Labs 導(dǎo)讀

5G的應(yīng)用領(lǐng)域越來越清晰，GPU的應(yīng)用也日趨廣泛，中國移動充分展現(xiàn)了在5G+AI融合創(chuàng)新應(yīng)用上的探索與貢獻(xiàn)。未來，基于領(lǐng)先的GPU虛擬化與一如既往的云實力，中國移動將持續(xù)推動行業(yè)融合創(chuàng)新，加速5G+AI規(guī)?；卣埂?/p>

作者：潘瑋琛，單位：中國移動智慧家庭運營中心

咳咳，新課堂開講啦!

來看看這次講啥?

云桌面?

玩耍大型3D、播高清視頻卡成翔的那種?

GPU虛擬化?

頂配物理顯卡一步到位不香嗎?

不要著急，存在即合理~

咱們花5分鐘來了解下吧

說不定在這之后你也會欲欲躍試呢

Part 01并行計算天才——GPU

GPU(Graphic Processing Unit)即計算機(jī)圖形處理器，具有數(shù)千個計算核心，可以并行、高效地處理工作負(fù)載，是硬件顯卡的“心臟”。GPU與CPU的區(qū)別是CPU 由專為順序串行處理而優(yōu)化的幾個核心組成，而 GPU 則擁有一個由數(shù)以千計的更小、更高效的核心(專為同時處理多重任務(wù)而設(shè)計)組成的大規(guī)模并行計算架構(gòu)，其相較于CPU的最大優(yōu)勢是更加適用于大量重復(fù)數(shù)據(jù)集運算和頻繁內(nèi)存訪問等特點的應(yīng)用場景，例如3D應(yīng)用程序、視頻和圖像渲染這些大規(guī)模并行任務(wù)。

Part 02 GPU虛擬化

目前主流的商用GPU虛擬化方案主要有：GPU直通模式、GPU分片虛擬化、GPU SRIOV模式等。

(1)GPU直通模式：直通模式也稱為穿透模式，即繞過虛擬機(jī)管理系統(tǒng)將物理顯卡單獨分配給某一虛擬機(jī)，保存了GPU的完整性和獨立性，失去了設(shè)備復(fù)用的功能，具有性能損耗小、功能兼容性好的特性。例如Xenserver的直通模式就是利用英特爾設(shè)備虛擬化技術(shù)(Intel VT-d)技術(shù)將顯示設(shè)備暴露給某個客戶虛擬機(jī)。

(2)GPU分片虛擬化：GPU的分片虛擬化包含兩個維度的含義：1. 對GPU的計算資源即算力進(jìn)行時間片段的劃分，由多個虛擬vGPU共享，調(diào)度時間片一般在1ms-10ms左右;2. 對GPU顯存進(jìn)行劃分，以NVIDIA為例，一個16GB顯存物理GPU，如果分配為8個vGPU, 則每個虛擬GPU獨享2G顯存。

總的來說顯卡虛擬化就是將顯卡進(jìn)行時間切片和顯存分塊，并將這些顯卡時間片和顯存分片分配給虛擬機(jī)使用的過程。由于支持顯卡虛擬化的顯卡一般可以根據(jù)需要切分成不同的規(guī)格的時間片，因此可以分配給多臺虛擬機(jī)使用。其實現(xiàn)原理其實就是在應(yīng)用層進(jìn)行攔截與GPU相關(guān)的應(yīng)用程序編程接口(API)，通過重定向(仍然使用GPU)的方式完成相應(yīng)功能，再將執(zhí)行結(jié)果返回應(yīng)用程序。

以NVIDIA顯卡虛擬化和Xenserver為例，服務(wù)端虛擬化驅(qū)動軟件可以轉(zhuǎn)換服務(wù)器上安裝的物理GPU，以創(chuàng)建可在多個虛擬機(jī)中共享的虛擬GPU，各個虛擬機(jī)或者應(yīng)用可通過客戶端驅(qū)動在用戶層提供針對CUDA API的庫以及一個維護(hù)CUDA相關(guān)軟硬件狀態(tài)的虛擬GPU(vGPU)，GPU與用戶之間的關(guān)系不再是一對一，而是一對多。

Part 03 GPU虛擬化之于云桌面

云桌面即虛擬化桌面，目前其最大的缺陷在于糟糕的用戶體驗，因為在圖像處理密集型的應(yīng)用場景中要求虛擬化桌面存在較高的圖形圖像處理能力和圖形圖像遠(yuǎn)程輸出能力，而GPU虛擬化為這兩個核心能力提供了強(qiáng)力支撐。

(1)圖形圖像處理能力：為了滿足各類用戶的多樣化需求，云桌面需要支持圖形圖像處理、工業(yè)設(shè)計及游戲等專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場景，且云服務(wù)中心需要支持對顯卡資源的動態(tài)調(diào)度管理，GPU虛擬化技術(shù)則能夠根據(jù)需要為云桌面虛擬機(jī)提供匹配的顯卡計算資源，加快虛擬機(jī)的圖形圖像處理能力，加強(qiáng)圖像渲染能力，讓大型單機(jī)游戲不再掉幀!

(2)圖形圖像遠(yuǎn)程輸出能力：云桌面方案的另一重要環(huán)節(jié)則是遠(yuǎn)端虛擬機(jī)畫面輸出到終端屏幕的過程，畫面質(zhì)量和流暢度直接影響到前端桌面的交互體驗。目前各類遠(yuǎn)程桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議都會涉及到音視頻編解碼及推流技術(shù)，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和時延的限制，遠(yuǎn)程桌面?zhèn)鬏斒紫刃枰诒镜剡M(jìn)行音視頻源的壓縮、編碼，而音視頻編碼也需要強(qiáng)大的計算能力。例如視頻編解碼中應(yīng)用的H264編碼技術(shù)，為現(xiàn)今視頻編解碼中應(yīng)用最為廣泛，最為高效省時、省流量的編碼技術(shù)，實現(xiàn)此編碼過程所需要的運算、編碼、壓縮等流程十分復(fù)雜，需要對視頻流進(jìn)行快速、實時編解碼，此時虛擬GPU資源就可以提供充足的計算能力。

【本文為51CTO專欄作者“移動Labs”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者】

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