GPU霸主的新技能：PC桌面化身“微信小程序”

魔幻的2020年，IT基礎(chǔ)架構(gòu)遭遇重大挑戰(zhàn)。新冠疫情下，不得已保持的社交距離對生活、工作帶來了徹底改變，從在線購物、文娛、社交，到工作、學(xué)習(xí)，人們對網(wǎng)絡(luò)的依賴幾乎遍布生活的方方面面。

算力成為當(dāng)前的剛需，重度依賴之下，支撐起網(wǎng)絡(luò)的整個基礎(chǔ)設(shè)施正在發(fā)生重構(gòu)。晶體管不是終極解決方案，眼下最重要的，是讓算力資源可分配、可調(diào)度。由軟件虛擬化技術(shù)帶來的改變立竿見影，虛擬化GPU有望加速走向規(guī)模應(yīng)用。

企業(yè)端對GPU的需求將比以往更強烈

為什么遠程辦公需要“桌面虛擬化”或“應(yīng)用程序虛擬化”？借用微信小程序來理解，就是將應(yīng)用程序推到云端，在手機上虛擬化一個界面，通過小程序連網(wǎng)就可以使用，而無需在本地安裝APP。盡管智能手機已經(jīng)非常普及了，但是硬件配置千差萬別，小程序?qū)τ诖鎯δ芰Σ皇呛軓姷氖謾C，帶來的體驗改善是顯而易見的。

NVIDIA中國區(qū)高級技術(shù)市場經(jīng)理施澄秋告訴<電子發(fā)燒友>，桌面虛擬化是同樣的道理。傳統(tǒng)的實體計算設(shè)備（例如臺式電腦，筆記本電腦或服務(wù)器）使用GPU執(zhí)行復(fù)雜的運算流程，例如運行3D應(yīng)用程序或視頻直播。但是對于遠程辦公的專業(yè)人員來說，這并不是理想之選，因為GPU與實體設(shè)備綁定會限制移動性和靈活性。許多遠程工作的用戶，可能沒有一個性能、儲存容量都非常強大的本地設(shè)備，所以需要把應(yīng)用程序、甚至桌面都推到云端及虛擬化產(chǎn)品上。

NVIDIA方面預(yù)測，今年在疫情的情況下，雖然由于實體渠道的種種限制或法律條規(guī)的管控，零售、實體行業(yè)對于GPU的需求可能略微降低，但此消彼漲，數(shù)據(jù)中心的需求會更顯旺盛，企業(yè)端對于GPU的需求，可能比以往更猛烈。

判斷依據(jù)是，當(dāng)前情況下，企業(yè)會前所未有地重視在數(shù)據(jù)中心或公有云的GPU部署，因為越來越多的應(yīng)用會遷移到云端虛擬化的工作場景中。無論是企業(yè)內(nèi)部還是給企業(yè)客戶應(yīng)用，都有越來越多的圖形圖象依賴性。尤其是5G普及之后，用戶需求更多元化、對質(zhì)量要求更高，也許傳統(tǒng)情況下提供一張圖就行，未來要提供動畫；或是以前提供簡單的動畫就可以，未來要提供電影級渲染的動畫。遠程辦公虛擬化是一個比較重要的解決思路，它可以幫助人們在遠程辦公時還能享受到GPU加速的便利性。


虛擬機存在已久，為什么過去只虛擬化了CPU而沒有GPU？施澄秋表示，主要是用戶沒有認識到必要性。就像過去相當(dāng)長時間存在的用集顯的筆記本電腦，NVIDIA通過種種演示和案例證明了“有GPU相對于沒有GPU可以帶來生產(chǎn)力的提升”，今天廣大用戶終于體會到了獨顯的重要性。虛擬機用戶也是如此，以為有了虛擬桌面可以跑企業(yè)的各種應(yīng)用就好了，有CPU足以，但是發(fā)現(xiàn)跑起來慢如蝸牛，于是虛擬化GPU的需求就理所當(dāng)然的體現(xiàn)出來了。

黃仁勛在眾多場合“帶貨GPU”時都提到過，“你買的越多，你省的越多?！笔┏吻镎J為這不是一個玩笑，也不是一個梗，是NVIDIA實實在在幫助用戶節(jié)約IT投資的一個真實舉措。無論是AI、模擬、渲染，都能夠相較于傳統(tǒng)的CPU節(jié)點服務(wù)器，給用戶節(jié)約大量的成本。因此他建議，不僅要有虛擬化的CPU，更重要的是要有虛擬化的GPU，可以幫助用戶在虛機上體驗到以前實體工作站、實體超算的PC工作站或者實體的圖形工作站上都能享受到的GPU加速的性能。

虛擬GPU如何滿足或輕或重、或遠或近的多樣化需求？

工作負載上的用戶需求千差萬別，NVIDIA如何去滿足這些或輕或重、或近或遠的需求呢？不同的NVIDIA vGPU軟件許可證能夠滿足多種虛擬化用例的不同需求。NVIDIA將90天免費的虛擬GPU軟件評估許可證從128個擴展到500個，主要提供三類專用虛擬GPU（vGPU）軟件：

（1）NVIDIA GRID虛擬PC/應(yīng)用程序：面向知識工作者，通過GPU為遠程用戶提供虛擬化系統(tǒng)和應(yīng)用程序，能提供與有獨顯的實體電腦相似的性能，實現(xiàn)響應(yīng)級虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI），最大限度優(yōu)化圖表、視頻等典型辦公應(yīng)用。

（2）NVIDIA Quadro虛擬數(shù)據(jù)中心工作站（Quadro vDWS）：面向使用高級圖形應(yīng)用程序的創(chuàng)作者和技術(shù)專業(yè)人員，從數(shù)據(jù)中心提供工作站級的GPU加速性能，有助于分散在各地的團隊進行協(xié)作，通過任意設(shè)備實時安全地訪問應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

以前做虛擬化技術(shù)，只能把一個GPU虛擬成多個GPU給很多個用戶去使用。但今天可以反向虛擬化這個GPU，把多個物理的GPU虛擬成一個更大、更強勁的GPU給一個特定的用戶使用。也就是說，可以分散GPU負載、也可以堆疊，也可以快速、大規(guī)模共享數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)全部可以提供給用戶最新、前端的、用戶端的需求。比如10比特的色彩精度支持，以前需要一個專業(yè)的Quadro圖形工作站配合顯示設(shè)備才可以實現(xiàn)，但是現(xiàn)在Quadro vDWS就可以做到。

從性能來看，如果使用8個Quadro RTX 8000顯卡搭配Quadro vDWS軟件，算力可提升至CPU的16倍，能大幅減少渲染時間。

從生態(tài)來看，Quadro vDWS現(xiàn)支持主流的ISV應(yīng)用程序及管理監(jiān)控工具，可從NVIDIA經(jīng)認證的服務(wù)器方案中獲取。

（3）NVIDIA Virtual Compute Server軟件：數(shù)據(jù)中心管理員可以在虛擬環(huán)境中的GPU服務(wù)器上運行AI工作負載，通過GPU加速服務(wù)器虛擬化，支持AI、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)科學(xué)和高性能計算服務(wù)器虛擬化。

借助NVIDIA Virtual Compute Server (vComputeServer)，用戶可以獲得運行這些工作負載所需的GPU加速性能。數(shù)據(jù)中心管理員可以在虛擬環(huán)境中的GPU服務(wù)器上運行AI工作負載，進一步提升了計算的安全性、利用率和可管理性。IT管理員能夠讓GPU加速虛擬化服務(wù)器的管理變得更為簡單，同時還能保留現(xiàn)有的工作負載，并降低總體運營成本。與僅使用CPU的服務(wù)器相比，基于4顆NVIDIA V100 GPU的vComputeServer將深度學(xué)習(xí)的速度提高了50倍，性能接近于裸機水平。

虛實結(jié)合，為前沿需求注入力量和速度

通過虛擬GPU軟件，搭配Quadro RTX服務(wù)器，能支持加速渲染、虛擬工作站、AI和數(shù)據(jù)科學(xué)、AR/VR、5G、CAE/Simulation、混合工作負載等各種數(shù)據(jù)中心負載的加速任務(wù)。

在云端、企業(yè)數(shù)據(jù)中心以及傳統(tǒng)臺式機、移動工作站，NVIDIA Quadro均可實現(xiàn)設(shè)計和工程應(yīng)用的加速。據(jù)悉，全球90%的專業(yè)工作站均由英偉達Quadro提供加速能力。

施澄秋介紹，移動、遠程需求下，應(yīng)運而生的還有NVIDIA RTX Studio，其品牌承諾就是做一個開放式的平臺，采用Windows架構(gòu)，是一個標準的可以安裝所有超過數(shù)百款已有的ISV程序的情況下。NVIDIA RTX Studio可以讓創(chuàng)意和設(shè)計用戶在超過200款RTX產(chǎn)品上利用GPU加速渲染，其中又有45款可以利用RTX技術(shù)、最新一代NVIDIA技術(shù)里的各式各樣的核心，幫助他們做應(yīng)用程序的加速，包括AI應(yīng)用程序和實時光線追蹤。

此外還有NVIDIA RTX SERVER虛擬化技術(shù)。這個技術(shù)是在多個NVIDIA Quadro RTX GPU的基礎(chǔ)上，堆疊大量GPU，借助GPU共享，單個GPU可以為多個虛擬機提供動力，最大程度地提高利用率和負載能力，滿足從AI和深度學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)科學(xué)和高性能計算的需求。

由于疫情原因，NVIDIA一年一度的GTC大會改成了線上的模式。這意味著，數(shù)百場的技術(shù)演講、技術(shù)展示、案例演示，甚至包括幫助用戶上手實操的模擬實驗室的環(huán)境，都需要在云端上進行搭建。這一系列在云端的講堂、實驗室就是典型的分布式遠程移動工作和大規(guī)模用戶同時去存取云端資源的一個案例，也是一個遠程辦公的體驗。

5G普及，桌面虛擬化需求將更興盛、更容易實現(xiàn)

施澄秋表示，雖然國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)帶寬能力已大大增強，但是把GPU虛擬化到桌面仍是當(dāng)前面臨的最大問題。因為網(wǎng)絡(luò)延遲面臨著極大的挑戰(zhàn)，每一個指令都要從本地端傳到云端、再傳輸?shù)綄嶓w的桌面端/客戶端，現(xiàn)在要做的是降低延時并減少用戶的等待時間。

針對上述問題，NVIDIA提出了全新的解決方案。在Quadro RTX以及硬件上做了全新一代的升級，最大可以支持實時8K的RED格式的加密和解密。當(dāng)然，這還要依賴于網(wǎng)絡(luò)跳轉(zhuǎn)路由節(jié)點和整個延遲的降低，這都需要全方位的強化。施澄秋指出，國內(nèi)正大規(guī)模地普及5G，所以這個痛點也會得到較好的解決，今天把GPU虛擬化到桌面，可能比以往更容易。

由于5G的普及，移動辦公的便利性得到提升，桌面虛擬化的需求一定比以往更為興盛。施澄秋認為，企業(yè)虛擬化GPU的側(cè)重點主要是：便于大規(guī)模部署、便于大規(guī)模實時在線熱遷移和熱管理，因此他們會更大程度上考慮可管理性、易用性和可擴展性。

至于大規(guī)模的虛擬化部署會不會影響到NVIDIA實體GPU的使用？施澄秋認為，二者始終是相輔相成的。不論是云端還是實體端、不論是遠端是本地端，GPU的需求始終旺盛。也可以由此反推到用戶的使用習(xí)慣，今天的用戶大部分都不只有一個電子設(shè)備。就像雙卡雙待手機的發(fā)展，今天幾乎99%的手機具備這一功能，就連蘋果也做雙卡雙待了，這主要由用戶需求的多樣性決定的。NVIDIA認為本地的GPU需求，不會因為虛擬化GPU極速降低，會持續(xù)在兩條線上耕耘下去。

結(jié)語

新冠疫情在全球范圍的擴散，使得全球企業(yè)員工的工作模式和形態(tài)，都發(fā)生了巨大的變化。虛擬云端、虛擬客戶機、虛擬工作站，甚至虛擬GPU的發(fā)展，都發(fā)生了極大變化。不論是應(yīng)用程序虛擬化，還是用戶桌面虛擬化，都是使得一個公司或組織，能夠適應(yīng)當(dāng)前及未來相當(dāng)長可預(yù)見的情況下基本的工作能力。

NVIDIA在此時加大虛擬化GPU的投入力度，再一次實現(xiàn)了從單純的硬件產(chǎn)品向提供服務(wù)的方式進行轉(zhuǎn)變，這也符合NVIDIA一直以來軟件化的發(fā)展路線。

套用微信小程序的成功邏輯，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬不再成為限制的前提下，即使在配置不夠高的桌面端，也能進行高算力的工作或娛樂，這將是GPU未來的重要應(yīng)用場景。

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