NVIDIA GRID引领桌面虚拟化技术全新变革
- 张琳一／台北
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过去10年来，商用运算市场一直有一个理想，希望能把数据和密集运算交给集中式资源处理，再由其他的终端装置来存取此集中资源。当业者在畅谈云端运算和虚拟化，特别是虚拟桌面基础架构(VDI)、客户端合并基础架构(CCI)和代管虚拟桌面(HVD)等技术时，其实都是基于这样的想法。
虽然虚拟化技术拥有庞大的市场潜力，但还有许多问题尚待解决。自NVIDIA去2013年发表以Kepler架构为基础的GRID虚拟GPU(vGPU)解决方案之后，这是第一次，市场看见了真正的GPU硬件虚拟化技术。
为了扩大虚拟桌面基础架构(VDI)在商用PC市场的接受度，相关生态系统已渐趋成熟。NVIDIA已与多家重要业者建立夥伴关系，包括hypervisor供应商Citrix和VMware、服务器硬件供应商IBM、戴尔、HP等。
此外，现在NVIDIA正邀请业者利用其常用软件进行NVIDIA GRID虚拟GPU的免费测试。该公司最近宣布展开GRID技术在线测试计划，台湾是美国以外首批能参与这项计划的市场。
克服虚拟化的挑战
即使越来越多企业用户了解虚拟化的好处，但在目前约有7亿台规模的商用PC市场中，虚拟化技术的渗透率却只有3.5%。
虚拟化技术的主要问题在于，利用虚拟桌面界面(或VDI)时，使用者往往无法得到与传统PC上相同的视觉体验。为了解决这个问题，目前的方式是在服务器上安装hypervisor，并由服务器CPU来执行虚拟机的绘图处理。
但这种做法是非常没有效率的。即使是执行Microsoft Windows 7桌面，也需要能支持DirectX 9，这表示渲染作业仍需要在GPU上执行。若要在数据中心执行这样的任务，会需要庞大的服务器资源，这使得就成本效益来看，虚拟化一直无法成为企业的理想选择。
也因此，现在的VDI市场仅能瞄准约1亿台执行数据入和简单办公室应用程序的PC市场，其他约6亿台的知识工作者、重度使用者以及设计师市场，都是虚拟化技术无法进入的。
Kepler架构扮演关键要角
事实上，数据中心并未使用GPU来执行特定应用程序的说法是一项误解。GPU确实适用于某些数据中心应用，但有一定的限制。有一种解决方式是透过GPU共享，利用hypervisor使客户端应用程序好像拥有自己专属的GPU一样。
此作法对某些企业来说是可行的，但却不是最理想的，因为有些应用程序还是需利用原生的绘图驱动程序才能达到最佳效果。此外，当企业需执行必须能在虚拟环境中彼此兼容的多种应用程序时，也会使GPU共享变得不容易管理。
另一种解决方式是在服务器中提供专属的实体GPU。与其他需执行客户端虚拟任务的系统元件不同，这颗GPU会被视为实体元件。透过每台虚拟机拥有专属的GPU，便能免除软件管理以及系统效能受影响的缺点。
但是，这两种方式都还不足以让业界广泛采用虚拟化技术；举例来说，随着使用者人数增加，GPU共享的软件负担会影响执行效能，而采用实体的专属GPU则不适用于大规模的虚拟化环境建置。
透过GRID架构，NVIDIA能够提供2D/3D影像和100%的API支持，并同时能随使用者数量(CCU)的增加进行扩充，让GPU加速绘图的应用更为广泛。这其中的关键便是Kepler架构，它的存储器管理单元(MMU)能映射并转译主机虚拟位址到系统实体位址，让每个处理任务都有自己的虚拟位址空间。
Kepler还可提供256个独立的输入缓冲，每个都专属于一个不同的主机，让每台虚拟机的指令分开串流到独立的渲染内容中。这种结合位址空间统一MMU和VM特定MMU的方式，可提供真正的虚拟GPU，不但能为许多用户提供服务，而且不会因为软件负担而影响效能和时间延迟。
扩展更广大的应用市场
透过利用GRID vGPU的VDI技术，NVIDIA已让云端绘图应用变得可能，也使终端装置不再受限于特定的硬件需求，连h.264串流也能轻松在客户端的屏幕上显示。
云端运算已为3D设计和视觉处理等产业带来根本性的变革。过去，他们都是将原始数据从数据中心复制到客户端装置来执行，但随着数据量日益庞大，这种做法无疑地会浪费许多时间与成本。更合理的方式是将巨量数据留在数据中心，并在服务器上执行绘图作业，然后只将显示像素传送到客户端装置上就好。
对行销、业务、工程和采购人员来说，他们将能从线上存取数据中心的最新显示数据。这些使用者或许不会直接参与产品开发，但他们的工作也都需要能快速、正确地检视最新的专案内容。
在此愿景下，云端绘图技术可望开启庞大的市场商机，让2亿2仟5佰万的设计人员和重度使用者能获益于虚拟化架构，另外过去未能享有虚拟化优势的知识工作者，也将因此而获益。
建构坚强的生态系统
在NVIDIA发表GRID vGPU技术之前，没有任何一家公司能够实现GPU虚拟化的概念，也因此生态系统的建置才刚开始。Hypervisor供应商需要在其技术中纳入对vGPU的支持，同时服务器业者需要将GRID vGPU建置在其服务器中。过去一年来，NVIDIA正积极与这些业界夥伴合作，致力于使GRID vGPU成为商用市场可行的解决方案。
在hypervisor方面，Citrix的XenServer已可支持GRID vGPU。透过与Citrix的合作，NVIDIA已在一年内，将参与测试公司的家数从少数几家快速成长近500家。VMware也宣布将于2014年稍晚开始支持GRID vGPU。由于VMware ESX hypervisor的市占率将近80%，这将有助于推动NVIDIA GRID的快速发展。
在硬件方面，NVIDIA已与全球主要的硬件OEM业者合作，包括思科、戴尔、IBM、富士通、HP、华硕、TYAN、Supermicro和云达(Quanta Cloud Technology；QCT)等都将支持GRID。值得注意的是，不仅只有利基型产品会支持GRID，像HP ProLiant DL380和Dell PowerEdge R720都是全球出货量领先的服务器，而它们都将支持GRID。
测试NVIDIA GRID虚拟GPU
由于虚拟GPU市场才刚开始，有监于之前对于客户对虚拟化的失望结果，NVIDIA了解，客户对于VDI的效益仍有疑虑。因此，NVIDIA现正提供客户试用其云端绘图加速技术的机会，无需花费时间或成本自行建立概念性的私有云端。
NVIDIA非常有信心，它能为线上桌面和应用程序提供更佳的体验，并在虚拟化环境中执行绘图密集的应用程序。请造访：http://www.nvidia.com/trygrid。执行免费的GRID测试。
