NVIDIA GRID引領桌面虛擬化技術全新變革

NVIDIA 2013年發表以Kepler架構為基礎的GRID虛擬GPU(vGPU)解決方案之後，市場首次出現真正的GPU硬體虛擬化技術，並帶動桌面虛擬化技術(VDI)的全新變革。

過去10年來，商用運算市場一直有一個理想，希望能把資料和密集運算交給集中式資源處理，再由其他的終端裝置來存取此集中資源。當業者在暢談雲端運算和虛擬化，特別是虛擬桌面基礎架構(VDI)、客戶端合併基礎架構(CCI)和代管虛擬桌面(HVD)等技術時，其實都是基於這樣的想法。

雖然虛擬化技術擁有龐大的市場潛力，但還有許多問題尚待解決。自NVIDIA去2013年發表以Kepler架構為基礎的GRID虛擬GPU(vGPU)解決方案之後，這是第一次，市場看見了真正的GPU硬體虛擬化技術。

為了擴大虛擬桌面基礎架構(VDI)在商用PC市場的接受度，相關生態系統已漸趨成熟。NVIDIA已與多家重要業者建立夥伴關係，包括hypervisor供應商Citrix和VMware、伺服器硬體供應商IBM、戴爾、HP等。

此外，現在NVIDIA正邀請業者利用其常用軟體進行NVIDIA GRID虛擬GPU的免費測試。該公司最近宣布展開GRID技術線上測試計畫，台灣是美國以外首批能參與這項計畫的市場。

克服虛擬化的挑戰

即使越來越多企業用戶瞭解虛擬化的好處，但在目前約有7億台規模的商用PC市場中，虛擬化技術的滲透率卻只有3.5%。

虛擬化技術的主要問題在於，利用虛擬桌面介面(或VDI)時，使用者往往無法得到與傳統PC上相同的視覺體驗。為了解決這個問題，目前的方式是在伺服器上安裝hypervisor，並由伺服器CPU來執行虛擬機的繪圖處理。

但這種做法是非常沒有效率的。即使是執行Microsoft Windows 7桌面，也需要能支援DirectX 9，這表示渲染作業仍需要在GPU上執行。若要在資料中心執行這樣的任務，會需要龐大的伺服器資源，這使得就成本效益來看，虛擬化一直無法成為企業的理想選擇。

也因此，現在的VDI市場僅能瞄準約1億台執行資料入和簡單辦公室應用程式的PC市場，其他約6億台的知識工作者、重度使用者以及設計師市場，都是虛擬化技術無法進入的。

Kepler架構扮演關鍵要角

事實上，資料中心並未使用GPU來執行特定應用程式的說法是一項誤解。GPU確實適用於某些資料中心應用，但有一定的限制。有一種解決方式是透過GPU共享，利用hypervisor使客戶端應用程式好像擁有自己專屬的GPU一樣。

此作法對某些企業來說是可行的，但卻不是最理想的，因為有些應用程式還是需利用原生的繪圖驅動程式才能達到最佳效果。此外，當企業需執行必須能在虛擬環境中彼此相容的多種應用程式時，也會使GPU共享變得不容易管理。

另一種解決方式是在伺服器中提供專屬的實體GPU。與其他需執行客戶端虛擬任務的系統元件不同，這顆GPU會被視為實體元件。透過每台虛擬機擁有專屬的GPU，便能免除軟體管理以及系統效能受影響的缺點。

但是，這兩種方式都還不足以讓業界廣泛採用虛擬化技術；舉例來說，隨著使用者人數增加，GPU共享的軟體負擔會影響執行效能，而採用實體的專屬GPU則不適用於大規模的虛擬化環境建置。

透過GRID架構，NVIDIA能夠提供2D/3D影像和100%的API支援，並同時能隨使用者數量(CCU)的增加進行擴充，讓GPU加速繪圖的應用更為廣泛。這其中的關鍵便是Kepler架構，它的記憶體管理單元(MMU)能映射並轉譯主機虛擬位址到系統實體位址，讓每個處理任務都有自己的虛擬位址空間。

Kepler還可提供256個獨立的輸入緩衝，每個都專屬於一個不同的主機，讓每台虛擬機的指令分開串流到獨立的渲染內容中。這種結合位址空間統一MMU和VM特定MMU的方式，可提供真正的虛擬GPU，不但能為許多用戶提供服務，而且不會因為軟體負擔而影響效能和時間延遲。

擴展更廣大的應用市場

透過利用GRID vGPU的VDI技術，NVIDIA已讓雲端繪圖應用變得可能，也使終端裝置不再受限於特定的硬體需求，連h.264串流也能輕鬆在客戶端的螢幕上顯示。

雲端運算已為3D設計和視覺處理等產業帶來根本性的變革。過去，他們都是將原始資料從資料中心複製到客戶端裝置來執行，但隨著資料量日益龐大，這種做法無疑地會浪費許多時間與成本。更合理的方式是將巨量資料留在資料中心，並在伺服器上執行繪圖作業，然後只將顯示畫素傳送到客戶端裝置上就好。

對行銷、業務、工程和採購人員來說，他們將能從遠端存取資料中心的最新顯示資料。這些使用者或許不會直接參與產品開發，但他們的工作也都需要能快速、正確地檢視最新的專案內容。

在此願景下，雲端繪圖技術可望開啟龐大的市場商機，讓2億2仟5佰萬的設計人員和重度使用者能獲益於虛擬化架構，另外過去未能享有虛擬化優勢的知識工作者，也將因此而獲益。

建構堅強的生態系統

在NVIDIA發表GRID vGPU技術之前，沒有任何一家公司能夠實現GPU虛擬化的概念，也因此生態系統的建置才剛開始。Hypervisor供應商需要在其技術中納入對vGPU的支援，同時伺服器業者需要將GRID vGPU建置在其伺服器中。過去一年來，NVIDIA正積極與這些業界夥伴合作，致力於使GRID vGPU成為商用市場可行的解決方案。

在hypervisor方面，Citrix的XenServer已可支援GRID vGPU。透過與Citrix的合作，NVIDIA已在一年內，將參與測試公司的家數從少數幾家快速成長近500家。VMware也宣布將於2014年稍晚開始支援GRID vGPU。由於VMware ESX hypervisor的市佔率將近80%，這將有助於推動NVIDIA GRID的快速發展。

在硬體方面，NVIDIA已與全球主要的硬體OEM業者合作，包括思科、戴爾、IBM、富士通、HP、華碩、TYAN、Supermicro和雲達(Quanta Cloud Technology；QCT)等都將支援GRID。值得注意的是，不僅只有利基型產品會支援GRID，像HP ProLiant DL380和Dell PowerEdge R720都是全球出貨量領先的伺服器，而它們都將支援GRID。

測試NVIDIA GRID虛擬GPU

由於虛擬GPU市場才剛開始，有鑑於之前對於客戶對虛擬化的失望結果，NVIDIA瞭解，客戶對於VDI的效益仍有疑慮。因此，NVIDIA現正提供客戶試用其雲端繪圖加速技術的機會，無需花費時間或成本自行建立概念性的私有雲端。

NVIDIA非常有信心，它能為遠端桌面和應用程式提供更佳的體驗，並在虛擬化環境中執行繪圖密集的應用程式。請造訪：http://www.nvidia.com/trygrid。執行免費的GRID測試。