«data-stats =» true «> Графика в серверных системах, то есть виртуализация графики в облачных сервисах Марцин Беньковски, 20 мая 2021 г., 13:46 Графические рабочие станции для виртуализации CAD/CAM Share Tweet LinkedIn

В настоящее время эффективная удаленная работа стала обязательным условием для компаний. Деловые ноутбуки не обладают достаточной графической вычислительной мощностью для работы с такими приложениями, как системы CAD/CAM или программы 3D-рендеринга и обработка графики. Их высокая цена не позволяет покупать мобильные графические рабочие станции для всех сотрудников. Решением является виртуализация графики, также доступная в облачных сервисах.

Прежде чем перейти к виртуализации графики, давайте сначала рассмотрим технологии, связанные с виртуализацией настольных компьютеров. Проще говоря, виртуализация — это создание моделируемой вычислительной среды, которая включает в себя как оборудование, так и операционную систему, запоминающее устройство большой емкости и программную эмуляцию. Благодаря ему вы можете создать несколько или даже около десятка экземпляров виртуальных машин на одном физическом компьютере или сервере, которые снаружи не будут отличаться от физического компьютера. Эти виртуальные машины, работающие на одном компьютере, могут независимо взаимодействовать с окружающей ИТ-средой. У них могут быть разные операционные системы и разные, не связанные между собой приложения, но они всегда будут совместно использовать ресурсы одного физического хост-компьютера.

Виртуализация позволяет создавать множество ресурсов на базе одного компьютера или сервера. Таким образом, можно масштабировать ресурсы, доступные для отдельных виртуальных машин, в зависимости от потребностей и нагрузки, а также полностью использовать вычислительную мощность главного компьютера, обеспечивая поддержку большего количества рабочих нагрузок и сокращая количество необходимых серверов в дата-центр. Дополнительные преимущества виртуализации включают снижение энергопотребления, меньшие затраты на инфраструктуру и усилия, необходимые для обслуживания физических машин.

См. Также: VMware Tanzu — современная микросервисная платформа. Новый графический дизайн приложений Google Android Виртуальный компьютер, т.е. технология VDI

Виртуализация инфраструктуры рабочих станций, то есть технология VDI (Virtual Desktop Infrastructure), представляет собой решение, в котором конечные пользователи не работают на локальном оборудовании, расположенном на своих рабочих столах или дома, а работают на виртуальной машине, работающей на сервере. Обычно он размещается в центре обработки данных на физическом сервере с установленным гипервизором и соответствующим программным обеспечением. Преимущество этого решения в том, что вы можете использовать любое устройство для подключения к виртуальному рабочему столу и работать на нем, со стандартной рабочей станции, то есть настольного компьютера или ноутбука, через так называемый тонкий клиент, то есть терминал, и заканчивая мобильными устройствами, такими как смартфон или планшет. Достаточно того, что на клиентском устройстве есть веб-браузер.

Следует отметить, что VDI часто путают с аналогичными службами — службами удаленных рабочих столов (службами терминалов) и серверными вычислениями (SBC), известными как размещенные приложения. Как они работают?

В первом случае пользователи получают свою рабочую среду в виде удаленного рабочего стола. На таком рабочем столе каждый пользователь имеет доступ к своим приложениям и документам, а удобство работы сравнимо с работой на обычном физическом ПК. Важно отметить, что каждый пользователь получает собственное отдельное рабочее пространство и не видит сеансы других людей. Однако обратите внимание, что рабочие столы обслуживаются как сеансы служб терминалов из одной серверной операционной системы. Рабочие столы могут быть общими и не общими, что дает большую гибкость и возможность запускать большое количество рабочих столов на одной физической машине. Поскольку в этой модели многие пользователи используют одну и ту же операционную систему, необходимо ввести ограничения, чтобы предотвратить действия, которые отрицательно влияют на действия других пользователей. К таким операциям относятся: установка приложений, внесение изменений в настройки операционной системы и ее перезапуск. Программное обеспечение, поддерживающее службы удаленного рабочего стола, — это, например, Citrix XenDesktop, работающий с Microsoft Remote Desktop Services (RDS), и в конце пользователя необходимо установить программное обеспечение Citrix Receiver. Виртуальный рабочий стол лучше всего подходит для сотрудников, которым требуется стандартизированная, идентичная рабочая среда для каждого пользователя, поэтому он часто используется в отделах компании или в центрах обработки вызовов.

В свою очередь, архитектура SBC — это технология, в которой приложение физически размещается на сервере, управляется и запускается на нем. Пользователю отправляется только графический интерфейс данной программы. Основное различие между RDS и SBC заключается в том, что у пользователя нет доступа ко всему рабочему столу, а только к самим приложениям, например, в Windows или Linux. С помощью клиентского программного обеспечения Citrix Receiver эти приложения могут интегрироваться с компьютером пользователя таким образом, что их трудно отличить от локально установленного программного обеспечения. Это решение используется в случае рабочих, которые выполняют свою работу только на основе предоставленных приложений, поэтому их часто можно найти в отделениях банков или торговых точках.

Но вернемся к технологии VDI. Как я упоминал ранее, в этой модели каждый пользователь получает собственную операционную систему рабочего стола в виде виртуальной машины с доступом к виртуальным аппаратным ресурсам. Это решение используется в случае сотрудников, чьи требования совпадают с требованиями пользователей физических компьютеров, т. Е. Им необходимо устанавливать приложения, иметь выделенные аппаратные ресурсы или иметь права администратора для управления системой. Кроме того, эта модель позволяет точно контролировать аппаратные ресурсы, включая количество процессоров, оперативную память и дисковое пространство, выделенное отдельным виртуальным рабочим столам. Здесь чаще всего используется программное обеспечение Citrix XenDesktop или VMware. Тем не менее, многие реализации VDI имеют проблему виртуализации графики.

Мы делим графику на четыре части

Теоретически виртуальные машины поддерживают функции рендеринга и вычислений, включая возможность программирования графических процессоров, установленных на хост-машине. Однако следует помнить, что по умолчанию в системах VDI рендеринг выполняется программно, с использованием стандартного процессора (ЦП), и для рендеринга практически не используются доступные графические процессоры (ГП). Этого достаточно для офисных приложений, но для профессиональных 3D-приложений или систем CAD/CAM и даже немного более сложных игр это недопустимо.

Стандартные системы виртуализации предлагают три режима совместного использования графических ресурсов с машинами VDI: Software 3D, vSGA и vDGA. Первый — это вышеупомянутый программный режим, который позволяет только частичную аппаратную поддержку трехмерных вычислений, выполняемых виртуальной машиной со стороны физической видеокарты, установленной в главном компьютере. 3D-функции, выполняемые графической картой, которые были вызваны графическим API, например DirectX или Open GL, передаются процессору, и он решает, передает ли он их драйверам видеокарты, установленным в хост-системе, или они будут реализуется программно. Способ выполнения графических операций зависит в программном режиме только от загрузки графических вычислений отдельных виртуальных машин.

Во втором режиме, vSGA (Virtual Shared Graphics), видеокарта используется всеми виртуальными машинами. Его преимущество состоит в том, что каждая машина имеет доступ к графическому процессору, а недостатком является значительное снижение графической производительности всех виртуальных машин в случае сложных трехмерных вычислений, даже если они выполняются только одной виртуальной машиной. На практике этот режим подходит для решения относительно простых графических задач и запуска не очень требовательных игр. В случае профессиональных 3D-приложений, таких как Blender, Maya 2022 или 3ds Max, а также приложений САПР, работающих на нескольких виртуальных машинах, они не могут обеспечить адекватную производительность.

Третий режим, vDGA (виртуальный выделенный графический адаптер), использует функцию сквозного подключения PCI, благодаря которой графическая карта, установленная на сервере, назначается определенной виртуальной машине. Виртуальный рабочий стол использует собственный драйвер производителя видеокарты и имеет прямой доступ ко всем функциям карты, включая поддержку графических библиотек DirectX и OpenGL. Основным недостатком этого режима является то, что количество виртуальных машин равно количеству физических видеокарт, установленных на сервере.

Первая карта, благодаря которой удалось решить вышеупомянутую проблемы виртуализации, была Nvidia Grid с 2008 года — системы, основанные на этой технологии, теперь предлагаются многими поставщиками облачных услуг, в том числе через Microsoft Azure или Amazon Cloud. Чипы серии Grid отличаются от стандартных графических чипов возможностью поддержки т.н. GRID Manager. В его задачи входит динамическое выделение графических ресурсов, установленных на сервере, отдельным виртуальным машинам. Это позволяет режиму vGPU, то есть режиму виртуального графического процессора, использовать преимущества режимов vSGA и vDGA. Таким образом, стало возможным использовать собственные драйверы видеокарты в виртуальных рабочих столах VDI, и в то же время многие виртуальные машины могут использовать одну физическую видеокарту.

Виртуализация графического процессора Nvidi

Современные графические карты для виртуализации графики уже основаны на новейшей архитектуре Ampere, хорошо известной по игровым видеокартам серии Nvidia GeForce RTX 30. Это модели RTX A6000 и A40. Важно отметить, что эти карты ускоряют процесс рендеринга, а также работу алгоритмов искусственного интеллекта, вычислений HPC (высокопроизводительных вычислений), технологии трассировки лучей в реальном времени, а также виртуальной и дополненной реальности. Благодаря этому виртуализированное рабочее пространство может быть доступно не только инженерам или профессиональным 3D-графическим дизайнерам, но также создателям и художникам, работающим в различных областях искусства — от фильмов до графики — что позволяет им работать творчески и эффективно в любой точке Земли.

Карты серии RTX A6000 предназначены для продвинутых рабочих станций и графических станций, предлагая своим пользователям виртуализацию для нужд отдельных виртуальных машин, а серия A40 — это графические карты, предназначенные для центров обработки данных. Используемые в них графические процессоры позволяют загружать карту множеством параллельных задач, связанных с графикой и вычислениями HPC. Стоит отметить, что благодаря соответствующим оптимизированным драйверам карты превосходны в программах, используемых во время научных исследований, а также могут сделать свои вычислительные мощности доступными для различных типов моделирования.

И RTX A6000, и A40 требуют соответствующего программного обеспечения для работы в режиме vGPU. Nvidia и ее карты предлагают инструмент, называемый виртуальным графическим процессором NVIDIA, который позволяет нескольким виртуальным машинам одновременно напрямую обращаться к физическим графическим процессорам. В виртуализированной среде VDI программное обеспечение для управления виртуализацией карт должно быть установлено на уровне виртуализации вместе с гипервизором. Затем создаются виртуальные графические процессоры, которые уже могут быть выделены каждой виртуальной машине, созданной на главном компьютере. Программное обеспечение Nvidia для виртуализации графики включает соответствующие драйверы для каждой виртуальной машины. Например, программное обеспечение, разработанное для инженерной среды VDI, NVIDIA Quadro Virtual Data Center Workstation (Quadro vDWS) предлагает драйверы, совместимые с драйверами, используемыми инженерными картами серии Quadro.

Виртуализация карт AMD

Чуть более двух лет назад AMD представила свои первые две видеокарты, совместимые с технологией MxGPU (MultiuserGPU), которая обеспечивает виртуализацию графики. Это модели AMD FirePro S7150 и AMD FirePro S7150 x2. По заявлению производителя, архитектура AMD MxGPU является первым в мире аппаратным виртуализированным GPU-решением, обеспечивающим удаленную работу нескольких виртуализированных машин VDI, которые могут использовать один физический GPU. Сравнивая архитектуру AMD MxGPU с системой vGPU от Nvidia, вы можете увидеть, что функциональная структура гипервизора находится на аппаратном уровне, а не на программном уровне. Благодаря такому подходу функциональность виртуализации графического процессора была встроена непосредственно в структуру чипа, и на сервере был установлен только небольшой хост-драйвер для гипервизора.

Интересно, что в настоящее время AMD предлагает как карты в традиционном виде (AMD Radeon Pro V340 MxGPU), так и карты, предназначенные для блейд-серверов, изготовленные в виде печатной платы с краевым разъемом (AMD FirePro S7100X), позволяющим устанавливать карту. прямо на материнской плате сервера. Radeon Pro V340 MxGPU основан на архитектуре AMD Vega и использует 32 ГБ сверхбыстрой памяти HBM 2. Благодаря этому можно поддерживать большое количество виртуальных машин, вплоть до 32 экземпляров. Обращает на себя внимание встроенный механизм аппаратного кодирования, предлагающий возможность сжатия независимых видеопотоков в форматах H.264 и H.265 для каждой виртуальной машины. Это решение помогает устранить узкое место в процессоре виртуального сервера при кодировании видеопотоков. AMD FirePro S7100X поддерживает немного меньшее количество машин VDI, всего 16. Интересным фактом является возможность использования циклов доступа с аппаратным управлением, благодаря которым можно обеспечить предсказуемый параметр QoS (Quality of Service) в центр обработки данных для виртуализированных графических рабочих станций.

Вместо того, чтобы заканчиваться на

Как видите, уже есть стандартные возможности центра обработки данных для служб выделения ресурсов VDI, которые поддерживают даже самые продвинутые графические приложения. Этот тип виртуализации позволяет компаниям не только удобно предоставлять ресурсы для удаленной работы, что важно во времена COVID-19, но и значительно экономить и повышать эффективность работы центра обработки данных компании, поскольку это приводит к более эффективному использованию. и объединение серверов.

Также возможно реализовать корпоративную, полнофункциональную услугу по предоставлению сотрудникам (а также коммерческого совместного использования) удаленных графических рабочих станций в модели DaaS (Desktop as a Service) с доступом для 3D-приложений, систем CAD/CAM, потоковой передачи мультимедийных материалов, а также для воспроизведения последних игр AAA.

Для коммерческого воспроизведения контента Computerworld необходимо приобрести лицензию. Свяжитесь с нашим партнером YGS Group по адресу [email & # 160; protected] Поделиться Поделиться Поделиться LinkedIn Tweet #hpe_special_offers.