60M60单核CUDA数更高)。一般情况,M10适合于W10、教学3D、轻量设计等场景,而M60适合于企业3D中高端设计、图形工作站等场景。




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