以下內容為大家詳解：GPU虛化與技術實現及應用

GPU（圖形處理器單元）主要進行浮點運算和並行運算，其浮點運算和並行運算速度可以比CPU強上百倍之多，使用GPU虛擬化技術之後，可以讓執行在資料中心伺服器上的虛擬機器例項共享使用同一塊或多塊GPU處理器進行圖形運算，這種安全且高效的桌面訪問方式，被越來越多的使用者追捧，圖形工作站硬體廠商的生意可能會因此而有所下滑，按捺不住也是可以理解的哦。

一、技術現狀

主流的伺服器虛擬化廠商VMware和Microsoft,都在GPU虛擬化技術方面有所進展和突破。VMware許諾在近一年內釋出支援GPU虛擬化的Vsphere產品，而Microsoft在最近釋出的Windows 7/2008 R2 SP1上已經提供了RemoteFX技術的支援，不過因為有比較多的技術限制，導致還停留在技術評估階段，真正規模使用的案例很少。主要的限制包括：

·支援的GPU型號有限

·僅支援winnows 7虛擬機器

·僅支援Hyper-V

·GPU支援的虛擬機器數量有限，導致每虛擬機器成本過高。支援的3D應用有限，僅支援DirectX 3D應用，僅支援區域網訪問。

在當前版本的VMware View中，如果後臺使用虛擬機器來作為虛擬桌面，其PCOIP協議的壓縮和加密主要靠CPU來完成。在PCOIP專用卡釋出之後，所有的壓縮加密工作將由PCOIP卡來完成，其速度將會是當前版本的數倍以上。

二、應用意義

資料中心配備英偉達 VGX 平臺後，員工就能使用精簡客戶端、筆記本、平板電腦、智慧手機等任何裝置訪問一臺真正的雲端 PC，無論此類裝置使用了何種作業系統。員工能夠方便地使用先前僅能在辦公室 PC 上使用的各類應用程式。

英偉達 VGX 首次令知識工作者能夠訪問類似於傳統本地 PC 的 GPU加速桌上型電腦。該平臺的管理選項和超低延遲遠端顯示功能為使用 3D 設計和模擬工具的使用者帶來巨大便利，而先前虛擬化桌上型電腦無法勝任此類任務。

將VGX平臺整合到企業網路中後，困擾企業IT部門的 BYOD 問題便迎刃而解了，員工不必再將自己的計算工具帶到工作場合。VGX平臺提供了一個遠端桌上型電腦，使使用者能像操作自己的桌上型電腦終端那樣以相同的方式使用此類工具。與此同時，它也有助於降低整體IT開銷，提高資料安全性並最大程度地降低資料中心複雜性。

三、資料中心作用

GPU的核心數量非常多，這和CPU有本質的區別，一般GPU都內建了數百個核心，甚至上千個，GPU的工作原理就是平行計算，在並行處理特定資料的時候，GPU比CPU高效非常多。但在複雜指令計算方面，GPU遠遠不及CPU，所以GPU和CPU是一種互補的關係，而不是互相代替的關係。

IT部門的建設者應該在建設初期就全面考慮好規劃，一些適合GPU計算的地方就利用GPU平行計算的優勢去部署，而不是單單考慮提升CPU的效能。高效能的GPU處理器不是普通的計算處理過程。GPU是用利用高度序列化的處理模式和CPU配合使用，並不是使用高效能GPU就可以搭配低效能的CPU。由於它們的工作側重點不同，是一種並行處理的方式，所以不能因為GPU的並行處理能力很強就忽略了CPU的重要性。

VGX議會專為接待大量使用者的節能途徑。第一個Nvidia VGX板配置有四個GPU和16GB記憶體，並符合行業標準——PCI Express介面在伺服器。

VGX GPU的管理程式這個軟體層整合到商業管理程式，如思傑虛擬化，圖形處理器等。

使用者可選擇機(USMs)這個管理選項允許企業配置的圖形功能，根據客戶要求，在網路上傳送到個人使用者處。從真正的PC體驗到與Nvidia的標準一致且採用NVIDIA Quadro或NVIDIA NVS GPU的專業三維設計和工程經驗或製藥公司的GPU儀，都在其能力範圍之內。

四、技術與設計

英偉達 VGX 顯示卡是全球首款針對資料中心設計的顯示卡。最初的英偉達 VGX 顯示卡具有四顆GPU，每一顆均具有192個基於英偉達 (NVIDIA®) CUDA 架構的核心和4GB的視訊記憶體。該顯示卡採用主動散熱方式，適用於基於伺服器的各類現有平臺。該顯示卡採用了多種先進技術，包括讓執行主機虛擬桌面的許多使用者共享一顆單獨的GPU並體驗豐富的互動圖形體驗的硬體虛擬化技術；可極大減少畫面遲滯現象的低延遲遠端顯示技術；具有較高功率效率、經過全新設計的著色器技術。

五、英偉達 VGX GPU管理程式

英偉達 VGX GPU管理程式是一個整合到商業管理程式中的軟體層，能實現對虛擬化GPU資源的訪問。這樣，多個使用者便能夠共享公共硬體，讓運行於單一伺服器上的虛擬機器能夠安全地訪問關鍵資源。這樣單一伺服器就能在提供本地圖形和GPU計算效能的同時以較低成本支援更大數量的使用者。

Citrix等業界領先的虛擬化技術公司正在將這種新技術整合到他們的全系列VDI產品中，以便能夠增添全硬體圖形加速功能。

六、英偉達使用者可選計算機

英偉達使用者可選計算機使英偉達 VGX 平臺能為有迫切需求的企業員工提供媲美專業GPU的使用體驗。這使得IT部門僅透過一個單一伺服器便能很容易地支援各類使用者。

使用者可選計算機可更好地利用硬體資源，更靈活地根據不斷變化的企業需求來配置和使用新使用者的桌上型電腦。這對於提供基礎設施服務的公司非常有價值，因為他們能在一天、一週或一個季度內將經過GPU加速的伺服器重新部署，以便滿足不斷變化的需求。

顯示卡虛擬化（GPU虛擬化）

顯示卡虛擬化就是將顯示卡進行切片，並將這些顯示卡時間片分配給虛擬機器使用的過程。由於支援顯示卡虛擬化的顯示卡一般可以根據需要切分成不同的規格的時間片，因此可以分配給多臺虛擬機器使用。

其實現原理其實就是利用應用層介面虛擬化(API remoting)，API重定向是指在應用層進行攔截與GPU相關的應用程式程式設計介面(Application ProgrammingInterface，API)，透過重定向（仍然使用GPU）的方式完成相應功能，再將執行結果返回應用程式。

我們現在使用3D桌面虛擬化解決方案中，大部分是使用NVIDIA公司提供的顯示卡虛擬化技術，即是vCUDA(virtual CUDA)技術，前面我們說過了CUDA框架。vCUDA採用在使用者層攔截和重定向CUDA API的方法，在虛擬機器中建立物理GPU的邏輯映像――虛擬GPU，實現GPU資源的細粒度劃分、重組和再利用，支援多機併發、掛起恢復等虛擬機器高階特性。

其vCUDA的實現原理大概如下：包括三個模組：CUDA客戶端、CUDA服務端和CUDA管理端。以XenServer為例，在物理硬體資源上執行著一個VMM用於向上提供硬體映像，在VMM上執行著若干個虛擬機器。其中一個虛擬機器為特權虛擬機器(Host VM)，即為XenServer中的Domain 0，在虛擬機器中執行的作業系統稱為Host OS。Host OS能夠直接控制硬體，系統內安裝著原生的CUDA庫以及GPU驅動，使得Host OS可以直接訪問GPU和使用CUDA。其它的虛擬機器屬於非特權虛擬機器(Guest VM)，其上執行的作業系統(Guest OS)不能直接操縱GPU。在這裡我們將CUDA客戶端稱之為客戶端驅動，CUDA服務端稱之為宿主機的驅動，CUDA管理端稱之為GPU管理器。