¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

29 сент€бр€ 2015

¬иртуализаци€ рабочих станций с использованием платформы NVIDIA GRID

ƒмитрий „ехлов

ƒмитрий „ехлов 2
ќт редакции isicad.ru: ƒмитрий „ехлов Ц автор многочисленных публикаций посв€щенных компьютерной графике и 3D-технологи€м, автор книги Ђ¬изуализаци€ в Autodesk Maya: mental ray rendererї, художник по освещению и затенению, технический специалист в области компьютерной визуализации, Autodesk Certified Professional и участник программы Autodesk Developer Network. Ѕлогер: dimson3d.

–анее на isicad.ru была опубликована больша€ стать€ ƒмитри€ Autodesk Maya 2016: ѕроизводительность, инструменты, процесс и что нового.

»ндустри€ проектировани€, дизайна и визуализации интенсивно выходит в облака. —ейчас ни кого не удивить словосочетанием Ђпосчитаем и сохраним в облакеї, а дл€ многих проектных организаций и дизайнерских бюро это дает большие возможности в экономии средств и развертывании IT-инфраструктуры и привлечени€ работников с внешней стороны (аутсорсинг).

ƒолгое врем€ одним из серьезных преп€тствий к применению виртуализации в проектировании €вл€лс€ вывод в облака высокопроизводительных рабочих станций, используемых дл€ проектировани€ в пакетах CAD и DCC. ¬ первую очередь это было обусловлено отсутствием соответствующего оборудовани€, особенно графических процессоров (GPU), которые так необходимы в работе с ресурсоемкими CAD и DCC приложени€ми. ¬ 2012 году компани€ NVIDIA выпустила первые продукты линейки GRID, ориентированные на применение в виртуальных средах и предназначенные дл€ виртуализации рабочих станций.   NVIDIA подключились такие известные компании разработчики платформ и инструментов виртуализации, как Citrix, VMware, Microsoft, и за три года представили рынку комплексные решени€ дл€ виртуализации с поддержкой GPU и виртуализированных GPU (vGPU). «атем к новому направлению стали присоедин€тьс€ разработчики прикладных приложений, такие как Autodesk, Adobe и другие. —тали разрабатыватьс€ новые модели лицензировани€ по подписке и выполн€тьс€ оптимизаци€ приложений и лицензий под применение в виртуальных средах.

¬ представленной вашему вниманию статье рассматриваютс€ основные принципы работы виртуальных рабочих станций и объ€сн€етс€, какие возможности получают пользователи при использовании виртуализации с поддержкой полноценных вычислений на GPU.  роме того, показано, как ведут себ€ профессиональные графические приложени€ и какие возможности графических подсистем поддерживаютс€ при работе на виртуальной рабочей станции. јвтор делитс€ своим мнением о технологи€х виртуализации рабочих станций и опыте применени€ в собственных проектах.

ћатериал подготовлен при поддержке компании FORSITE, любезно предоставившей тестовую платформу с несколькими виртуальными машинами в различных конфигураци€х, а также всю необходимую информацию по виртуализации рабочих станций с поддержкой полноценного ускорени€ графики.

GPU NVIDIA GRID K1 и K2

ќсновна€ задача графических ускорителей NVIDIA GRID заключаетс€ в предоставлении высокой производительности графики в работе с ресурсоемкими приложени€ми требовательными к графическим вычислени€м напр€мую в виртуальной среде.  омпани€ NVIDIA предлагает две модели графических процессоров линейки GRID: K1 и K2. ¬ р€де случаев могут быть использованы графические ускорители линейки NVIDIA Quadro, но они не предназначены дл€ установки в сервера и не позвол€ют обеспечить необходимую дл€ задач виртуализации плотность, а их эффективное применение предполагает большое количество таких ускорителей.
„ехлов NVIDIA GRID

GPU NVIDIA GRID K2

–ассмотрим основные характеристики решений K1 и K2. “ак как графические ускорители линейки GRID должны быть установлены в сервера, их корпус и система охлаждени€ значительно оптимизированы, обеспечива€ хорошее охлаждение графическим чипам и пам€ти при интенсивной нагрузке. ¬ модел€х K1 и K2 лежат графические чипы на основе архитектуры NVIDIA Kepler. „ип GK107 используетс€ в модели K1, а чип GK104 в модели K2. ћодель K1 ориентирована на применение в виртуализации рабочих столов и приложений, не требующих высокой производительности от графической подсистемы, но в то же врем€, когда необходимо развернуть виртуальные машины дл€ множества пользователей, в данной модели используетс€ 4√б графической пам€ти на каждый из четырех GPU. ѕри этом модель K2 ориентирована на более требовательные к графическим вычислени€м приложени€, такие как пакеты CAD и DCC. ¬ данной модели используютс€ более производительные GPU и быстра€ пам€ть, а дл€ каждого из них также выделено по 4√б графической пам€ти стандарта GDDR5.

¬ таблице 1.1 приведены основные технические характеристики GPU NVIDIA GRID K1 и K2 (кликните дл€ увеличени€):

NVIDIA GRID T1 ed

“аблица 1.1.  онфигураци€ плат NVIDIA GRID K1 и K2

≈сли принимать во внимание фактор потреблени€ энергии, графический ускоритель K1 окажетс€ выгоднее по сравнению с более производительным ускорителем K2.  роме того, на модели K1 можно развернуть больше виртуальных машин и предоставить возможности использовани€ производительной графики большему количеству пользователей. ќднако дл€ решени€ более сложных задач (проектирование, 3D анимаци€, визуализаци€) все же необходимо прибегнуть к применению производительной модели K2 и разработать надежное питание энергией между всеми элементами системы.

¬иртуализаци€ рабочих столов и vGPU

ѕеред тем как мы перейдем к описанию практических экспериментов и к демонстрации работы технологии в реальных приложени€х, необходимо разобратьс€ с теоретическими аспектами виртуализации рабочих столов и GPU, а также в том, как организован сервер с NVIDIA GRID, управл€емый решени€ми Citrix.
“ерминологи€
¬ данной статье мы рассматриваем виртуализацию рабочих столов, где выполн€ютс€ основные приложени€, предоставл€€ пользовател€м возможности полноценной рабочей станции с помощью удаленного подключени€. ¬ данном подразделе вы познакомитесь с основной терминологией.
  • Citrix Receiver Ц легковесное приложение которое запускаетс€ на Windows, Mac, Linux, iOS, Android и Windows Phone устройстве пользовател€ и соедин€етс€ с виртуальной машиной в дата-центре на которой установлен Citrix XenDesktop.
  • Citrix XenDesktop Ц продукт виртуализации рабочих столов от Citrix, предоставл€ющий пользователю доступ к удаленному рабочему столу.
  • Citrix XenServer Ц коммерческий гипервизор от Citrix, который позвол€ет запускать множество операционных систем на одном серверном узле.
  • ¬ыделенный GPU (Dedicated GPU) Ц решение, где GPU полностью используетс€ виртуальной машиной, не распредел€€сь между другими виртуальными машинами.
  • GPU Pass-Through Ц технологи€, котора€ св€зывает виртуальную машину с GPU. Ёта технологи€ разработана NVIDIA и известна как NMOS (NVIDIA Multi-OS). ќна позвол€ет каждой операционной системе, выполн€емой на сервере виртуализации, напр€мую использовать все возможности физического GPU.
  • ’ост (Host Machine) Ц компьютер, на котором установлен гипервизор и запущена одна или несколько виртуальных машин, и €вл€ющийс€ хостом.  ажда€ из виртуальных машин называетс€ гостевой машиной. √ипервизор предоставл€ет гостевым операционным системам виртуальную операционную платформу и управл€ет выполнением гостевых операционных систем.
  • √ипервизор (Hypervisor) Ц технологически гипервизор или менеджер виртуальных машин (VMM) €вл€етс€ частью программного обеспечени€, прошивка или оборудование которого создают и запускают виртуальные машины.
  • ”даленна€ рабоча€ станци€ (Remote Workstation) Ц единица рабочей станции, котора€ запускаетс€ в дата-центре и перенаправл€етс€ через сеть на клиентское устройство. ”даленна€ рабоча€ станци€ может быть доступна как из офиса пользовател€, так и со стороны партнерского портала, в путешествии или из дома пользовател€.
  • ¬иртуальна€ машина (Virtual Machine) Ц единица операционной системы, котора€ запускаетс€ поверх гипервизора, использу€ абстрактный образ оборудовани€ реализуемым гипервизором.
  • ¬иртуализаци€ (Virtualization) Ц практика абстракции виртуальной машины из физического оборудовани€, на котором она выполн€етс€. Ќа практике виртуализаци€ используетс€ дл€ запуска виртуальных машин на одном физическом сервере (оборудовании):
    • »нфраструктура виртуальных рабочих столов (Virtual Desktop Infrastructure (VDI)) Ц практика размещени€ операционной системы на виртуальной машине в централизованном или удаленном сервере.
    • ¬иртуализаци€ оборудовани€ (Hardware Virtualization) Ц создание виртуальной машины, котора€ действует подобно реальному оборудованию поверх гипервизора или как поднабор оборудовани€. ѕрограммное обеспечение, выполн€емое на таких виртуальных машинах, работает поверх ресурсов физического оборудовани€ (т.е. операционна€ система может загружать родные дл€ оборудовани€ драйверы и взаимодействовать с ними напр€мую).
    • јппаратно-виртуализированный GPU (Hardware Virtualized GPU) Ц платы K1 и K2 на основе чипов архитектуры NVIDIA Kepler позвол€ют множеству пользователей использовать возможности одного GPU и предоставл€ют каждому пользователю пр€мой доступ к Ђжелезномуї GPU. Ёто увеличивает плотность пользователей, предоставл€€ им реальную производительность и совместимость.
    • ѕрограммна€ виртуализаци€ (Software Virtualization) Ц программна€ виртуализаци€ обеспечивает интерфейс между оборудованием и виртуальной машиной, создава€ плотную адаптацию между различными уровн€ми конфигураций оборудовани€. Ќа практике программы действуют аналогично аппаратным ресурсам, пропуска€ команды к гипервизору, который может выполн€ть их на реальном или эмулируемом оборудовании.
    • ¬иртуальный GPU NVIDIA GRID (NVIDIA GRID vGPU) Ц ключева€ технологи€, используема€ дл€ реализации виртуализации GPU. Ёто позвол€ет множеству виртуальных машин взаимодействовать напр€мую с GPU. —истема GRID Virtual GPU управл€ет ресурсами GPU, которые позвол€ют множеству пользователей распредел€ть возможности основного оборудовани€ увеличива€ плотность и формировать возможности полноценных PC в облаке.
 ак вы можете заметить, ключевые технологии достаточно просты в понимании их назначени€. Ќо как же реализуетс€ инфраструктура сервера виртуальных машин на базе гипервизора Citrix XenServer и NVIDIA GRID? ƒл€ демонстрации инфраструктуры в данной статье мы приведем два примера; первый дл€ решени€ VDI на основе GPU Pass-Through, а второй дл€ VDI на основе vGPU.
NVIDIA CUDA и vGPU важна€ особенность
≈сли вы планируете использовать приложени€, активно использующие GPU дл€ ускорени€ вычислений, вам стоит обратить внимание на важную особенность. “ехнологи€ виртуализированных GPU (vGPU) не поддерживает NVIDIA CUDA, OpenCL и Direct Compute. Ёто технологическа€ особенность, присуща€ технологии вычислений общего назначени€ на GPU. ƒл€ обхода данной особенности необходимо использовать Dedicated GPU с технологией GPU Pass-Through. Ёто позвол€ет напр€мую выполн€ть обращение из виртуальной машины к графическому процессору и Ђпробрасыватьї GPU-accelerated приложени€ из виртуальной среды на реальное оборудование. ѕри использовании vGPU вам доступны только графические API, такие как OpenGL и DirectX.

¬ таблице 1.2 приведены приложени€, графические подсистемы которых поддерживают vGPU и функциональные ограничени€, вызванные описанной выше особенностью (кликните дл€ увеличени€):

NVIDIA GRID T1-2

“аблица 1.2. ѕоддержка vGPU со стороны приложений и ограниченные возможности

ћожем ли мы использовать NVIDIA Tesla совместно с NVIDIA GRID и Citrix?
«десь существует еще одна особенность реализации технологии. Ќа текущий момент гипервизор от Citrix и реализаци€ управл€ющего драйвера NVIDIA GRID дл€ Citrix XenServer не позвол€ют Ђпробрасыватьї несколько GPU в одну виртуальную машину. ѕоэтому вы можете использовать только NVIDIA GRID в режиме GPU Pass-Through или исключить обработку OpenGL и DirectX на аппаратном уровне, а NVIDIA Tesla Ђпроброситьї в виртуальную среду дл€ вычислений CUDA-приложений. ≈сли же у вас используютс€ не требовательные к графической подсистеме приложени€ или приложени€, обладающие программным драйвером визуализации виртуального пространства, например Autodesk 3ds Max с драйвером Nitrous (Software), трюк с Ђпробросомї NVIDIA Tesla может сработать. “огда вы получаете возможность выполнени€ вычислений на GPU с помощью NVIDIA CUDA, OpenCL и Direct Compute, а трехмерна€ сцена или модель, будут обрабатыватьс€ силами центрального процессора.
»нфраструктура виртуальных рабочих столов (VDI) с Dedicated GPU
ƒанна€ концепци€ называетс€ ¬иртуальные удаленные рабочие станции (Virtual Remote Workstations), или VDI with Dedicated GPU. ¬ данную концепцию входит предоставление функционально неограниченных виртуальных рабочих мест с высокой производительностью, свойственной персональным высокопроизводительным рабочим станци€м, которые примен€ютс€ инженерами или художниками дл€ работы с комплексными модел€ми и большими массивами данных.
„ехлов NVIDIA GRID

ќбща€ схема реализации элементов Virtual Remote Workstation

¬ виртуальных рабочих станци€х каждый из установленных в NVIDIA GRID K1 и K2 графических чипов целиком выдел€етс€ под виртуальную машину. ќперационна€ система в виртуальной среде видит графический ускоритель и задействует его аналогично тому, как это реализовано в персональной рабочей станции. “акой подход позвол€ет использовать ключевые возможности современных графических ускорителей от NVIDIA и поддерживает не только API OpenGL или DirectX, но также позвол€ет выполн€ть вычислени€ общего назначени€ на GPU с помощью NVIDIA CUDA, OpenCL и Direct Compute. ѕри этом выделенна€ под каждый из GPU пам€ть будет доступна в максимальном объеме (4 √б на GPU).

≈сли планируетс€ использовать такие приложени€ как Autodesk Maya 2016, Autodesk 3ds Max 2016 с NVIDIA iray renderer и V-Ray RT GPU, а так же приложени€ дл€ вычислений физических моделей, поддерживающие вычислени€ на GPU, данный тип виртуальных рабочих столов будет наиболее подход€щим. ќднако у таких рабочих столов есть одно существенное ограничение. ќно заключаетс€ в том, что мы не можем использовать множество виртуальных машин и распредел€ть каждый из GPU на плате GRID под несколько виртуальных машин. Ёто обусловлено описанной выше важной особенностью, Ц поддержкой технологии NVIDIA CUDA и других API дл€ вычислений общего назначени€ на GPU.

»нфраструктура виртуальных рабочих столов (VDI) с vGPU
¬тора€ концепци€ ориентирована на развертывание нескольких виртуальных машин на каждом из GPU. ќна позвол€ет профессиональным пользовател€м использовать ресурсоемкие графические приложени€, требовательные к графической подсистеме (OpenGL, DirectX) без значительного снижени€ производительности и качества визуализации изображени€ и виртуального пространства. Ёто актуально в таких област€х как проектирование в CAD и моделирование, или анимаци€ в DCC приложени€х несколькими пользовател€ми.
„ехлов NVIDIA GRID

ќбща€ схема реализации элементов VDI с vGPU

Ќа рисунке выше приведена обща€ диаграмма дл€ четырех виртуальных машин выполн€емых на сервере с NVIDIA GRID K2, где каждый из GPU работает с двум€ виртуальными машинами. «а управление распределением ресурсов GPU отвечает специальна€ система управлени€ NVIDIA GRID установленна€ на Citrix XenServer.

 ак уже было сказано выше, у данной концепции есть одно существенное ограничение. ќно заключаетс€ в том, что нельз€ использовать CUDA приложени€. Ќапример, такие решени€ дл€ визуализации как NVIDIA iray и V-Ray RT будут доступны только в режиме работы на центральном процессоре (CPU). Ёто ограничение можно обойти, вывед€ все вычислени€ на GPU в отдельный узел. Ёто может быть отдельный сервер с GPU линейки NVIDIA Tesla или комплексное решение в виде NVIDIA Quadro VCA. Ёто специальное серверное решение, которое обеспечивает высокую производительность в таких инструментах визуализации, как NVIDIA iray и V-Ray RT GPU или других решени€х использующих NVIDIA CUDA. »ме€ дело с соответствующей конфигурацией прикладного программного обеспечени€, можно вынести вычислени€ из виртуальной среды на отдельные узлы и снизить нагрузку на сервер виртуализации.

—колько виртуальных машин и пользователей поддерживает NVIDIA GRID?
“ак как мы рассматриваем две концепции реализации GPU в виртуальной среде, в данном подразделе представлены сведени€ о том, сколько виртуальных машин может быть развернуто на каждом из GPU и дл€ каких задач они могут быть использованы.
NVIDIA GRID T1-3

“аблица 1.3.  оличество виртуальных машин и пользователей дл€ VDI with vGPU и VDI with Dedicated GPU

 аждый из физических GPU способен работать одновременно с 8 виртуальными машинами, но при реальном развертывании необходимо руководствоватьс€ спецификой выполн€емых задач. Ќапример, если вы хотите использовать все возможности графических ускорителей (не только обработку графических API, но и вычислени€), вам будет доступно только по одному GPU на каждую виртуальную машину.

“акже имеетс€ зависимость объемов пам€ти от выбранного типа vGPU и количества пользователей. ѕри настройке Citrix XenServer вам будут доступны заранее подготовленные модели vGPU с фиксированным объемом пам€ти (таблица 1.4).

NVIDIA GRID T1-4

“аблица 1.4. “ипы vGPU, количество возможных vGPU на одной плате GRID, разрешение и объем пам€ти

 ак вы можете заметить из приведенной выше таблицы, каждый физический GPU может быть подразделен на несколько vGPU со значением кратным двум. ѕри этом в виртуальных машинах необходимо выбирать единый профиль vGPU. ј на каждом из физических GPU можно использовать профили vGPU разных типов, например, на GPU 0 можно развернуть четыре виртуальные машины с профилем GRID K240Q, а на GPU 1 можно развернуть две виртуальные машины с профилем GRID K260Q. Ёто обусловлено технологическими решени€ми и распределением пам€ти между виртуальными машинами и пользовател€ми. “акже хочетс€ обратить ваше внимание на литеру Q в большинстве профилей. ѕрофили Q предоставл€ют виртуальной рабочей станции богатые возможности в конфигурации и возможност€х драйвера аналогично драйверу дл€ графических ускорителей линейки NVIDIA Quadro.   ним относитс€ гибка€ настройка дисплеев, поддержка профилей дл€ профессиональных приложений CAD и DCC, а также оптимизации производительности в работе с ресурсоемкими 3D модел€ми и большим объемом данных (высоко-полигональные модели, большое количество линий, высококачественные текстуры). ѕрофиль без литеры Q обеспечивает пользователей возможност€ми присущими профессиональным графическим ускорител€м NVIDIA NVS, которые наиболее востребованы в таких област€х, как финансы и отображение большого количества 2D графики.

„ехлов NVIDIA GRID

–аспределение профилей vGPU на двух физических GPU платы NVIDIA GRID K2

ѕрофили позвол€ют создавать виртуальные машины дл€ решени€ различных задач менее или более требовательных к объемам графической пам€ти. ¬ режиме GPU Pass-Through виртуальной машине будет выделен весь объем пам€ти GPU равный 4 √б. ¬ целом, чем больше vGPU будет создано, тем больше пользователей может быть подключено к виртуальной инфраструктуре с высокой производительностью, что существенно облегчает локальное управление ресурсами. Ќо помните, что чем больше пользователей мы хотим разместить на одном GPU, тем меньший объем пам€ти можно выделить под каждую виртуальную машину.
 атегории пользователей дл€ NVIDIA GRID и их назначение
–азработчики NVIDIA GRID заранее продумывали назначение различных типов профилей vGPU, и в каких задачах они будут примен€тьс€. —уществует множество различных задач с различными требовани€ми к вычислительным мощност€м оборудовани€. √де-то может потребоватьс€ не очень большой объем пам€ти и производительность графики, а где-то наоборот необходим полный доступ ко всему GPU и пам€ти дл€ работы с большими массивами данных.
NVIDIA GRID T1-4

“аблица 1.5.  атегории пользователей в зависимости от типа vGPU

¬ приведенной выше таблице вы можете определить тип виртуального GPU и категорию пользовател€, которой он может быть назначен. Ёто один из важных моментов, которые необходимо соблюдать при создании виртуальных рабочих станций. ¬ зависимости от того, какой тип vGPU будет выбран и какой объем пам€ти будет отведен, можно распределить пользователей и их задачи.

 атегори€ Designer соответствует традиционному пользователю GPU линейки NVIDIA Quadro, который создает и работает с комплексными наборами данных, использу€ интерактивные графические приложени€ (дл€ 3D проектировани€, медицинской диагностики и другие). ƒанна€ категори€ может быть использована в нефт€ной и газовой промышленности, машиностроении и производстве, индустрии развлечений, медицинском анализе и исследовани€х и др. ќбычно пользователи данной категории работают с такими приложени€ми, как: Autodesk AutoCAD, Autodesk Revit, Autodesk Inventor, Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, Dassault Systems CATIA, SolidWorks, Enovia, Siemens NX.

 атегори€ Power User характеризует пользовател€, использующего визуальные данные, такие как 3D изображени€, 2D графики и диаграммы.   данной категории пользователей также можно отнести тех, кто пыталс€ примен€ть виртуализацию рабочих столов без ускорени€ графических приложений со стороны GPU и не был удовлетворен производительностью.  онечно, к этой категории можно отнести пользователей, работающих с полноценными 3D приложени€ми, когда проектировщики или дизайнеры выполн€ют работу над отдельными объектами или элементами сцены, производительности vGPU и объемов пам€ти отводимых дл€ них будет вполне достаточно дл€ решени€ большинства задач.

  категории Knowledge Worker можно отнести типичного офисного сотрудника, который использует офисные приложени€, электронную почту, видеоконференции и мультимедийные интернет приложени€. ¬ контексте данной статьи эта категори€ пользователей не будет рассматриватьс€, так как она наименее выгодна с точки зрени€ анализа производительности графической подсистемы, а офисные приложени€ не обладают высокими требовани€ми к высокопроизводительной графике.

Ќаиболее интересными в плане исследовани€ производительности и реализации технологий €вл€ютс€ пользователи категорий Designer и Power User. ¬ принципе большинство CAD и DCC приложений могут работать как с физическим GPU, так и vGPU. Ёто обусловлено тем, что графические €дра программ, в основном, используют API OpenGL или DirectX, а такие возможности как вычислени€ общего назначени€ представлены в узком спектре задач.

ќрганизаци€ инфраструктуры дл€ VDI

–ассмотрев основные решени€ NVIDIA GRID и теорию виртуализации на основе Citrix XenServer, мы перейдем к самому важному разделу данной статьи, Ц организации инфраструктуры дл€ работы с VDI. √лавна€ задача, которую решают системы виртуализации, Ц консолидаци€ данных и рабочих мест в одном месте. ¬ сложных проектах очень важно сохран€ть целостность данных и в то же врем€ не рисковать, отдава€ важную информацию в третьи руки. –анее это условие было применимо только в задачах, св€занных с офисом и бизнесом в целом, например, при развертывании информационной системы на основе виртуализации дл€ банков или торговых предпри€тий. Ќо с по€влением NVIDIA GRID данную возможность получили такие направлени€ как машиностроение, архитектура, медицина, газова€ и нефт€на€ промышленность, дизайн и развлечени€. ј современные художники и дизайнеры теперь на самом деле могут работать из любой точки мира и не беспокоитьс€ за свои проекты и данные: ведь всю инфраструктуру можно содержать в хорошо оборудованном и надежном дата-центре.

— другой стороны вы можете без проблем устраивать встречи со своими заказчиками и демонстрировать свои работы или текущее состо€ние проекта пр€мо на планшете или легком ноутбуке, подключив их к телевизору или проектору. ѕомимо этого заказчикам можно предоставл€ть доступ к специально созданной дл€ них виртуальной машине, где они могут выполн€ть задачи по рецензированию проекта, вносить замечани€ и работать через единую систему управлени€ проектами, используемую в вашей компании.

ћне самому уже не раз доводилось работать с удаленными рабочими станци€ми и удаленными рабочими столами. ¬ нескольких проектах € использовал данные решени€ дл€ увеличени€ производительности в вычислени€х и визуализации. ѕока на своем персональном компьютере € создавал модель и делал базовые настройки визуализации, финальный образ вычисл€лс€ на удаленном высокопроизводительном сервере с виртуальными машинами и NVIDIA GRID. ѕри этом, это дало возможность осуществить несколько поездок, практически не отрыва€сь от работы.

¬ одном из проектов мне довелось столкнутьс€ с решением важной задачи, - выполнить визуализацию нескольких дес€тков иллюстраций в высоком разрешении. –ешить данную задачу в очень сжатые сроки (около 3 дней) на собственных ресурсах не представл€лось возможным. ƒл€ этого, € обратилс€ к поставщикам решений виртуализации и арендовал необходимые вычислительные мощности с полноценным ускорением графики. «а счет гибкой конфигурации виртуальных машин, удалось создать достаточно производительное решение, способное выполнить визуализацию сцен с высокой скоростью. “аким образом, удалось сократить врем€ визуализации с запланированных 72 часов, до 8 часов. ѕри этом по€вилась возможность значительно повысить качество визуализируемых изображений и освещени€ в сцене.

 онечно, если мы говорим об инфраструктуре дл€ предпри€ти€, например, проектного бюро или студии, важно понимать, что виртуальные машины сами по себе работать не будут, а пользователи должны быть управл€емы через единую систему. –ешени€ Citrix тесно интегрируютс€ в серверные решени€ Microsoft и активно используют возможности операционных систем семейства Windows, а также решени€ на основе Active Directory (AD). ƒл€ полноценной реализации инфраструктуры системным администраторам необходимо развернуть сервер AD, который будет управл€ть пользовател€ми в виртуальной среде. ¬едь мы можем добавл€ть или удал€ть пользовател€, измен€ть виртуальную машину и многое другое, что требует четкого понимани€ в организации инфраструктуры клиент-сервер и управлени€ пользовател€ми. ƒл€ хранени€ образов систем, данных проектов и всех необходимых материалов, необходимо также позаботитьс€ о системе NAS, котора€ будет обеспечивать бесперебойную работу и сохранит данные в целостности, без рисков, возникающих при передаче третьим лицам и новым сотрудникам, нан€тым на врем€ проекта или определЄнного этапа, но работающим с Ђвнешней стороныї.

„ехлов NVIDIA GRID

 омплексное решение компании FORSITE на основе NVIDIA GRID

«десь мы рассмотрим пример комплексного решени€, предоставл€емого компанией FORSITE и опробованного автором лично в процессе работы над статьей. Ќа практике это комплексное решение может быть использовано как в небольшой компании (проектном бюро или студии), так и €вл€тьс€ частью большой инфраструктуры в дата-центре крупной корпорации. “ак как сервера с графическими ускорител€ми NVIDIA GRID обладают гибкой конфигурацией, подобрать наиболее подход€щее решение не составл€ет труда.

Ќа диаграмме выше приведен пример реализации данного решени€.  лючевыми компонентами €вл€ютс€ сервера с GPU NVIDIA GRID, именно на них выполн€ютс€ все виртуальные машины с пользовател€ми или виртуализированными приложени€ми. ƒл€ хранени€ данных используетс€ независимый NAS, а дл€ управлени€ серверами предоставл€етс€ KVM-консоль. ¬ыше мы упоминали, что дл€ вычислений можно использовать отдельные серверные узлы. ¬ приведенном выше примере, предусмотрена возможность установки отдельных вычислительных серверов, благодар€ чему можно разгрузить сервера виртуализации, если дизайнеры или проектировщики занимаютс€ интенсивными вычислени€ми, например визуализацией и моделированием физических €влений.

 акие устройства могут быть использованы со стороны пользовател€?
“ак как виртуализаци€ основана на том принципе, что все клиенты подключаютс€ к виртуальной среде с помощью удаленного подключени€, устройством клиентом может выступать любой компьютер, планшет и даже смартфон. ѕриложение Citrix Receiver подключаетс€ к отдельной виртуальной машине и получает изображение со стороны сервера, которое формируетс€ и направл€етс€ в сеть с помощью XenDesktop или XenApp. —пециальные решени€ в виде XenDesktop или XenApp €вл€етс€ важной частью всей системы. Ѕез них вы просто не сможете получить доступ к виртуальной машине. ≈сли вам необходимо выполнить обмен данными со своей рабочей станцией или загрузить новые файлы в виртуальную машину, XenDesktop и Citrix Receiver могут подключать ваши жесткие диски к виртуальной машине, а файлы между ними будут перемещатьс€, как будто они скопированы с одного жесткого диска на другой.
„ехлов NVIDIA GRID

ƒиалоговое окно запроса доступа к жестким дискам локального компьютера\устройства

ћы рассмотрели основную концепцию виртуализации рабочих станций и технологий, используемых в NVIDIA GRID и решени€х Citrix. Ќо как же это работает на самом деле; неужели приложени€ могут быстро обрабатывать большие массивы данных или просто без снижени€ производительности, моментально визуализировать окна проекций и виртуальное пространство сцены?

NVIDIA GRID, vGPU, Dedicated GPU и платформа Citrix в примерах

ƒл€ демонстрации работы технологии виртуализации GPU совместно с компанией FORSITE был создан сервер виртуализации с NVIDIA GRID K2 и двум€ виртуальными машинами. ƒл€ тестировани€ были вз€ты такие известные CAD и DCC приложени€, как Autodesk AutoCAD, Autodesk Revit, Bentley MicroStation, Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya и Adobe Photoshop CC. “акже мы провели несколько синтетических тестов на основе SPEC Viewperf 11 и Maxon Cinebench 15.
—интетический тест SPEC Viewperf 11
Ѕесспорно, синтетический тест от SPEC дл€ тестировани€ производительности графической подсистемы €вл€етс€ одним из старейших инструментов анализа. ћы часто обращаемс€ к нему дл€ сравнени€ производительности графической подсистемы различных физических рабочих станций, но дл€ того чтобы сравнивать виртуальные рабочие станции, это сделано впервые. «а основу вз€т проверенный годами тест SPEC Viewperf 11, запущенный без сглаживани€ (AA off) и со сглаживанием (AA on).

¬ тестах принимали участие две настольных рабочих станции HP Z1 Gen 2 с NVIDIA Quadro K3100M и FORSITE X1240Q с NVIDIA Quadro K2000, а также мобильна€ рабоча€ станци€ FUJITSU Celsius H720 с мобильным графическим процессором NVIDIA Quadro K1000M. ¬ таблице ниже приведены основные характеристики каждого из участвовавших в тесте графических процессоров.

NVIDIA GRID T1-6

“аблица 1.6. “ехнические характеристики участвовавших в тесте графических процессоров

¬ виртуальных машинах тест выполн€лс€ как на vGPU основанном на профиле GRID K240Q, так и на полноценном GPU NVIDIA GRID K2 работающем в режиме GPU Pass-through. ¬ приведенных ниже результатах тестировани€ вы можете сравнить частоты кадров тестов, чем выше значение, тем лучше.
„ехлов NVIDIA GRID

–езультат теста SPEC Viewperf 11 без сглаживани€ (AA off)

 ак известно сглаживание геометрии и сетки потребл€ет достаточно много ресурсов независимо от того, €вл€етс€ ли приложение игровым или профессиональным. √рафический процессор всегда будет использоватьс€ дл€ обработки множества линий и граней. «ачастую дл€ повышени€ производительности можно просто отключить аппаратное сглаживание, но в р€де случаев это может дать визуально неприемлемый результат аппаратной визуализации. ¬ приведенной выше диаграмме нагл€дно показана производительность между всеми GPU, использованными в тестах. ¬ первом проходе, режим сглаживани€ во Viewperf был отключен полностью. ¬иртуальный графический ускоритель K240Q продемонстрировал очень интересный результат в двух тестах. “ест Siemens NX (snx-01) показал, что vGPU может работать гораздо быстрее, чем физические графические процессоры, продемонстрировав наилучший результат. ¬торой тест, показавший хороший результат, реализует возможности графического €дра пакета EnSight, CSM и CFD системы.

“ест, на основе €дра Pro/Engineer (proe-05), ныне именуемого как PTC Creo, продемонстрировал достаточно интересный и самый низкий результат, не превзойд€ даже мобильный GPU NVIDIA Quadro K1000M. “акие же результаты продемонстрировали тест maya-03 и тест на мобильном GPU.

ѕо результату теста без сглаживани€ практически все основные CAD пакеты продемонстрировали высокую скорость работы на vGPU NVIDIA GRID. Ёто достаточно хороший показатель дл€ синтетического теста, выполненного в виртуальной среде.

„ехлов NVIDIA GRID

–езультат теста SPEC Viewperf 11 с 4x сглаживанием (4x AA on)

¬торой тест заключалс€ в активизации четырехкратного сглаживани€ сетки и геометрии и выполн€лс€ в тех же услови€х, что и тест без сглаживани€. Ётот тест продемонстрировал более реальные значени€ и показал основные изменени€ в скорости между vGPU, GPU Pass-through и полноценными дискретными графическими ускорител€ми. Ћидером теста оказалась NVIDIA Quadro K3100M, используема€ в рабочей станции HP Z1, превзойд€ все остальные графические процессоры по производительности. «а ней следовал GPU NVIDIA Quadro K2000 установленный в рабочей станции X1240Q от компании FORSITE.

»нтересный результат продемонстрировал тест Siemens NX (snx-01), когда производительность виртуального графического процессора оказалась выше производительности физического графического процессора установленного в HP Z1. ќстальные тесты продемонстрировали закономерное снижение производительности и частоты кадров за счет активизации режима сглаживани€.

ѕоскольку мы говорим о виртуализации, когда система виртуализации стараетс€ распределить нагрузку со стороны большого количества пользователей, интенсивно обращающихс€ к ней, здесь нельз€ оценивать только один графический процессор. ћы специально провели небольшой эксперимент и запустили тест SPEC Viewperf одновременно на двух виртуальных машинах.

„ехлов NVIDIA GRID

–езультат теста SPEC Viewperf, запущенного одновременно на двух виртуальных машинах с NVIDIA GRID K240Q

–езультат мен€ немного поразил. —истема управлени€ NVIDIA GRID, установленна€ в гипервизор XenServer, равномерно распределила вычислени€ между двум€ виртуальными машинами, развернутыми на одном физическом GPU.  онечно, синтетический тест не может показать всей реальной картины, но он превосходно демонстрирует возможности современных решений виртуализации и виртуальных графических процессоров, которые могут равномерно распределить нагрузки и предоставить высокую производительность в работе пользовател€. ¬ некоторых тестах различи€ составл€ли 1 или 2 кадра, что не так критично в обычных действи€х пользовател€ при навигации в виртуальными пространстве. √руппа профессиональных дизайнеров может комфортно работать с двум€ или даже четырьм€ виртуальными машинами и виртуальными GPU.
—интетический тест CINEBENCH R15
“ест Cinebench от компании Maxon, представл€ющий работу графического €дра и €дра визуализации пакета Cinema4D, продемонстрировал аналогичный результат в тестах на производительность графического ускорител€.  аждый из vGPU в обеих виртуальных машинах выдал идентичный результат в 64 кадра в секунду дл€ графического €дра теста. — другой стороны, тест, выполненный на полноценном GPU (GPU Pass-through) выполн€лс€ гораздо быстрее, так как в данной конфигурации приложению был отдан весь графический процессор, Ђпробрасываемыйї напр€мую в виртуальную машину.
„ехлов NVIDIA GRID

“ест Cadalyst 2015 v.5.5
Ќабор тестов Cadalyst специально разработан дл€ тестировани€ работы всей системы на основе платформы Autodesk AutoCAD. “есты выполн€ютс€ напр€мую в системе проектировани€ и предоставл€ют более взвешенный результат работы на основании реального приложени€. ¬ нашем тестировании мы использовали систему автоматизированного проектировани€ Autodesk AutoCAD 2016 и тест Cadalyst 2015 версии 5.5.
„ехлов NVIDIA GRID

–езультат теста Cadalyst в AutoCAD 2016 выполненного на виртуальной рабочей станции с vGPU

ќдним из важных тестов, который мы выполн€ли, €вл€лась одновременна€ работа AutoCAD в двух одновременно запущенных виртуальных машинах. Ќа приведенной ниже диаграмме продемонстрирован пример производительности AutoCAD при выполнении теста на операции с 3D модел€ми и видами и 2D чертежами.
„ехлов NVIDIA GRID

—равнение производительности двух vGPU K240Q в тесте Cadalyst 2015 v.5.5

 ак и в синтетическом тесте от SPEC, две одновременно запущенные виртуальные машины с одновременно выполн€ющимс€ тестом Cadalyst в AutoCAD 2016 в тесте производительности графической подсистемы с 3D модел€ми показали схожий результат, в нем нагрузка на GPU была равномерно распределена между двум€ виртуальными системами.

“ест графической подсистемы при работе с 2D чертежами продемонстрировал иной результат. «десь же производительность отличаетс€ от работы с 3D пространством, но при этом сам результат незначительно расходитс€ между двум€ виртуальными системами. ƒанные тесты показывают, как платформа NVIDIA GRID может распределить нагрузку при возможных услови€х эксплуатации.

ѕримеры работы реальных приложений на vGPU

—амым важным этапом в нашем исследовании €вл€лась проверка работы в реальных приложени€х и возможности виртуальных GPU, как поведет себ€ приложение в работе с vGPU и кака€ производительность будет доступна конечному пользователю.

ƒл€ эксперимента мы вз€ли три известных CAD приложени€ и два известных DCC приложени€. ¬ то врем€ как в процессе работы с CAD нам важна поддержка больших объемов пам€ти дл€ хранени€ всей необходимой информации о модели, а GPU стараетс€ все данные визуализировать в процессе навигации по модели, то в DCC приложени€х важна скорость интерактивной визуализации виртуального пространства сцены. ƒл€ чего зачастую прибегают к использованию высокопроизводительных GPU с большим объемом графической пам€ти.

ѕроизводительность навигации в приложени€х CAD на vGPU

¬ современных системах автоматизированного проектировани€ работа проектировщика не сильно отличаетс€ от работы современного цифрового художника, использующего трЄхмерную графику дл€ самовыражени€ и воплощени€ своих идей в жизнь. ѕри этом важна точность и аккуратность линий, граней, форм, по которым впоследствии будут созданы объекты реального мира. √рафический ускоритель должен быстро обрабатывать модель или большое количество линий чертежа, а также выполн€ть затенение трЄхмерной модели.

ƒл€ эксперимента мы вз€ли приложени€ Autodesk AutoCAD, Autodesk Revit и Bentley MicroStation. ƒл€ чистоты эксперимента все действи€ пользовател€, подключенного к виртуальной машине через Citrix Receiver, были записаны с помощью приложени€ дл€ записи видео с экрана с частотой в 30 кадров в секунду, установленного пр€мо в виртуальной машине. ѕоследующий монтаж видео выполн€лс€ также на виртуальной машине.

Autodesk AutoCAD 2016 на vGPU
—истема автоматизированного проектировани€ AutoCAD от компании Autodesk €вл€етс€ одним из самых попул€рных инструментов проектировщиков во всем мире. Ёто одно из первых приложений, разрабатываемых с учетом перспективного направлени€ виртуализации. ѕриложение AutoCAD может быть установлено на виртуальной машине и предоставл€ет сертификацию дл€ Citrix или VMware.
„ехлов NVIDIA GRID

Autodesk AutoCAD 2016 на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q

ƒл€ максимальной производительности AutoCAD достаточно интенсивно использует возможности графического процессора и рекомендуетс€ использовать сертифицированные графические ускорители. ¬иртуальный GPU способен полноценно работать с таким API как DirectX, что существенно облегчает процесс сертификации платформы GRID под работу с AutoCAD.

Ѕлагодар€ сертификации со стороны Autodesk в процессе работы на виртуальной рабочей станции, пользователь не заметит серьезных ограничений в визуализации виртуального пространства модели или чертежа, а высока€ производительность GRID K2 позвол€ет значительно быстрее оперировать сложными модел€ми и чертежами, где используетс€ огромное количество различных графических элементов.

¬идео-демонстраци€ работы Autodesk AutoCAD 2016 на виртуальной машине с NVIDIA GRID K240Q vGPU

 ак вы можете заметить, в режиме Wireframe виртуальный графический процессор молниеносно справл€етс€ с визуализацией модели, но в то же врем€, при активном режиме затенени€ Realistic (модель интерьера), виртуальный графический процессор немного Ђзадумываетс€ї над визуализацией модели. ќднако это не значит, что производительность значительно снизитс€, поскольку, в зависимости от модели и детализации, графическое €дро AutoCAD спокойно будет обрабатывать ее средствами vGPU.  онечно, дл€ более требовательных к вычислительным ресурсам моделей и чертежей, может потребоватьс€ выбрать другой профиль vGPU с большим объемом пам€ти, но меньшим количеством поддерживаемых виртуальных машин.

Autodesk Revit 2016 на vGPU
ѕакет Autodesk Revit 2016 также предоставл€ет сертифицированную поддержку платформы виртуализации Citrix и может быть установлен в виртуальной машине как с vGPU, так и с GPU Pass-through. “ак как дл€ работы с комплексными модел€ми зданий необходима высока€ производительность графической подсистемы, Autodesk Revit использует возможности API DirectX и будет максимально задействовать вычислительные ресурсы GPU дл€ визуализации трехмерной модели.
„ехлов NVIDIA GRID

Autodesk Revit 2016 на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q

Ќа приведенном выше изображении можно заметить один важный момент. ’от€ Revit по умолчанию не поддерживает виртуальный GPU K240Q, он все же предоставл€ет возможность использовать аппаратное ускорение виртуального пространства и спокойно оперирует во всех режимах затенени€ и представлени€ трехмерной модели.

¬идео-демонстраци€ работы Autodesk Revit 2016 на виртуальной машине с NVIDIA GRID K240Q vGPU.

Ќа приведенном выше видео вы можете пронаблюдать, как работают основные инструменты программы дл€ навигации в виртуальном пространстве, и с какой скоростью программа реагирует на действи€ пользовател€. ≈сли присмотретьс€ внимательнее, можно увидеть, что vGPU полностью выполн€ет визуализацию основных эффектов затенени€ в Revit и оперирует стил€ми отображени€ виртуального пространства.

 ак и в случае с AutoCAD, при разработке виртуальных машин следует учитывать то, какие пользователи будут работать с программой. ≈сли это пользователи, которые создают только семейства или их компоненты, то дл€ них можно создать несколько виртуальных машин с vGPU меньшей производительности и меньшим объемом пам€ти. ¬ то же врем€, если создаютс€ полноценные здани€ и их семейства, насчитывающие множество элементов и св€зей, тогда стоит задуматьс€ о том, чтобы создать vGPU с большим объемом пам€ти или примен€ть физический графический процессор с технологией Pass-through GPU.

Bentley MicroStation v8i на vGPU
—истема автоматизированного проектировани€ MicroStation от компании Bentley также €вл€етс€ одним из лидеров рынка инструментов проектировани€. јналогично системе AutoCAD она использует богатые возможности графического €дра дл€ представлени€ как двумерных данных, так и комплексных трЄхмерных моделей, состо€щих из множества элементов. √рафические процессоры играют важную роль в представлении комплексных моделей и множества данных, используемых в проекте. „ем выше производительность графической подсистемы рабочей станции, тем лучше она будут справл€тьс€ с обработкой больших объемов данных и их визуализацией.
„ехлов NVIDIA GRID

Bentley MicroStation v8i на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q

 ак и в случае с Revit и AutoCAD vGPU NVIDIA GRID K240Q продемонстрировал достаточно высокую скорость работы и стабильность в визуализации трехмерной модели архитектурного комплекса и двумерных чертежей.

¬идео-демонстраци€ работы Bentley MicroStation v8i на виртуальной машине с NVIDIA GRID K240Q vGPU

ѕредставленное выше видео нагл€дно демонстрирует работу MicroStation на vGPU K240Q.  ак вы можете заметить, проект с комплексной моделью может незначительно Ђпритормаживатьї на профиле vGPU с небольшим объЄмом пам€ти, а программа активизирует режим оптимизации геометрии в процессе навигации. Ёто можно объ€снить тем, что данный профиль vGPU предоставл€ет пользователю всего 1 √б графической пам€ти, что не всегда соответствует задачам, св€занным с обработкой комплексных моделей, насчитывающих большое количество элементов в сборке.

ћы предоставили возможность протестировать NVIDIA GRID и решени€ от компании FORSITE на реальном проекте в системе Bentley MicroStation специалистам компании —ќ»Ћќ“Ё  | SOILOTEK (≈катеринбург), занимающейс€ проектированием инфраструктуры особой экономической зоны в —вердловской области, и получили приведЄнный ниже отзыв (подписанный ≈вгением „ехловым, основателем компании —ќ»Ћќ“Ё  | SOILOTEK.): Ђќпыт проектировани€ инфраструктуры особой экономической зоны определил р€д особенностей:

  • планы резидентов характеризуютс€ высокой изменчивостью, в тоже врем€, инфраструктура должна быть подготовлена уже к запуску первого резидента, учитывать перспективных резидентов, и исключать перекладку вновь построенного в будущем;
  • над проектом работает множество территориально распределенных проектных групп - подр€дчиков, географически расположенных в ћоскве, —анкт-ѕетербурге и на ”рале;
  • концепци€, заданна€ проектом планировки, разрабатываетс€ поэтапно в проектной документации дл€ дальнейшего поэтапного строительства;
  • график поэтапного строительства динамически уточн€етс€ после защиты проектно-сметной документации соответствующих этапов строительства в государственной экспертизе, защиты бюджетной части программы строительства, уточнени€ текущих планов уже за€вленных и потенциальных резидентов ќЁ«;
  • структура проектной документации по своей природе €вл€етс€ распределенной и мультидисциплинарной; здесь требуетс€ распределенна€ система обработки и хранени€ данных с множеством файлов и моделей, между которыми установлены ассоциативные св€зи, и с которыми параллельно работают несколько территориально распределенных проектных групп.
ќпытное тестирование виртуальных рабочих станций c технологией NVIDIA GRID от компании FORSITE с развернутым в виртуальной среде программным обеспечением по проектированию инфраструктуры от Bentley Systems позволило консолидировать распределенные проектные данные в высокопроизводительной и защищенной системе обработки данных, локализованной на единой технологической площадке, и одновременно сохранить распределенную природу данных, разрабатываемых территориально распределенными проектными группами. ѕроизводительность виртуальных рабочих станций FORSITE CLOUD VG на базе NVIDIA GRID K2 в переводе на одно рабочее место (виртуальную машину) сопоставима с настольными рабочими станци€ми высокого класса, но обладает несопоставимо более высокой степенью балансировки ресурсов при выделении рабочих местї.

ѕроизводительность навигации в приложени€х DCC на vGPU

ќтдельного внимани€ заслуживают приложени€ дл€ создани€ цифрового контента. ÷ифровые художники используют требовательные к вычислительным ресурсам системы инструменты. ј дл€ работы им всегда необходимо высокопроизводительное оборудование. ќдним из важнейших требований современных дизайнеров к программному обеспечению €вл€етс€ высока€ скорость навигации в трЄхмерном пространстве и высока€ скорость обработки трехмерной сцены в процессе анимации. «а навигацию и визуализацию виртуального пространства в первую очередь отвечает графический процессор, который должен обладать достаточной производительностью и объемами графической пам€ти дл€ хранени€ и визуализации миллионов полигонов и множества текстур. ƒл€ специалистов в области M&E это €вл€лось важным критерием, а низка€ производительность решений дл€ виртуализации и отсутствие поддержки ускорени€ графики значительно осложн€ли данный процесс. —ейчас эта проблема решена, и не только специалисты CAD могут использовать возможности ускорени€ графики с помощью NVIDIA GRID, но и специалисты, работающие в индустрии развлечений.

јналогично тестированию приложений CAD, мы произвели несколько тестов с такими пакетами, как Autodesk 3ds Max и Autodesk Maya, записав дл€ вас несколько демонстрационных видео, где пакеты работают на виртуальной машине с vGPU.

Autodesk 3ds Max 2016 на vGPU и Dedicated GPU
ѕакет компьютерной графики Autodesk 3ds Max €вл€етс€ одним из самых попул€рных инструментов среди художников, архитекторов, разработчиков игр и визуальных эффектов дл€ телевидени€ и кино. ћногие инструменты, разработанные дл€ 3ds Max, позвол€ют интенсивно использовать возможности графических процессоров дл€ визуализации данных. ¬ первую очередь это касаетс€ современного движка виртуального пространства Nitrous, оптимизированного дл€ высококачественного затенени€ трехмерных сцен и моделей. ќн использует возможности API DirectX дл€ затенени€, освещени€ и визуализации.

≈ще один важный момент Ц применение инструментов, в которых используетс€ GPU ускорение, таких как NVIDIA PhysX или NVIDIA iray. Ёти решени€ используют технологию NVIDIA CUDA и требовательны к производительным графическим процессорам. Ёти решени€ могут быть использованы в виртуальной машине только при наличии Dedicated GPU или выведены на отдельный сервер с NVIDIA Tesla.

„ехлов NVIDIA GRID

Autodesk 3ds Max на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q

 ак и в случае с CAD системами, в 3ds Max мы создали небольшую сцену с множеством объектов и проверили работу vGPU с различными режимами отображени€ виртуального пространства сцены.  ак оказалось, виртуальный графический процессор способен превосходно обрабатывать сцены содержащие множество объектов.

¬идео-демонстраци€ работы Autodesk 3ds Max 2016 на виртуальной машине с NVIDIA GRID K240Q vGPU.

Ќо так как мы использовали профиль с небольшим объемом графической пам€ти навигаци€ по сцене, подготовка нового стил€ затенени€ была немного замедленной. ≈сли же запустить 3ds Max на системе, где используетс€ технологи€ GPU Pass-through, данна€ сцена будет обрабатыватьс€ гораздо быстрее, а процесс навигации будет плавнее.
„ехлов NVIDIA GRID

Autodesk 3ds Max на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K2 и запущенным процессом визуализации с помощью NVIDIA iray renderer

¬идео-демонстраци€ работы Autodesk 3ds Max 2016 на виртуальной машине с NVIDIA GRID K2 с профилем GPU Pass-through

Ѕлагодар€ полноценному доступу к физическому графическому процессору становитс€ возможным применение таких возможностей визуализации в видовых окнах проекций как глубина резкости и размытие движени€.
Autodesk Maya 2016 на vGPU и Dedicated GPU
ѕакет Autodesk Maya €вл€етс€ одним из важнейших инструментов профессиональных художников компьютерной графики и аниматоров. «а счет максимальной открытости и мощных возможностей интеграции в любые производственные процессы данное решение заслужило большую попул€рность среди студий и компаний выпускающих графический контент. ѕоддержка нескольких платформ позвол€ет работать в самых разнообразных окружени€х и выполн€ть быстрое развертывание пакета дл€ решени€ разнообразных задач.

јналогично 3ds Max, пакет Maya предоставл€ет множество возможностей интенсивно использующих графические процессоры дл€ визуализации виртуального пространства, финальной визуализации образов и вычислений различных эффектов.

¬ Autodesk Maya интенсивно используютс€ возможности API OpenGL и DirectX дл€ визуализации виртуального пространства, а некоторые из современных технологий используют возможности графических ускорителей дл€ ускорени€ вычислений общего назначени€. ѕри этом важен и объем графической пам€ти, в которой будут хранитьс€ текстурные карты и вспомогательные данные или кэш геометрии.

„ехлов NVIDIA GRID

Autodesk Maya на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q

“ак как система аппаратной визуализации Viewport 2.0 теперь используетс€ по умолчанию, многие из технологий доступных в Autodesk Maya теперь плотно взаимодействуют с ней дл€ обеспечени€ высокой производительности в работе программы. Ќапример, новейша€ система управлени€ цветом (Color Management System) использует возможности OpenGL и DirectX дл€ представлени€ цвета текстурных карт как в 8-бит и 16-бит форматах, так и в 32-бит формате с плавающей точкой.

¬идео-демонстраци€ работы Autodesk Maya 2016 на виртуальной машине с NVIDIA GRID K240Q vGPU.

 ак было сказано выше, графическое €дро любого пакета компьютерной графики, которое использует OpenGL или DirectX, будет полноценно поддерживать работу в виртуальных машинах с vGPU. ¬иртуальный графический процессор без проблем выполн€ет визуализацию сцены с различными эффектами затенени€ и множеством текстурных карт. Ќо дл€ работы Maya существенную роль играет поддержка вычислений общего назначени€, когда программа обращаетс€ к GPU дл€ ускорени€ вычислений. Ќапример, новое €дро программы использует OpenCL дл€ ускорени€ вычислений в процессе анимации сцены. ’от€ данна€ функци€ по умолчанию отключена, при включении она не может быть использована на виртуальном графическом процессоре, о чем будет сообщено в соответствующем сообщении в консольном окне. Ёто касаетс€ и аппаратного со-ускорени€ тессел€ции/сглаживани€ геометрии с помощью технологии Open SubDiv, использующей возможности GPU дл€ многократного подразделени€ полигональных поверхностей, тем самым, придава€ ей более гладкую форму или добавл€€ детали в процессе применени€ технологии на основе карт смещени€.
„ехлов NVIDIA GRID

ќтсутствие поддержки вычислений на OpenCL в виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q.
Ѕиблиотеки OpenCL примен€етс€ в новом анимационном €дре программы Autodesk Maya 2016.

ƒл€ полноценной работы всех возможностей Autodesk Maya 2016 рекомендуетс€ использовать NVIDIA GRID и виртуальные машины, в которых выбран режим GPU Pass-through. Ёто позвол€ет активизировать технологии вычислений общего назначени€ на основе NVIDIA CUDA и OpenCL, а так же предоставл€ет полный доступ к графической пам€ти GPU.
„ехлов NVIDIA GRID

ѕоддержка вычислений на OpenCL в виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K2. »спользуетс€ технологи€ GPU Pass-through

¬озможность пр€мого обращени€ к физическому графическому процессору предоставл€ет гораздо больше возможностей дл€ профессиональных пользователей и разработчиков программного обеспечени€, нацеленного на применение в виртуальной среде. Ѕлагодар€ доступу к инструментам мониторинга нагрузки на GPU, мы можем анализировать использование ресурсов графического ускорител€ и впоследствии лучше распредел€ть задачи между пользовател€ми и нагрузку на виртуальные машины.

¬идео-демонстраци€ работы Autodesk Maya 2016 на виртуальной машине с NVIDIA GRID K2 с профилем GPU Pass-through

»з приведенного выше видео вы можете заметить, что работа в виртуальной машине с пр€мым доступом к физическому GPU принципиально не отличаетс€ от работы с полноценной рабочей станцией. ѕрактически все основные возможности Maya Viewport 2.0 могут быть использованы в полном объеме. Ёто предоставл€ет большие возможности CG художникам и дизайнерам, желающим работать удаленно как с модел€ми и сценами, так и с анимацией.
Adobe Photoshop CC 2015 на vGPU
–едактор растровой графики Adobe Photoshop за последнее дес€тилетие приобрел множество возможностей использующих вычислительную мощность графических процессоров. ќдной из первых задач, ставившихс€ перед разработчиками, €вл€етс€ обеспечение плавной навигации по холсту и быстра€ визуализаци€ растрового изображени€. Ќачина€ с Adobe Photoshop CS4, программа получила обновлЄнное графическое €дро, поддержку трехмерного пространства и поддержку ускорени€ со стороны GPU в различных инструментах, таких как инструменты навигации, фильтры и эффекты.
„ехлов NVIDIA GRID

Adobe Photoshop CC на виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K240Q

“ак как Adobe Photoshop CC также обладает поддержкой вычислений общего назначени€ на GPU (OpenCL), в виртуальной машине, в которой используетс€ профиль vGPU, будет не доступна данна€ функци€, но все графические вычислени€ обработка трехмерных моделей и другие задачи, основанные на применении API OpenGL, будут полностью выполн€тьс€ силами графического ускорител€ NVIDIA GRID.
„ехлов NVIDIA GRID

¬ Adobe Photoshop CC на виртуальной машине с vGPU недоступны возможности с OpenCL

ѕроведенное исследование показало хороший результат в работе приложени€ в виртуальной среде. ѕрактически все основные функции программы св€занные с навигацией по холсту, отображением инструментов и визуализацией были реализованы полностью.

¬идео-демонстраци€ работы Adobe Photoshop CC на виртуальной машине с NVIDIA GRID K240Q vGPU.

 ак и в случае с пакетами дл€ трехмерной графики, чтобы получить доступ к вычислени€м общего назначени€ с помощью OpenCL необходимо воспользоватьс€ технологией GPU Pass-through. “огда в настройках производительности (Performance) будет активен параметр Use OpenCL.
„ехлов NVIDIA GRID

ѕоддержка вычислений на OpenCL в виртуальной машине с vGPU NVIDIA GRID K2.
»спользуетс€ технологи€ GPU Pass-through

 ак вы можете заметить, практически все основные функции с поддержкой ускорени€ со стороны GPU и доступные в Adobe Photoshop могут быть использованы вами в работе на виртуальной рабочей станции.  онечно, в первую очередь стоит исходить из требований и поставленных задач: какие объемы данных будут обрабатыватьс€, какие задачи решает художник и многое другое, но вывести свою работу в облако на текущий момент не составл€ет никакой сложности.

»тоги исследовани€

ћне, как эксперту в области компьютерной графики и начинавшему с технологий графических ускорителей, было давно интересно опробовать виртуализацию в действии. ѕервый опыт применени€ технологий и платформы NVIDIA GRID был получен еще с выходом первого поколени€ данной платформы в 2012 году. «а три года данна€ платформа претерпела множество изменений, получив поддержку со стороны производителей программного и аппаратного обеспечени€. –ешени€ на основе Citrix значительно улучшили свои возможности, а программна€ основа от NVIDIA позвол€ет реализовать достаточно сложные задачи по распределению вычислительных возможностей графических процессоров между множеством независимых систем. ¬иртуализаци€ рабочих станций выходит на новый уровень и предоставл€ет гораздо больше возможностей дл€ компаний и пользователей предпочитающих Ђмобильныйї образ жизни; это особенно важно современному молодому поколению дизайнеров, проектировщиков и цифровых художников. ¬ то же врем€ компании получают больше возможностей дл€ централизации хранени€ данных проектов и управлени€ пользовател€ми, а также их действи€ми. —истемным администраторам будет гораздо легче управл€ть единой системой виртуализации, быстро перенастраива€ виртуальные системы под требуемые задачи, когда необходимо предоставить больше вычислительных мощностей или наоборот ограничить их.

ƒанна€ стать€ нагл€дно демонстрирует работу технологий платформы NVIDIA GRID в нескольких приложени€х от ведущих разработчиков и может быть вз€та вами на вооружение дл€ оценки перспектив применени€ технологии виртуальных рабочих станций и графики в своей компании. ¬иртуализаци€ может быть применена не только дл€ того чтобы обеспечить удаленных сотрудников всем необходимым, но также она может быть использована внутри самой компании, когда необходимо максимально централизовать IT-инфраструктуру и обеспечить высокую надежность работы систем.  огда платформа виртуализации графики и графические ускорители NVIDIA GRID были анонсированы и представлены, многие дистрибьюторы облачных сервисов начали предоставл€ть такую возможность своим клиентам. Ќо основную часть вз€ли на себ€ дистрибьюторы профессиональных решений, сформировав совершенно новую область направлени€ виртуализации и пакеты продуктов.

NVIDIA представила GRID 2.0

Ќа проходившей в —ан-‘ранциско выставке-конференции VMworld NVIDIA представила обновление технологии NVIDIA GRID (верси€ 2.0), котора€ позвол€ет обеспечивать работу графически насыщенных, ресурсоемких приложений в виртуальной среде на любом подключенном к —ети устройстве.

Ѕолее дес€тка компаний из списка Fortune 500 уже занимаютс€ изучением возможностей бета-версии NVIDIA GRID 2.0.  лючевые производители серверов, среди которых Cisco, Dell, HP и Lenovo, сертифицировали решение GRID дл€ 125 моделей серверов, включа€ блейд-серверы. —отрудничество NVIDIA с Citrix и VMware обеспечивает конечным пользовател€м практически полный спектр возможностей дл€ работы с графикой на ведущих платформах виртуализации.

„ехлов NVIDIA GRID

NVIDIA GRID 2.0

NVIDIA GRID 2.0 обеспечивает беспрецедентную производительность, эффективность и гибкость виртуализированной графики в корпоративной среде. ѕользователи могут работать практически в любом месте без задержек в загрузке файлов. IT-отделы компаний могут предоставл€ть работникам мгновенный доступ к мощным приложени€м, повыша€ эффективность использовани€ ресурсов. ѕри этом хранение данных на центральном сервере гарантирует более надежную защиту данных по сравнению с моделью работы на персональных системах.

Ќизка€ производительность, ограниченные возможности пользователей и ограниченна€ поддержка в серверах и приложени€х преп€тствовали возможности целиком и полностью перенести в виртуальное пространство работу предпри€тий. Ѕлагодар€ интеграции GPU непосредственно в инфраструктуру дата-центров, технологи€ NVIDIA GRID 2.0 устранила существующие барьеры и предложила следующие возможности:

  • NVIDIA GRID 2.0 удваивает плотность пользователей - до 128 пользователей на сервер - по сравнению с предыдущей версией, представленной в прошлом году. Ёто повышает экономичность масштабировани€ решени€ дл€ компаний, позвол€€ им предоставл€ть сервис большему числу сотрудников при более низких удельных затратах.
  • ”двоенна€ производительность приложений: благодар€ использованию передовой графической архитектуры NVIDIA MaxwellЩ технологи€ NVIDIA GRID 2.0 обеспечивает вдвое более высокую производительность приложений, превосход€ в скорости работы многих нативных клиентов.
  • ѕоддержка блейд-серверов: теперь заказчики смогут запускать виртуальные десктопы на базе GRID на блейд-серверах от ведущих мировых производителей, а не только на стоечных серверах.
  • ѕоддержка Linux: NVIDIA GRID 2.0 больше не ограничена ќ— Windows, позвол€€ компани€м, использующим Linux, также воспользоватьс€ преимуществами графически ускоренной виртуализации.
“ехнологически NVIDIA GRID 2.0, помимо перехода на новейшую архитектуру GPU, будет доступна на графических ускорител€х линейки NVIDIA Tesla. Ќова€ модель NVIDIA Tesla M6 предоставл€ет возможности 1 GPU с 1536 €драми CUDA и 8 √б графической пам€ти. ѕлата потребл€ет максимум 100 ¬атт энергии. ¬ отличие от предыдущих решений NVIDIA Tesla, модель M6 использует форм-фактор MXM (NVIDIA Mobile PCI Express Module), что дает возможность использовать данный ускоритель в легких и тонких блэйд-серверах. ј это, в свою очередь, предоставл€ет широкие возможности по развертыванию мощной инфраструктуры дл€ виртуализации с большой плотностью.

ћодель NVIDIA Tesla M60 предоставл€ет более производительное решение в виде полноценной платы в двух-слотовом исполнении с поддержкой интерфейса PCI-E 3.0. ƒанный ускоритель использует два графических чипа на основе архитектуры NVIDIA Maxwell с общим количеством €дер CUDA равным 4096.  аждому чипу отведено по 8 √б графической пам€ти (общий объем 16 √б). ћодель Tesla M60 ориентирована на применение в полноценных серверах и предназначена дл€ работы в виртуальных средах с большой плотностью и высокими требовани€ми к производительности оборудовани€, плата потребл€ет 300 ¬атт энергии.

 ак только по€витс€ возможность протестировать новую версию платформы NVIDIA GRID, мы об€зательно напишем об этом и расскажем в подробност€х о производительности новых решений.

¬ыражаю большую благодарность компании FORSITE за предоставленные ресурсы и помощь в подготовке материалов и иллюстраций к статье. ¬ы также можете обратитьс€ к специалистам компании FORSITE за дополнительными сведени€ми и заказать тест-драйв NVIDIA GRID, чтобы в полной мере протестировать свои приложени€ и проекты в реальных услови€х.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ќ кино

Ѕлог:  Ћ≈ƒј—: виндсерфинг, катамаран и другое

ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2016 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.