AMD Multiuser GPU: аппаратная виртуализация GPU для реальной профессиональной рабочей станции - Техническая спецификация

Copyright © 2016 Advanced Micro Devices, Inc

Все права зарезервированы

Данная статья является адаптированным перевозом технической спецификации AMD Multiuser GPU: Hardware-Enabled GPU Virtualization For A True Workstation Experience

На протяжении последних лет развивалась Virtual Desktop Infrastructure (VDI, Инфраструктура виртуальных рабочих мест), помогая обогатить опыт пользователей и улучшить простоту управляемости и оснащения. Многие традиционные корпоративные пользователи VDI получили производительность и снизили TCO (Total Cost of Ownership, Совокупную стоимость владения) для своих пользователей рабочих мест. Рост потребностей VDI для решения запросов "создаваемых с нуля" пользователей для тех организаций, которые желают получить преимущества безопасного размещения рабочих мест при развёртывании модели, которая при этом более согласована со своими обычными приложениями рабочих мест. Подобные оснащения должны отвечать имеющимся стандартам центров обработки данных для гипервизоров при применении возможностей, которые соответствуют обычным рабочим станциям.

Удалённые графические протоколы значительно улучшили навыки пользователей, предоставляя ощущения вычислительных ресурсов локальных рабочих мест пользователям локальных сетей и оптимизируя возможности мультимедиа и графики для пользователей глобальных сетей. Такие удалённые протоколы могут доставлять выстраиваемое GPU содержимое из вашего центра обработки данных, позволяя Виртуальным машинам со стандартными ОС рабочих мест стать основным методом оснащения для пользователей всех типов. Для пользователей из диапазона от требовательных приложений рабочих станций с высокими потребностями 3D GPU вплоть до обычных корпоративных рабочих мест, которые желают получить возможности прокачанных рабочих мест, усиленных GPU, все они могут воспользоваться широким спектром решений VDI, которые сейчас находятся в доступности рынка.

VDI является великолепным способом помочь гарантировать безопасность рабочего места за счёт его размещения вне корпоративного частного облака (в пределах центра обработки данных) или путём предоставления через поставщиков облачных служб, либо через полностью общедоступные, либо через гибридные облачные решения для общего и частного доступа. Те не менее, все возможности должны соответствовать тому, что пользователи ожидают от своих систем настольных рабочих мест, а не некий ограниченный функциональный набор. Оснащения корпоративных VDI должны иметь доступ к ресурсам GPU в этом центре обработки данных или у поставщика услуг чтобы доставлять возможности 3D для множества пользователей и при этом всё ещё гарантируя доступность стандартов всех графических API и API вычислений как если бы это были локальные рабочие станции.

Технологии GPU для VDI позволяют пользователю перейти с физических настольных и переносных рабочих станций с тем чтобы фиксировать такие же, или даже лучшие графические возможности что и их настольные рабочие станции, обеспечивая производительность при том, что становится доступной перемещение больших видов пользователей к VDI. При поддержке такой миграции на VDI при включении GPU для виртуализации для множества пользователей производителям GPU необходимо обеспечить чтобы такое GPU предоставляло предсказуемую производительность, помогая лучше калибровать типы пользователей и число необходимых ресурсов GPU.

Последние несколько лет AMD затратила на реализацию функций в нашем оборудовании GPU для их подготовки под платформы виртуализации. Реализации в наших кристаллах делают возможным для нашей новой технологии AMD Multiuser AMD совместно применять ресурсы данного GPU для множества пользователей или виртуальных машин при предоставлении более расширенных возможностей в сравнении с теми, которые ожидают пользователи локальных рабочих станций применяющих отдельные GPU. Такие продукту AMD Multiuser GPU могут предоставлять корпоративным пользователям выбор для потребностей их GPU и обработки 3D которые могут помочь сделать применение GPU более всеобъемлющим при оснащении VDI.

При использовании VDI (Virtual Desktop Infrastructure, Инфраструктуры виртуальных рабочих мест) можно получить преимущества безопасности, управляемости, удалённого доступа для оснащения и поддержки корпоративных рабочих мест пользователей и может дополнительно привести к снижению совокупной стоимости владения (TCO). Для имеющихся разновидностей квалифицированных специалистов ИТ и работающего по графику персонала развёртывание VDI помогает применять лучший контроль за окружениями пользователей при включении роста производительности за счёт виртуальных машин, располагающихся ближе к центру обработки данных, поддерживающих наборы данных или приложения. Те пользователи, которым требуется наивысшая вычислительная производительность, в особенности связанная с технологией GPU для вычислительных приложений GPU, которые либо остаются на физических настольных системах, либо либо развёртываются с относительно затратными технологиями проброса GPU, теряя все преимущества распределения стоимости имеющихся графических карт на многочисленных пользователей. Ранний технологии виртуальных GPU разрешали некоторые из этих областей путём адаптации стандартной архитектуры GPU для виртуализации посредством программного обеспечения в самом гипервизоре, однако это не является идеальным решением для подражания истинным производительностям GPU подобных дискретным. Такие свойства, как вычислительная функциональность являются не доступными, что ограничивает для некоторых приложений обращаться к использованию GPU когда некая настольная рабочая станция должна бы была применять какое- то устройство GPU, однако оно всё ещё может иметь намного большую стоимость чем множество дискретных GPU настольных рабочих мест.

Стандартные технологии VDI применяют программно эмулирующие GPU? в частности в VMware vSphere с Horizon View, где имеющийся основной уровень графических возможностей ограничен. Такие работы прекрасны для квалифицированных специалистов, когда включается программная эмуляция 3D с vSGA (Virtual Shared Graphics Acceleration, Виртуальными совместно используемыми графическими ускорителями), позволяющая исполняться основным приложениям, хотя и с более высоким уровнем нагрузки на ЦПУ. Производительность vSGA и далее расширяется путём применения аппаратных GPU с соответствующими драйверами от производителей графических устройств. Тем не менее, даже при наличии аппаратной поддержки vSGA, они не обязательно соответствуют наличию требований более нагруженной 3D графики потребностей вычислительных пользователей. Сертификации (например, CAD/CAE) для приложений не доступны из- за ограниченного уровня поддержки в графических API, таких как OpenGL^® или DirectX^®.

Виртуальные GPU делают возможным для рабочих мест и категорий пользователей интенсивных вычислений мигрировать в VDI с приемлемой производительностью GPU. Пользователи рабочих мест CAD/ CAE, M&E и специальных сегментов могут использовать драйверы класса рабочих мест на подходящих платформах для поддержки приложений с требованиями сертификации. Пользователи интенсивных приложений, которые зависят от DTP/ публикации рабочих мест, либо внутренних корпоративных приложений, которм необходима поддержка GPU, могут перейти в среды VDI.

Вместо повторного использования имеющегося графического процессора и добавления уровня программного обеспечения под удовлетворение требований к виртуализации, подход AMD Multiuser GPU заключается в создании совершенно нового класса архитектуры графического процессора с возможностями виртуализации, встроенными в кристалл. AMD бросила вызов тому подходу, при котором поддержка виртуализации GPU требует проприетарного программного решения. AMD реализовала аппаратную архитектуру графического процессора в соответствии с устоявшимся стандартом PCIE^® для виртуализации SR-IOV (Single Root I/ O Virtualization, Виртуализации ввода/ вывода с единым корнем). Кульминацией этих усилий стало создание первого в отрасли аппаратного vGPU (virtualized GPU, Виртуализованного графического процессора).

Имеющаяся спецификация SR-IOV определяет виртуальные устройства PCIe для выставления одной или более физических функций PF (physical functions) плюс некотрое чило виртуальных функций VF (virtual functions) на имеющейся шине PCIe. Данная спецификация также определяет некий стандартный метод для включения таких виртуальных функций через системное программное обеспечение, такое как сам гипервизор или делигированные им подсистемы. Эти VF могут наследовать те же самые графические возможности имеющегося физического GPU, позволяя каждой становиться имеющими полную возможность поддерживать всю функциональность графических GPU. Посредством имеющихся PF, системное программное обеспечение управляет разрешением полномочий и доступом к ним присутствующих VF, устанавливая внутреннее соответствие таких ресурсов как отдельные графические ядра и локальная память GPU. Основная задача управления виртуализацией GPU может таким образом применять всю имеющуюся логику управления стандартным устройством PCIr в имеющемся гипервизоре, разгружая этот гипервизор от проприетарных и сложных программных реализаций. Чтобы дополнительно упростить получаемое решение, можно загрузить некий дополнительный драйвер в помощь этому гипервизору включать/ отключать виртуальные функции и управлять ресурсами Multiuser GPU.

Сама PF управляет совместным использованием графических ресурсов путём составления расписания своих ядер GPU для VF и выделения графической памяти каждой из этих VF. Эта PF также назначает внутренние пространства регистров каждой VF чтобы гарантировать некую упорядоченность и структурированный метод для доступа своих VF к аппаратным ресурсам и данным, причём одновременно помогая сохранять безопасность. Поскольку всякая VF GPU разработана для наследования всех атрибутов самого физического GPU, она поддерживает все возможности GPU, позволяя необходимую поддержку графических и вычислительных свойств.

Когда эти VF пробрасываются в назначенные им виртуальные машины, они проявляются как полностью укомплектованные графические устройства для гостевых ОС таких виртуальных машин. Поскольку все гостевые ОС наблюдают такие VF как натуральные графические устройства, естественный графический драйвер FirePro™ AMD, который разработан для профессиональных графических устройств может быть загружен внутри такой виртуальной машины чтобы разблокировать возможности графики и вычислений такого GPU.

Некоторое число графических продуктов FirePro уже поддерживает режим проброса, позволяя удалённым пользователям возможность доступа к некоторому GPU, установленному в сервере хоста с какого- то устройства клиента. Multiuser GPU AMD развивает данную архитектуру на поддержку от 1 до 16 VF, позволяя каждой проявляться как какое- то пробрасываемое устройство с дополнительной безопасностью и уровнем качества обслуживания (QoS). Установление соответствия одной VF какой- то виртуальной машине делает возможным создание до 16 независимых гостевых ОС, которые получают ускорение отдельного GPU. Плотность пользователей ограничивается только имеющимися возможностями слотов PCIe. Те платформы, которые поддерживают четыре слота PCIe имеют потенциал поддержки до 128 пользователей со 128 независимыми ОС на продуктах с двойными GPU.

Основным преимуществом аппаратной виртуализации является то, что оборудование управляет циклами расписания, доставляя предсказуемое качество обслуживания (QoS). Такие фиксированные циклы расписания делятся в равной степени делятся на все VF, гарантируя то, что каждая VF получит свою справедливую долю служб GPU.

Предсказуемые производительность млм детерминированное QoS приводят к плавному переходу от пилотных проверок концепции к оснащениям в масштабах всей организации. Диспетчеры пилотов определяют имеющиеся возможности GPU во время стадии проверки концепции и масштабируют вверх или вниз плотность пользователей (число пользователей на GPU) по мере необходимости.

Способность определять потребности GPU в базе данных пользователей зависит от возможностей организации прогнозировать и планировать свои ресурсы. При недостаточном прогнозировании результатов мы получаем в результате неспособность удовлетворения ожиданий пользователей; при чрезмерном прогнозировании результатов приводит к неполному использованию конфигурации.

Предсказуемый характер решения Multiuser GPU помогает избегать обоих этих нежелательных последствий.

Стремление к виртуализации частично обусловлено потребностями централизации и обеспечения безопасности данных и ресурсов. Краеугольным камнем технологии Multiuser GPU AMD является её способность удержания имеющейся целостности данных виртуальных рабочих мест и их прикладных данных. Логика аппаратной поддержки изоляции памяти предоставляет безопасное хранение данных между VF, что помогает этим VF предотвращать доступ из прочих VF к данным в других ВМ.

Поскольку наличие безопасности на уровне железа является минимальным требованием любого решения виртуализации, ответ AMD в виде виртуальных GPU на аппаратном уровне является сильным сдерживающим фактором для пользователей без необходимой авторизации, которые пытаются отыскать на уровне программного обеспечения или на уровне приложений средства выделения или разрушения данных пользователя GPU из своих виртуальных машин. Хотя некая VF и может получить доступ ко всем возможностям GPU в своей собственной части GPU, она не имеет доступ к выделенной локальной памяти VF своих собратьев.

Технология Multiuser GPU AMD выставляет всю функциональность гаафики своего GPU в определённую VF в её разделе, делая возмодными не только поддержку для таких графических API как DirectX и OpenGL, но также и вычислительные API GPU, такие как OpenCL™. Написанный в этих стандартах код для имеющегося физического устройства нет нужды приспосабливать или изменять для работы вво всём виртуальном окружении. AMD является первым производителем GPU для поддержки естественных вычислительных функций GPUна аппаратной основе внутри всей виртуальной среды. Так как VF способны осуществлять доступ ко всем имеющимся ресурсам построения изображений GPU на протяжении отведённых им срезов времени, нет нужды выполнять опреации после выполнения для разделения данных или задач.

AMD оперирует на основе принципа архитектуры, выстраивыаемой вокруг пользователя, предлагая полезные свойства и позволяя своим клиентам создавать способы применения этих свойств. Границы добавляются к контролю за предоставлением уровня обслуживания, а не к ограничению в применении. Профессиональная графика FirePro, торговой марки графических продуктов рабочих станций AMD может сопровождать до шести дисплеев на GPU для стандартной продукции или выбрать аппаратуру W- серии FirePro AMD. Поскольку Multiuser GPU входит в состав продуктовой линейки FirePro, такая возможность поддержки до шести дисплеев является её внутренне присущим качеством. Продукты Multiuser GPU расширяют данную характеристику, позволяя каждой VF сопровождать до шести дисплеев внутри её виртуальной машины. Существует некое практическое ограничение когда 16 VF обладают в отдельности поддерживать шесть дисплеев при некотором общем максимуме в 96 дисплеев. Имеющиеся возможности локальной оперативной памяти будут определять общее число дисплеев, которое будет практично назначать всем конечным пользователям в их виртуальных машинах. Само устройство клиента и/ или приложения, представляемые такой виртуальной машиной также имеют возможность ограничивать общее число дисплеев, поддерживаемых для управления их собственными метриками качества обслуживания.

Помимо своего определяющего принципа проектирования, технология Multiuser GPU AMD не требует потребности в понятиях строгих профилей. Администратору хоста предоставляется полная свобода настройки определённого GPU для диапазона от 1 до 16 пользователей и всех конфигураций внутри него. Если потребности построения изображений данного пользователя требуют всего GPU, тогда этот администратор настраивает данное GPU в режиме прямого проброса. Если данное GPU разделяется между пользователями исходя из требований сбережения средств, тогда этот администратор может разрешить поддержку от 2 до 16 пользователей на GPU. Конфигурация из пяти пользователей настолько же допустима, как и работа семи, двух или шестнадцати пользователей.

Технология Multiuser GPU предоставляет своим пользователям близкую к железу функциональность, устраняя пробел в практике виртуализации и делая её близкой к тому чтобы стать неотличимой от применения в натуральном рабочем месте.

Хотя архитектура Multiuser GPU и потребовала многих лет на свою разработку, полученная в результате технология проста в развёртывании, что делает виртуализацию GPU более доступной для большего числа потребителей. Технология Multiuser GPU AMD оптимизирована для гипервизоров первого типа, помещая самую низкую нагрузку на его службы. Когда такой гипервизор поддерживает стандарт SR-IOV, нет никаких дополнительных требований к этому гипервизору для управления виртуализацией данного GPU. Это упрощает подход к разгрузке с самого гипервизора всех относящихся к виртуализации GPU задач, что позволяет данному Многопользовательскому решению AMD очень легко применяться в различных гипервизорах. Данная технология не только может быть применена к различным версиям гипервизоров, но также может переноситься на прочие гипервизоры с формальными изменениями, необходимыми для её интеграции.

Для конкретного пользователя некий простой подход к какой- то сложной технолгии в результате приводит к простым установке и применению. Если некий пользователь способен настроить устройство для прямого проброса операций в сценарии один- к- одному, тогда ему требуется всего лишь два дополнительных шага для таких пользователей чтобы загрузить некий небольшой драйвер в имеющемся хосте и настроить данную технологию Multiuser GPU. С этого момента становятся возможными для проброса все виртуальные устройства GPU, причём предоставляя готовность поддержки варианта применения один- ко- многим (GPU- к- пользователям).

AMD продолжает инвестиции в свою интеграцию технологии Multiuser GPU с ведущими приложениями виртуализации и гипервизорами из представленных на рынке.

На момент запуска своего первого поколения продуктов с данной технологией, Multiuser GPU имели поддержку для всего стека продуктов VMware. После выхода в свет данной продукции планируется поддержка дополнительных гипервизоров. {Прим. пер.: наш совместный с партнёрами из Active Telecom центр компетенции готов предоставить вам услугипо настройойке решений для гипервизоров KVM, X en Server и Hyper-V, а также протокола Nice DCV в клиент- серверных решениях с серверами Windows и Linux под всеми перечисленными гипервизорами.}

В среде гостевой ОС эта технология поддерживает 64- битные версии Windows^® 7, Windows^® 8.1 и Windows® 10. {Прим. пер.: специалисты совместного центра компетенции из наших партнёров Active Telecom с нами может помочь вам в настройке клиентов HTML5, Horizon и тому подобных, а также в настройке брокеров сллужб удалённых рабочих мест.} Тот драйвер, который применяется для гостевых виртуальных машин является тем же самым стандартным графическим драйвером AMD FirePro , который применяется в обычных рабочих местах. {Прим. пер.: клиентам HTML5 драйвер не требуется.}

Данная технология имеет полную поддержку для клиентов Horizon View (причём как для PCoIP, так и для Blast). Множество дисплеев вплоть до 4-х 4K дисплеев также поддерживается оконечными устройствами клиентов.

Желание совместного использования хранилищ и сетевых ресурсов вызвало технологические новшества для таких устройств. Потребность в централизации таких ресурсов и их безопасности в некотором удалённом цнтре обработки данных по- прежнему приводит к миграции в сторону виртуализации. Виртуализация GPU является относительно поздним участником данного перемещения с применением ранних проприетарных решений на основе программного обеспечения, предлагающих ограниченные возможности GPU. Чтобы стать вездесущей, технология виртуализации GPU должна быть прозрачной и стандартизированной, предоставляя пользователям близкую к их рабочим местам практику применения без уведомления о том факте, что они пребывают в какой- то виртуальной среде.

Multiuser GPU AMD продвигают виртуализацию графических устройств ближе к полной прозрачности и вездесущности нововведениями в решениях на аппаратном уровне с готовностью к стандартам отрасли виртуализации, что делает их более простыми для адаптации и интеграции в имеющиеся экосистемы виртуализации.

AMD (NYSE: AMD) проектирует и интегрирует технологии, которые питают своей мощью миллионы интеллектуальных устройств, включающих в свой состав персональные компьютеры, планшеты, игровые консоли и серверы облачных решений, которые определяют новую эпоху относящуюся к вычислениям. Решения AMD делают возможным для людей по всему миру реализовывать полный потенциал предпочитаемых ими устройств и приложений расширяя все доступные границы.

Несмотря на существенное упрощение установки продукта и его сопровождения, решения VDI всё ещё таят множество тонкостей настройки, которые способны в разы и на порядки менять показатели производительности, а также оказывать существенное влияние на производительность. В настоящее время при содействии профильных подразделений компаний ООО «Модуль- Проекты» и ЗАО «Эктив Телеком» создан и активно действует Центр компетенции, сотрудники которого готовы предоставить услуги по консалтингу для формирования решения, а также провести весь комплекс работ по поставке, пуско- наладочным работам, обучению персонала и сопровождению проекта. Дополнительные подробности: пресс- релиз март 2018.

пресс- релиз март 2018.

Краткое описание AMD.Radeon.Pro.V340, 3 квартал 2018.

Официальная презентация AMD Программное обеспечение AMD RadeonPro для корпоративных решений, 3 квартал 2018.

Совместное распределённое горизонтально масштабируемое решение НИЦЭВТ и Модуль- Проекты для VDI, спецификация, pdf, 4 квартал 2018.