第1章       PC/IDV在圖形設計場景下的應用痛點

v圖紙等重要資料保存在PC本地有泄密風險

      PC將圖紙數據存放在本地硬盤上，U盤拷貝、網絡外發等行為會造成較大的泄密風險。即便在PC上安裝加密、桌管等軟件進行控制，也難以從根本上解決問題，比如拆解硬盤、便可無痕跡獲取核心資料。

      v缺乏完整的數據容災方案，意外事件發生時數據有丟失風險

      隨著PC逐步老化，難免會發生硬盤損壞、主機故障、勒索病毒等意外事件，如果圖紙數據沒有提前備份，那么硬盤文件將直接丟失或被加密，恢復難度高。同時，又因為這些信息散落在每臺終端上，只能依靠員工主動備份，目前尚無完整的PC數據備份解決方案。

      vIT投資成本不透明&資源難以復用

      設計人員的PC需要依靠經驗配置顯卡、CPU、內存等資源，往往會以最高要求的配置來購買設備，導致資源浪費，但如果不這樣做，PC性能就無法滿足長期使用。此外，設計人員PC和圖形渲染工作站都需要購買，無法資源復用，這又會有重復投資的問題。

      v硬件擴展性差，不能快速適應業務變化

      PC硬件配置相對固定，如需擴展，則需要更換CPU、顯卡等配件，在圖紙設計規模變化時無法快速應對，比如過去大多數圖紙只有幾十M，使用原PC還不錯，但因業務發展、圖紙規模上升到幾百M甚至幾G，現有PC就很難帶動，調整起來很麻煩。

第2章       設計場景需要圖形加速型虛擬桌面

2.1           GPU可為虛擬桌面提供專業圖形特性

    Catia、CAD、Pro-E等專業軟件需要DX或OpenGL的支持，在無GPU的虛擬桌面下，會出現兼容性、色彩失真等問題。原因很簡單，專業軟件需要完成捕捉、編碼和渲染等工作，這些任務在無GPU虛擬桌面下，只能由主機的CPU來處理，無法達到設計人員所需要的本地級體驗和性能水平。

      NVIDIA GPU技術能夠為用戶提供合適的圖形加速性能水平，包括全速運行 Windows 10和專業圖形應用程序，廣泛適用于專業平面設計、機械模具設計與制造、建筑/裝潢設計、高校高職3D教學等領域。

2.2           中國首款基于KVM vGPU虛擬桌面解決方案

      深信服與全球領先的顯卡芯片廠商英偉達（NVIDIA）合作，將NVIDIA Virtual GPU技術深度集成在深信服aDesk桌面云平臺上形成整體解決方案，該方案具備更高性能、更高密度的GPU虛擬化體驗，讓用戶感受身臨其境的圖形加速效果，為深信服桌面云用戶在WIN10、3D圖形設計、多媒體等復雜的圖像數字場景下帶來極致流暢的云桌面體驗，同時這也是國內首款基于KVM技術的vGPU虛擬桌面解決方案。

2.3           GPU虛擬化為用戶和IT帶來更多優勢

對用戶來說，當虛擬桌面融入GPU技術后，利用其強勁性能，可確保虛擬機能夠具備無異于高端PC的特性，比如抗鋸齒、逼真的模型、增強的應用程序性能以及應用程序認證等。同時，用戶能夠徹底改變業務開展及辦公的方式，享受桌面隨需接入的移動性、實現IT資源調配的靈活性，從而使員工達到更高的整體生產效率。

對IT來說，通過外設黑白名單、快照備份、文件導入導出審計等核心技術，結合桌面云的數據不落地特性，可以保護圖紙等重要業務數據免受丟失和盜竊的影響。而IT部門還能夠在控制臺集中管理所有用戶，統一升級和排除故障，這樣有助于簡化支持。

總體來說，從用戶價值來看，顯卡虛擬化可獲得媲美PC的用戶體驗，從IT價值來看，顯卡虛擬化體現在3點：一是解決圖紙安全難題；二是實現GPU資源占用可視，合理化投資；三是GPU資源池化，硬件復用性高，比如白天用于辦公、設計，晚上用于渲染等。

1.1.1 vGPU方案

    如上圖所示，M10、M60顯卡安裝在物理服務器上，vGPU Manager會將物理GPU劃分成N多個獨立的vGPU實例，這些實例會直接傳遞給安裝了NVIDIA驅動程序的虛擬機。當用戶接入虛擬桌面并開始工作時，NVIDIA驅動程序會通過Hypervisor將命令發送至vGPU Manager引擎，該引擎會對物理GPU所要處理的任務進行調度，然后將處理結果發回虛擬機。

    由于M10和M60在圖形加速方面性能強勁，所以整個調度任務在幾納秒內即可完成，為用戶提供本地級的用戶體驗。

1.1.2 直通方案

如上圖所示，該方案需要的組件和vGPU方案一樣（物理顯卡、GPU管理軟件、顯卡驅動），不同的是，直通方案采用顯卡透傳技術，把一個GPU核心直接透傳給單個虛擬機，所以圖形處理性能很高，主要適用于圖形工作站等高端設計場景。

目前支持兩種顯卡，一種是M10，有4個GPU核心，用直通方案可以透傳給4個虛擬機使用，還有一種是M60，有2個GPU核心，單核性能比M10更高，可透傳給2個虛擬機使用。一般來說，圖形工作站場景因為性能要求較高，所以需要采用M60直通方案。

1.1.3 方案對比

1.2           關鍵技術特性

1.2.1 GPU資源池化調度

在PC或IDV模式下，GPU資源都是獨占的，即使無人使用也無法釋放。當部署vGPU虛擬桌面后，vGPU資源和授權在關機后即可釋放，所以能夠實現資源靈活調度和復用，技術方案如下：

1)      可以采用池化桌面，先創建固定數量的GPU虛擬機池，當用戶接入時隨機分配GPU虛擬機，退出時歸還資源池。

2)      結合個人云盤（內置云盤功能或愛數AnyShare）可以在池模式下存儲個人數據，當用戶接入GPU虛擬機時自動掛載專屬數據盤。

這樣就通過分時復用降低了投資成本，并避免數據泄密風險。

應用場景舉例：

1)      共享看圖，比如生產線3D看圖、供應商看圖、采購部看圖等，只需要按并發用戶部署GPU虛擬桌面資源池。

2)      共享設計，對于費用高昂且可分時復用的設計場景，也可以采用這種池化模式，降低購買軟件的成本。

3)      白天用于設計，晚上用于渲染。

1.2.2 GPU資源可視化

通過控制臺界面可以實時查看顯卡的負載情況、分配情況：

1)      查看顯卡GPU核心空閑情況，調度是否合理

2)      查看GPU利用率、運行曲線和主機顯卡配置

3)      查看顯卡溫度、分片情況、虛擬機占用情況

這樣便可以輕松掌握GPU的業務負載狀態，實現按需投資，并幫助用戶更好的規劃GPU資源調度。

1.2.3 vGPU虛擬機跨集群遷移

深信服桌面云超融合平臺支持將3D虛擬機遷移到另一集群的GPU服務器，支持將原集群虛擬機遷移到新GPU集群服務器，可用于如下2個場景：

1)      使用深信服GPU服務器在實際環境進行測試，正式采購后部署了新GPU服務器集群，可以通過控制臺將測試服務器3D虛擬機跨集群遷移到正式購買的GPU服務器上。

2)      過去已經在普通辦公場景部署了深信服桌面云，現部分人員因業務調整需要使用3D設計軟件，這個時候可以部署GPU集群，并將原虛擬機遷移過來，配置vGPU后即可使用。

除此之外，深信服還支持將原3D虛擬機跨集群遷移到非GPU服務器上使用，當然遷移后就無法支持3D軟件了。

1.2.4 混合集群HA機制

注：上圖的2D服務器是指非GPU的普通服務器。

深信服可以支持普通服務器、GPU直通服務器、vGPU服務器組建集群，虛擬機能夠在同型號vGPU下實現HA和負載均衡。

該技術特性有如下幾種應用場景：

a)      新購GPU服務器加入原服務器集群，利用多副本保障數據安全性。

b)      新購GPU服務器顯卡與原集群顯卡型號和數量不同，支持組集群，分別滿足W10、設計等不同用途。

c)       普通服務器、直通GPU服務器、vGPU服務器組建同一集群，分別滿足W7、W10、設計、圖形工作站等不同用途。

d)      普通實訓室和3D實訓室共享資源，比如沒有3D實訓課時，可以啟動普通虛擬機，滿足其他課堂所需，資源充分利用。

1.3           NVIDIA GRID平臺概述

1.3.1 Tesla硬件

    M10集成四顆Maxwell核心，也稱四芯顯卡，主要為了給更多虛擬化用戶并發使用。規格方面，M10共有2560個CUDA（每顆核心640個）、32GB顯存，每塊M10最多承載32個vGPU虛擬化用戶。

      M60集成兩顆Maxwell核心，也稱雙芯顯卡，配備4096個CUDA（每顆核心2048個）、16GB顯存，每塊M60支持16個并發用戶，同時支持最多36條H.264 1080p/30fps視頻流。

    總結：顯卡單GPU核心CUDA數越高，處理性能則越強，因此M10雖然核心高、顯存高，但性能遠低于M60（M60單核CUDA數更高）。一般情況，M10適合于W10、教學3D、輕量設計等場景，而M60適合于企業3D中高端設計、圖形工作站等場景。