fusioncloud桌面云解决方案5.2制图技术白皮书

1、2014。 保留一切权利。技术非经本公司以，任何和个人不得擅自摘抄、本文档内容的部分或全部，并不得。商标和其他商标均为技术的商标。本文档提及的其他所有商标或商标，由各自的所有人拥有。注意您的产品、服务或特性等应受公司商业合同和条款的约束，本文档中描述的全部或部分产品、服务或特性可能不在您的或使用范围之内。除非合同另有约定，公司对本文档内容不做任何明示或暗示的或保证。由于产品版本升级或其他原因，本文档内容会不定期进行更新。除非另有约定，本文档仅作为使用指导，本文档中的所有陈述、信息和建议不技术地址：市龙岗区坂田总部办公楼：518129htt：目录1制图桌面云方案概述2制图桌面云简介21.1业务场

2、景分析3制图主要应用场景31.2.2全编辑主要应用场景52 GPU 直通图形桌面云方案技术原理7. 8应用配置建议83 GPU 硬件虚拟化图形桌面云方案技术原理9. 10应用配置建议111技术1制图桌面云方案概述1.1制图桌面云简介制图指的是需要显卡辅助来支持的编辑和制图 3D 应用，通常是符合DirectX 或者OpenGL 图形技术规范的应用。以前的桌面云场景一般仅支持普通办公，没有高性能图形要原因是之前桌面云的部署还在初始阶段，企业的一些高端专业未部署到桌面云，而且制图桌面云虚拟机成本也更高，导致桌面云支持高端专业的技术研发投入有限。目前普通办公场

3、景下的技术基本都成熟，制图桌面方面的技术开始加速发展，各厂商都加大了研发投入并推出了相应的解决方案，如的 RemoteFx 、VMWare 的 vSGA（Virtual Shared Graphics Acceleration）和 vDGA（VirtualDedicated Graphics Adaptor）、Citrix 的XenDesktop 和XenApp。制图桌面云，即桌面云解决方案向终端用户提供的 3D 图形处理和编辑能力。性支持多种高性能图形，包括主流 CAD（Computer Aided Design）、常用 GIS（GeographicInformation System）、编

4、辑、3D等，能满足多领域客户（如工程、制造、油气、汽车、医疗、媒资、等行业）对高性能图形处理的需求。图1-1制图解决方案示意图2技术根据应用场景，制图特性又分为如下子特性：GPU 直通：服务器的 GPU 以直通方式分配给虚拟机，并通过协议使得用户可以从进行接入。GPU 直通方式，将承载虚拟机的物理节点上的 GPU 显卡绑定分配给虚拟机，用户通过终端接入虚拟机，这样虚拟机就可以使用 GPU 获取 3D 加速能力。好处是：支持多种类型的显卡，兼容性好，支持符合DirectX、OpenGL 规范的 3D 应用。GPU 硬件虚拟化：通过虚拟化技术将 GPU 物理显卡的显存静态分配给多个虚拟机，虚拟机安

5、装 NVIDIA 显卡驱动，共享使用物理显卡的执行计算资源。好处是：支持最多 32 个用户共享 GPU 卡，兼容性好，支持符合DirectX、OpenGL 规范的 3D 应用。业务场景分析制图主要应用场景业务场景一、Designer：3D 图形总装设计师（计算、渲染密集型 ）采用专业图形工作站方式进行桌面业务处理，常用于CAD/CAE/CAM 领域专业设计具有如下特点：，此类场景1. 使用专业的 3D 应用进行总装设计、仿真设计、产品概念设计等工作。此类制图通常对于 3D 接口（OpenGL/DirectX）有一定的接口兼容性要求。2. 专业制图场景设计图形编辑内容复杂，计算、渲染计算需求量较

6、大，硬件方面需要具有高处理能力 CPU、高吞吐总线，并配置中高端系列 GPU 卡。3. 具有较高显示分辨率要求，通常使用宽屏高分辨率显示器如 1680*1050 以上，此类应用场景对于计算、渲染能力要求较强。此类场景通常采用 GPU 直通或 GPU 硬件虚拟化高端 vGPU 类型配置方案。用户使用的专业 2D/3D应用主要有，AutoCroE、Catia、NX UG、Creo Elements/Pro、Rhinoceros 3D、Solid Edge、SolidWorks、TurboCAD、VariCAD、Autodesk Inventor、T-FLEX CAD、Vectorworks 等。e

7、r user：3D 图形 业务场景二、设计（计算、渲染中载）级别编辑或图纸查看，除本场景具有如下特点，用户同样适用上述图形进行业务处理，如基本的 2D 功能外，用户具有 3D 硬件加速要求，对于计算、渲染有一定性能要求，目前的品牌 PC 机+独3技术立 GPU 可以满足其工作要求，应用形应用，此类用户对成本较敏感。的运行要求具有一定的图形加速能力，其桌面主要应用仍然为图此类场景可以通过 GPU 硬件虚拟化中端vGPU 类型配置方案满足其计算、渲染要求，用户使用的专业 2D/3D 应用上面基本相同，但编辑的模型级别不同。 业务场景三、Knowledge worker：轻量级 3D 图形用户（无特

8、殊性能要求）本场景具有如下特点，用户主要为生产加工、轻量级 3D 用户和非专业制图类用户，工作重点领域包括查阅图纸，轻量编辑，办公应用，丰富的 Web 的体验，及流畅的特殊的需求，切换至虚拟桌面后仍然希望可以运行原有 PC 上程序。功能。对用户体验有着此类场景通常采用 GPU 硬件虚拟化PPT，Web 插件等。vGPU 类型配置方案，用户使用 3D 制图的 view 版本， 制图业务场景解决方案图1-2 GPU 直通和 GPU 硬件虚拟化适用的制图场景根据不同业务场景用户对使用环境的要求，匹配对应的解决方案和对应能力的 GPU 卡，来满足用户需求。GPU 直通解决方案通常面向复杂图纸编辑、图纸

9、总装以及体验要求苛刻的用户，但成本较高。4技术GPU 硬件虚拟化解决方案面向中等复杂程度图纸编辑及图纸查阅的用户，可以根据用户实际需求配置成不同类型的 vGPU。1.2.2全编辑主要应用场景全编辑场景用户使用的专业编辑，国内主要有索贝的Nova、NewStar，以及捷成、大洋、新奥特等ISV 相关。 业务场景一、渲染编辑（计算、渲染密集型 ）采用专业图形工作站方式进行业务处理，常用于编辑等多领域专业设计，此类场景具有如下特点：1. 使用集剪辑、特效、于一体的集成化后期制作，对多轨 100Mbps200Mbps码流、音频、文技等进行渲染生成成片工作。此类编辑通常对于 3D 接口（OpenGL/D

10、irectX）有一定的接口兼容性要求。2.渲染编辑场景的文件编辑内容复杂，、渲染计算需求量较大，硬件方面需要具有高处理能力 CPU、高吞吐总线，并配置中高端系列 GPU 卡。此类场景通常采用 GPU 直通配置方案，GPU 的资源被虚拟机独占使用。 业务场景二、120Mbps编辑（计算、渲染中载）采用专业图形工作站方式进行桌面业务处理，常用于多领域专业设计，此类场景具有如下特点：1.编辑场景的文件编辑内容复杂，需要同时处理多轨、多轨音频、多轨字幕、画中画特性等，渲染计算需求量较大，需要高处理能力 CPU，配置中高端系列 GPU 卡。2. 具有较高显示分辨率要求，通常使用高分辨率显示器如 1920

11、*1080 及以上，此类应用场景对于计算、渲染能力要求较强。此类场景通常采用 GPU 直通或高端 vGPU 类型配置方案：实现 6 层 120M流畅编辑制作，90%。构建计算资源池，支撑渲染等服务器资源的池化以及灵活调配，资源利用率 业务场景三、25Mbps 标清编辑（计算、渲染轻载）本场景具有如下特点，用户使用编辑进行业务处理，如标清的编辑及，除基本的2D 功能外，用户具有 3D 硬件加速要求，对进行于计算、渲染有一定性能要求。目前的 GPU 硬件虚拟化的虚拟机可以满足其工作要求，应用的运行要求具有一定的图形加速能力，其桌面主要应用为编辑应用，此类用户对成本较敏感。5技术当前国内大部分省市都

12、是以标清为主，此类场景可以通过 GPU 硬件虚拟化中vGPU 类型配置方案满足其计算、渲染要求。 全编辑业务场景解决方案图1-3 GPU 直通和 GPU 硬件虚拟化适用的全编辑场景全编辑的应用场景根据不同业务场景用户的特点，为用户分配对应能力的 GPU 卡来满足用户需求。GPU 直通解决方案通常面向后期渲染处理，以及多轨 100M编辑的用户，但成本较高。GPU 硬件虚拟化解决方案面向 120M的需求配置成不同类型的 vGPU。、25M 标清的编辑的用户，具体可以根据用户6技术2 GPU 直通图形桌面云方案2.1 技术原理GPU 直通图形桌面具有独立显卡能力每个图形加速虚拟机绑定一个 GPU 满

13、足 3D 应用的图形渲染需求服务器的剩余 CPU 资源可以创建不带 GPU 的普通虚拟机图2-1GPU 直通图形桌面示意图虚拟机具备了 GPU 图形加速能力，图形可以使用 GPU 进行硬件渲染，GPU 将渲染后的位图放入显卡缓冲区，将缓冲区内容实时地投送到客户端侧。虚拟机内置显示虚拟桌面技术，获桌面协议 HDP 发给客户端，由客户端显取到显示信息后，进行压缩、合并等一系列的处理后，通过示绘图信息。通过虚拟化的直通技术可以将显卡直接给虚拟机使用，和物理机接入显卡的效果基本一致，在虚拟机上只要安装了对应显卡的显示驱动，显卡可以为这个虚拟机提供高性能图形的能力。桌面云服务器端程序将捕获桌面图像数据，

14、发送给客户端显示。7技术2.21.智能识别算法智能识别区域，针对采用专门的压缩算法，支持流畅，降低带宽占用。2.智能图像识别算法对文字等体验要求高的区域采用无损压缩算法，针对自然图像采用有损压缩算法，这种方式能够在不降低用户体验的情况下，降低带宽，减轻网络压力。3.硬件编VM 端采用了基于 NVIDIA 的 Grid SDK 提供的硬件抓图、压缩接口，减轻了 CPU 的压力，了VM 的性能；客户端采用了软硬件混合的方式，使显示更加流畅。4.100M图形编辑能力专门推出了针对 100M 媒资行业编辑的 GPU 直通解决方案，采用应用感知智能算法选择，即能够智能的识别类型而选择不同压缩算法，配合

15、GPU 直通，提供 100M 高清图形编辑能力，优于其他厂家。2.3 应用配置建议由于 GPU 直通技术是虚拟机独占式的使用显卡，一台服务器能够支持多少虚拟机使用 GPU，受限于单台服务器能够插多少显卡。服务器能够支持显卡的数量受制于 PCI-E 总线带宽、空间、散热和供电的制约。因此，单台服务器能够支持的 GPU 不会太多，这样导致 GPU 直通的技术比较适合于高性能图形需求比例较低的场景。从 PCI-E 设备直通技术来说，虚拟机使用 GPU 和物理 PC 使用 GPU 不存在区别。在实际测试过程中，物理PC 能够运行的Pro/E、AutoCAD、UG 等，在 GPU 直通虚拟机上也能够运行

16、。这些图形在虚拟机里运行体验效果与相同配置的物理PC 体验相当，虚拟机支持 GPU 处理能力与绑定的 GPU 显卡性能一致。8技术3 GPU 硬件虚拟化图形桌面云方案3.1 技术原理GPU 硬件虚拟化使用单个显卡为多个虚拟桌面提供显卡能力一块支持 GPU 硬件虚拟化的显卡（Nvidia GRID K1/K2）可虚拟成不同类型的多个vGPU每个图形加速虚拟机绑定一个 vGPU 满足 3D 应用的图形渲染需求服务器的剩余 CPU 资源可以创建无vGPU 的普通虚拟机图3-1GPU 硬件虚拟化图形桌面示意图GPU 硬件虚拟化图形桌面虚拟机具备 GPU 图形加速能力，图形可以使用 GPU 进行硬件渲染

17、，GPU 将渲染后的位图放入显卡缓冲区，缓冲区内容实时地投送到客户端。虚拟机内置显示虚拟桌面技术，每个vGPU 虚拟机通过独立的输入通道发送渲染指令和控制命令到物理 GPU，渲染完成后，驱动返回桌面帧数据到虚拟机，然后经过桌面协议 HDP 传送到客户端并显示。9技术GPU 硬件虚拟化实现方式为：通过虚拟化的技术可以将一块显卡虚拟化为多个给虚拟机使用，和物理机接入显卡的效果基本一致，在虚拟机上只要安装了显卡驱动，显卡可以为这个虚拟机提供高性能图形处理能力。桌面云服务器端程序将捕获桌面图像数据，来支持客户端显示。3.21.GPU 硬件虚拟化使用虚拟化技术将一个物理 GPU 虚拟成多个供虚拟机使用，

18、与 GPU 共享的虚拟化相比，GPU 硬件虚拟化是在硬件显卡上实现的虚拟化，性能更高。GPU 硬件虚拟化采用的GRID K1/K2 是针对数据中心级的功率效率的要求来设计，采用了全新高性能的 SMX 流处理器。2.高密度并发使用 GRID 显卡优化的多 GPU 设计，最大限度的高用户密度。一块 K1 显卡有 4 个 GPU 和16GB 显存，最多可以支持 32 中可以支持 16 高端用户。用户；一块 K2 显卡有 2 个 GPU 和 16GB 显存，最多3.高速图形指令处理GPU 硬件虚拟化虚拟机和 GPU 直通虚拟机一样，都可以通过NVIDIA 的显卡驱动可以直接GPU 硬件资源，具有与PC

19、 一样的性能和兼容性。4.低时延显示（HDP：桌面协议）HDP 使用的低延迟的显示技术使用显卡硬件抓取虚拟桌面图像减少延迟，并且使用图像识别技术对桌面图像进行识别后采用不同的压缩算法，将桌面图像高效压缩编码后发送到TC，使用户与虚拟机进行交互时，大大提高用户体验。5.VNC 通道显示使用虚拟化技术从物理 GPU 显存获取渲染的桌面图像数据，在控制台使用 VNC 登录可以对虚拟机进行等操作，解决了 GPU 直通因没有 VNC 功能导致用户在网络故障情况束手无策的痛点。10技术3.3 应用配置建议由于 GPU 硬件虚拟化技术，多个虚拟机的显存是独立分配的，物理显卡的运算执行单元是共享使用的。配置 vGPU 类型不同，虚拟机分配显存大小就不同，共享使用显卡的虚拟机数量就不同。一台服务器能够支持多少虚拟机使用 GP