実際のVDIの3Dアクセラレーション。 パート1

実際のVDIの3Dアクセラレーション。

パート1-vSGAおよびvDGA

グラフィックスのハードウェアアクセラレーションの欠如は、設計、エンジニアリング、設計開発などの分野で働く企業における仮想化技術の実装における重大な障害です。NVIDIAGRIDのリリースでどのような新しい機会が現れたか考えてみましょう。



Workplace Virtualization（VDI）は、主に企業市場セグメントですでに私たちの生活にしっかりと入っており、パブリッククラウドサービス（ Desktop as a Service ）の形を含め、自信を持って他のセグメントに進出しています 。 ハードウェアグラフィックアクセラレーションがないため、リモートアクセシビリティ、データセキュリティ、人員の単純化されたアウトソーシングなどのVDIを使用する利点を理解できる業界では、このテクノロジーの使用が妨げられています。



VDIで3Dアクセラレーションを使用する最初のステップはかなり前に行われ、PCIデバイスを仮想マシンに転送することで構成されました。 このソリューションの欠点は明らかです-電気の使用量の増加、ラックスペース、高コスト。

NVIDIA GRIDテクノロジーブリーフ

昨年のNVIDIA GRIDテクノロジー（発表時のNVIDIA VGX）の発表により、3D加速VDIの使用に対する関心が大幅に高まりました。 もともと仮想環境での3Dアクセラレーションのために特別に設計されたGRIDテクノロジーの本質は非常にシンプルで、次の原則が含まれています。

• 複数のグラフィックアクセラレータの1つのPCIeカードに基づく集約。
• ハイパーバイザーレベルでグラフィックアクセラレータを仮想化する機能。
• GRID Virtual GPUテクノロジーを使用してグラフィックアクセラレータを仮想化する機能。

現在、NVIDIAはNVIDIA Kepplerアーキテクチャに基づく2つのビデオカードをリリースしています-NVIDIA GRID K1およびK2。 これらのカードの特徴は次のとおりです。

	グリッドK1	グリッドK2
GPU番号	4つのエントリーレベルのKepler GPU	2つのハイエンドKepler GPU
CUDAカーネル	768	3072
総メモリサイズ	16 GB DDR3	8 GB GDDR5
最大出力	130ワット	225ワット
カードの長さ	26.7センチ	26.7センチ
カードの高さ	11.2センチ	11.2センチ
カード幅	デュアルスロット	デュアルスロット
ディスプレイ データ入出力	いや	いや
補助食品	6ピンコネクタ	8ピンコネクタ
PCIe	x16	x16
PCIeジェネレーション	Gen3（Gen2と互換性があります）	Gen3（Gen2と互換性があります）
冷却	受動的	受動的
技術仕様	GRID K1ボードの仕様	GRID K2ボードの仕様

実際、GRID K1は、1つのPCIeカードに統合された4つのQUADRO K600カード、GRID K2カード、2つのQUADRO K5000カードを表します。 これにより、仮想化を使用しなくても、サーバーのグラフィックスカードの密度を大幅に高めることができます。



GRIDプラットフォームの1つのサーバーに最大4つのGRIDカードをインストールできるさまざまなベンダーサーバーを含めることで、外部PCIeバスケットを使用する必要がなくなります。



グリッド対応ソフトウェアには、VMware、Citrix、Microsoftハイパーバイザー、VMwareおよびCitrix ワークステーション仮想化システム （およびサーバー共有オプションを検討している場合はMicrosoft）が含まれます。

テストベンチの説明

テストベッドでは、 1U SuperMicro 1027GR-TRFTサーバーを使用することにしました。

主な機能：

• デュアルソケットR（LGA 2011）はIntel®Xeon®プロセッサーE5-2600およびE5-2600 v2ファミリーをサポートします
• 最大512GB ECC DDR3、最大1866MHz。 8x DIMMソケット
• 3x PCI-E 3.0 x16スロット（GPU / Xeon Phiカードをサポート）、1x PCI-E 3.0 x8（x​​16）ロープロファイルスロット
• インテル®X540 10GBase-Tコントローラー
• ホットスワップ2.5 "SATA3ドライブベイx 4
• 1800W冗長電源プラチナレベル（94％+）

この選択は、 高密度（ 1Uで最大3枚のGRIDカード ）と組み込みの10GBase-Tネットワークインターフェイスの存在によるものでした。



SATAバスケットを使用すると、データアクセスのホストベースのキャッシングに安価なSSDディスクを使用できるため、VDIの負荷に役立ち、稼働日の開始時と終了時にディスクアクティビティの特徴的なピークがあります。



メモリモジュールの最新の価格では、サーバーあたりのVMの密度がCPUおよびGPUリソ​​ースによって制限される状況では、8つのDIMMスロットで十分です。



このサーバーでは、 NVIDIA GRID K1カードをインストールしました。 これは、インストールの準備ができたビデオカードを備えたサーバーの写真です。







仮想化プラットフォームとして、使い慣れたVMware vSphereを選択しました。 今後、この記事の第2部ではCitrix XenServerを使用する必要があることに注意してください。現時点では、彼とTech PreviewのステータスでのみGRID Virtual GPUテクノロジーをサポートしています。



ESXiハイパーバイザーは、ビデオカードをPCI / PCIブリッジを介して接続された4つのNVIDIAGRID K1デバイスとして定義します。これにより、VMに接続されたパススルーデバイスとして、またはハイパーバイザーレベルでの仮想化の基盤としてアクセラレーターを個別に使用できるようになります。







NVIDIAのドライバーがハイパーバイザーにインストールされます。



~ # esxcli software vib list | grep NVIDIA





NVIDIA-VMware_ESXi_5.1_Host_Driver 304.76-1OEM.510.0.0.802205 NVIDIA VMwareAccepted 2013-03-26







パススルーモードにないすべてのデバイスは、ブート中に初期化され、NVIDIAドライバーによって使用されます。



2013-10-28T06:12:42.521Z cpu7:9838)Loading module nvidia ...





2013-10-28T06:12:42.535Z cpu7:9838)Elf: 1852: module nvidia has license NVIDIA





2013-10-28T06:12:42.692Z cpu7:9838)module heap: Initial heap size: 8388608, max heap size: 68476928





2013-10-28T06:12:42.692Z cpu7:9838)vmklnx_module_mempool_init: Mempool max 68476928 being used for module: 77





2013-10-28T06:12:42.693Z cpu7:9838)vmk_MemPoolCreate passed for 2048 pages





2013-10-28T06:12:42.693Z cpu7:9838)module heap: using memType 2





2013-10-28T06:12:42.693Z cpu7:9838)module heap vmklnx_nvidia: creation succeeded. id = 0x410037000000





2013-10-28T06:12:42.943Z cpu7:9838)PCI: driver nvidia is looking for devices





2013-10-28T06:12:42.943Z cpu7:9838)PCI: driver nvidia claimed device 0000:86:00.0





2013-10-28T06:12:42.943Z cpu7:9838)PCI: driver nvidia claimed device 0000:87:00.0





2013-10-28T06:12:42.943Z cpu7:9838)PCI: driver nvidia claimed 2 devices





NVRM: loading NVIDIA UNIX x86_64 Kernel Module 304.76 Sun Jan 13 20:13:01 PST 2013





2013-10-28T06:12:42.944Z cpu7:9838)Mod: 4485: Initialization of nvidia succeeded with module ID 77.





2013-10-28T06:12:42.944Z cpu7:9838)nvidia loaded successfully.





ハイパーバイザーをロードした後



Citrix XenDesktop 7は、VDIインフラストラクチャを作成するためのプラットフォームとして使用されます。これは現在、お客様にVDIサービスを提供する生産インフラストラクチャでも使用されています。 テストマシンはHXD 3D Proテクノロジーを使用しており、レンダリングされたGPUイメージを効果的にパックしてクライアントに転送します。 テスト仮想サーバーの構成は、4vCPU 2GHz、8GB RAM、60GB HDDです。

VSGAテスト

vSGAはVMwareテクノロジーであり、VMware ESXiハイパーバイザーを実行するサーバーにインストールされたGPUリソ​​ースの仮想化と、その後のGPUデータの使用により、仮想サーバーに発行される仮想グラフィックスカードの3Dアクセラレーションを提供します。



このテクノロジーには、仮想ビデオカードのパフォーマンスと機能に多くの制限がありますが、GPUごとに仮想マシンの密度を最大化できます。



実際、使用したGPUの物理ビデオメモリの量と比較して、仮想ビデオメモリの2倍近い量のマシンを起動できました。



仮想ビデオカードの機能は次のとおりです。

• サポートされているAPI：DirectX 9、OpenGL 2.1
• 最大ビデオメモリ容量：512MB
• GPUパフォーマンス：動的であり、制御されていません。

VMware Viewを使用する場合、このような仮想マシンの構成は、View管理インターフェイスから直接実行できます。この場合、仮想ビデオカードのハードウェアアクセラレーションをアクティブにするには、2つのアクションを実行する必要があります。

1. 3Dサポートを有効にし、
2. 編集マシンのビデオカードのプロパティでビデオメモリのサイズを設定します。

mks.use3dRenderer = hardwareパラメーターをそのパラメーターに追加します。







ゲストOSでは、このような仮想グラフィックカードは「VMware SVGA 3D」として定義されます。 従来の仮想ビデオカードとの違いは、メモリ容量と、上記のAPIのハードウェアアクセラレーションのサポートのみです。



このようなVDIマシンでのFurMarkテストの結果は、そのマシンでプレイする必要がないことを明確に示しています（テスト中、物理ビデオカードは1つの仮想マシンを使用しました。つまり、仮想化のオーバーヘッドを考慮して、ビデオカードのすべてのコンピューティングリソースがテストに利用可能であったことに注意してください）：







AutoCad 2014の観点から、ビデオカードの機能は次のとおりです。



Enhanced 3D Performance: Available and on





Smooth display: Available and off





Gooch shader: Available and using hardware





Per-pixel lighting: Available and on





Full-shadow display: Available and on





Texture compression: Available and off





Advanced material effects: Available and on





Autodesk driver: Not Certified





Effect support:





Enhanced 3D Performance: Available





Smooth display: Available





Gooch shader: Available





Per-pixel lighting: Available





Full-shadow display: Available





Texture compression: Available





Advanced material effects: Available







ご覧のとおり、正式には、すべてのハードウェアアクセラレーションパラメーターがドライバーでサポートされています。 たとえば、CUDAアーキテクチャを使用するより重い製品を使用する場合にのみ、サポートの問題を確認できると想定されています。



Cadalyst Benchmarkのテスト結果：







結果は印象的ではありませんが、このソフトウェアを使用することは可能です。たとえば、教室で高性能と複雑なモデルを使用する必要がない場合は、そのようなマシンの高密度と低コストが役立ちます。

VDGAテスト

vDGAは、物理ビデオカードの仮想マシンへの転送を示すためにVMwareが使用する名前です。



実際、このテクノロジーについて、NVIDIA GRIDは1つの利点を提供しました。これは、GPUの高密度であり、外部PCIeバスケットの必要性を排除します。



たとえば、テストベンチで使用されるサーバーには、3枚のNVIDIA GRID K1ビデオカードをインストールできます。これにより、 12個の独立したQUADRO K600クラスアクセラレータが提供されます。 これにより、サーバー上で12の仮想サーバーを実行でき、サーバー容量をロードできます。また、負荷プロファイルに応じて、CPUリソースと比較してGPUリソ​​ースを予約できます。



ビデオカードを仮想サーバーに転送するには、ホスト構成でこのPCIeデバイスのパススルーモードを有効にし、PCIデバイスを仮想マシン構成に追加する必要があります。







また、この仮想マシンのフルメモリバックアップをインストールする必要があります







pciホールを構成します。 これにはさまざまな意見がありますが、1200〜2200の値を選択しました。







この場合、ゲストOSでは、ビデオカードはNVIDIAの本格的なデバイスのように見え、GRIDグラフィックスカードファミリ用のドライバーのインストールが必要です。



FurMarkの結果は 、vSGAテストで得られた結果に近く 、このテストの仮想化レベルの相対的な有効性を示しています。







AutoCad 2014を使用する場合、画像は次のとおりです。



Current Effect Status:





Enhanced 3D Performance: Available and on Smooth display: Available and off





Gooch shader: Available and using hardware





Per-pixel lighting: Available and on





Full-shadow display: Available and on





Texture compression: Available and off





Advanced material effects: Available and on





Autodesk driver: Not Certified





Effect support:





Enhanced 3D Performance: Available





Smooth display: Available





Gooch shader: Available





Per-pixel lighting: Available





Full-shadow display: Available





Texture compression: Available





Advanced material effects: Available







すべての機能もサポートされる予定ですが、カードは認定されていません。 AutoCad用のGRIDシリーズのうち、K2のみが認定されています。



Cadalyst 2012ベンチマーク結果：







ご覧のとおり、 転送されたビデオカードは、実際にはvirtualizedの4倍の結果を示しています 。 この場合、設計者がそのようなマシンを使用することはすでに可能です。



K1カードのパフォーマンスが十分でない場合は、K2をインストールして、仮想サーバー内で最高の範囲のビデオカードを取得できます。

記事の第2部

NVIDIAテクノロジーを介したGPU仮想化の可能性について詳しく説明します。これにより、使用可能なすべての物理APIカードのサポートと、CADと自信を持って動作し、テストベンチを示し、そのようなビデオカードのパフォーマンスを測定し、要約するのに十分なパフォーマンスが保証されます。 継続する。