Обзор FORSITE vPod — комплексного решения VDI с vGPU на базе отечественной платформы виртуализации ROSA Virtualization и протокола Loudplay. Часть 1

См. также Обзор FORSITE vPod — комплексного решения VDI с vGPU на базе отечественной платформы виртуализации ROSA Virtualization и протокола Loudplay. Часть 2, Тестирование VDI платформы в работе с T-FLEX CAD, Renga, Blender и DaVinci Resolve

Введение. Что за зверь такой, этот ваш VDI?
Для чего необходима виртуализация GPU?
Уход с Российского рынка ведущих вендоров оборудования и корпоративных систем
Импортозамещение стека ПО для виртуализации
FORSITE vPod и ROSA Virtualization
      Общая архитектура
      Поддержка KVM и Libvirt инструментарием NVIDIA vGPU Management
      Виртуализация серверов и рабочих станций
      Loudplay — протокол виртуализации рабочих столов
      Задача Loudplay в развитии направления VDI
      Принцип работы протокола
      Функциональные особенности и технологии
      Технические требования к сети передачи данных
FORSITE vPod — решение для виртуализации инфраструктуры VDI
      Серверы FORSITE EGX
Виртуальные рабочие станции в пределах предприятия и во внешнем пространстве
Пример внедрения в образовательной среде
Приглашение к тестированию FORSITE vPod

Представляю вам новую статью о системах Virtual Desktop Infrastructure (VDI), которые обладают полноценным аппаратным ускорением графической подсистемы и высокой отзывчивостью даже при низкой пропускной способности каналов связи.

Совместно с партнёрами — разработчиками высокопроизводительных вычислительных систем и рабочих станций, компанией Forsite, мы подготовили материал, демонстрирующий возможности современных решений для виртуализации и распределения удалённых рабочих столов (VDI) на расстояния свыше 1800 километров, созданных с использованием отечественных решений.

В этой статье вы узнаете о VDI и особенностях реализации GPU-ускорения в виртуальных машинах. Мы рассмотрим преимущества виртуализации GPU (vGPU), приведём примеры работы с полноценными CAD (САПР), Digital Content Creation (DCC) приложениями, программами для индустрии Media and Entertainment, а также распределёнными вычислениями в виртуальных машинах с GPU-ускорением на CUDA и OpenCL. В завершение расскажем об интересном проекте, реализованном на основе комплексного решения FORSITE vPod.

Введение. Что за зверь такой, этот ваш VDI?

Более 10 лет назад, еще до появления GPU на архитектуре NVIDIA Fermi, стали обсуждаться проблемы существующих на то время систем виртуализации. С расширением возможностей приложений, использующих GPU не только для визуализации, но и для вычислений общего назначения, появилось множество программ, ускоряющих вычисления с помощью GPU в разных областях.

Широкое распространение GPU-accelerated приложений повысило требования к вычислительной мощности как ПК, так и серверов в дата-центрах. Ведь даже простой просмотр web-страниц стал зависеть от наличия хоть какого-то GPU в системе. Пользователи ПК, конечно, хорошо оценили аппаратное кодирование / декодирование видео, обработку больших массивов текста и изображений / видео на web-страницах. Однако для работы в режиме удаленного доступа системные инженеры и администраторы столкнулись с нехваткой производительности и сложностями лицензирования решений RDP. Запрос на решения с полноценным GPU-ускорением в серверном сегменте, особенно в период пандемии COVID-19, привел к необходимости реализации полноценного GPU-ускорения в виртуальных машинах.

В 2012-2013 годах стали использовать серверы с дискретными графическими ускорителями, пробрасываемыми в виртуальные машины. Первые решения были реализованы NVIDIA и Citrix, а затем подключились и VMware, что позволило использовать GPU для обработки интерфейсов и базовых возможностей 3D-приложений.

В тот же период появились первые решения NVIDIA для виртуализации GPU с поддержкой драйверов NVIDIA Quadro Driver в виртуальных машинах на серверах с GPU. Это позволило работать с ресурсоемкими приложениями, такими как CAD (САПР), программы для создания контента, игровые движки и приложения для обработки изображений / секвенций кадров, требующими поддержки всех возможностей GPU и API OpenGL, Vulkan и DirectX.

Сервер Fujitsu формата 1U с установленными двумя GPU NVIDIA Quadro 4000 (на базе архитектуры NVIDIA Fermi). Фото автора, с конференции Autodesk University Russia 2012

В первом поколении мы были ограничены наличием выделенного GPU, когда в сервер нужно было установить несколько отдельных графических ускорителей и распределить их между несколькими виртуальными машинами. Но уже тогда, создав сервер виртуализации с 2, 4 или даже с 6 GPU, мы могли создать виртуализированные рабочие места для 2-12 пользователей. Это позволяло консолидировать все данные и инструменты в закрытом периметре организации или предприятия, а также предоставлять доступ удаленно расположенным сотрудникам, работающим на аутсорсе или в командировке. Даже локально, в рамках одной сети внутри предприятия, можно было создать виртуальные рабочие станции и распределить их между пользователями, использующими легкие тонкие клиенты. Такие клиенты только передают команды пользователя и отображают на мониторе изображение, получаемое с виртуальной машины.

Autodesk 3ds Max 2016 в виртуальной машине, запущенной на сервере с GPU NVIDIA GRID K2. (Иллюстрация из статьи 2015 года)

Autodesk Maya 2016 в виртуальной машине, запущенной на сервере с GPU NVIDIA GRID K2. (Иллюстрация из статьи 2015 года)

Важной задачей, которую предстояло решить инженерам и разработчикам систем виртуализации, было обеспечение полноценной поддержки последних версий API OpenGL, DirectX и Vulkan, а также драйверов от производителей GPU (в нашем случае — NVIDIA) и API для вычислений общего назначения, таких как NVIDIA CUDA, OpenCL, DirectCompute и Vulkan.

Помимо этого, в ходе разработки были созданы все необходимые инструменты для управления аппаратным обеспечением и распределением его ресурсов. Это особенно важно для высоконагруженных вычислений, виртуализации рабочих станций и приложений в системах с большим количеством пользователей и конфигурациях multi-vGPU, интенсивно использующих возможности GPU. Такие решения особенно востребованы при работе с интерактивными и игровыми приложениями, а также в параллельных вычислениях для научных исследований, инженерных расчетов и научной визуализации.

С приходом глобальной проблемы в виде пандемии COVID-19 практическая полная изоляция людей внутри собственных домов и квартир значительно увеличила спрос на системы виртуализации рабочих станций и мест, а также на решения для дистрибуции удаленных рабочих столов на большие расстояния.

Кроме удаленного доступа, возник вопрос сохранности конфиденциальных данных, что важно как для бизнеса, так и для крупных инженерных компаний, занимающихся проектированием и разработкой новых сооружений и машин. Это также актуально для студий, производящих медиа-контент для вещательной, кино- и игровой индустрий. Производители медиа-контента предъявляют особые требования к безопасности данных, так как мало кто хочет, чтобы будущий фильм попал в Интернет на торренты раньше премьеры в кинотеатре.

Создание изолированных систем с выделенными подключениями и централизованным хранением данных позволило снизить риски кражи информации и проникновения в систему вредоносных приложений или посторонних лиц.

Для чего необходима виртуализация GPU?

Виртуализация графического процессора позволяет каждой виртуальной машине использовать возможности физического графического процессора, как если бы это был физический стационарный компьютер. Поскольку обработка графики с полноценным 3D-ускорением, которая в виртуальной среде обычно выполняется центральным процессором, перекладывается на графический процессор, взаимодействие с пользователем улучшается и становится доступна поддержка всех возможностей приложений и их инструментов.

Решения NVIDIA RTX Virtual WorkStation (vWS) и NVIDIA Virtual GPU (vGPU) предоставляют высокопроизводительную платформу виртуальной рабочей станции, позволяющую инженерам и художникам работать на любом устройстве и в любом месте. Благодаря тому, что рабочие материалы и данные хранятся централизованно в центре обработки данных, пользователи могут беспрепятственно сотрудничать из разных офисов или производственных площадок, снижая риск возникновения проблем с контролем версий и конфиденциальностью данных.

Это особенно важно, когда над одним проектом работают команды из нескольких человек. Поддержка multi-vGPU, то есть возможность назначать несколько графических процессоров NVIDIA одной виртуальной машине (ВМ), позволяет специалистам и подрядчикам эффективно выполнять наиболее ресурсоемкие графические задачи в 3D-проектировании и визуализации. Команды могут работать с уверенностью, зная, что их данные защищены, а проекты могут реализовываться в режиме 24/7.

Быстрое масштабирование ресурсов упрощает управление IT-инфраструктурой, ускоряет производственные графики и снижает затраты. Поскольку виртуальные машины можно запустить за считанные минуты, пользователи и администраторы могут гибко реагировать на меняющиеся требования проекта. Динамическая миграция с поддержкой ведущих решений виртуализации позволяет переносить работающие виртуальные машины без вмешательства пользователя. Это способствует более эффективному обслуживанию центров обработки данных и позволяет творческим и техническим специалистам получать доступ к приложениям для повышения производительности днем и выполнять вычисления и визуализацию сцен ночью на одной и той же серверной инфраструктуре.

Уход с Российского рынка ведущих вендоров оборудования и корпоративных систем

До 2022 года большинство корпоративных клиентов были практически «оккупированы» западными вендорами, разработчиками серверного оборудования и программного обеспечения.

Ключевыми игроками на рынке виртуализации были Microsoft, VMware, Citrix и Red Hat. Практически все аппаратные инфраструктурные решения поставлялись компаниями HP и DELL. Они были спроектированы на основе процессоров Intel и AMD, а также графических ускорителей NVIDIA.

Ключевыми игроками на рынке САПР и решений для развлекательной и медиа-индустрии были Autodesk, MAXON, Nemetcheck, Siemens, Dassault и другие компании. Однако, как мы все прекрасно знаем, весной 2022 года ситуация кардинально изменилась буквально «одним росчерком пера». Это значительно усложнило разработку текущих и будущих крупных проектов для многих проектировщиков, дизайн-бюро и студий компьютерной графики и анимации.

Крупному бизнесу также пришлось оптимизировать все издержки на IT-инфраструктуру и искать альтернативные решения. Некоторые задачи удалось решить легко, а другие потребовали значительных усилий и ухищрений. Особенно серьезно пострадали от санкций такие отрасли, как банковская сфера, машиностроение, архитектурные и инфраструктурные проекты, а также производители мультимедийного контента.

Импортозамещение стека ПО для виртуализации

В современных условиях приобретение компьютерного оборудования оказалось не таким сложным, как могло показаться на первый взгляд. Несмотря на введенные санкции и сложности с производителями, доступность оборудования сохраняется. Хотя это негативно сказалось на цене и полноценной поддержке со стороны вендоров, у нас все же есть возможность использовать отдельные компоненты и собирать на их основе производительные решения, такие как рабочие станции и серверы.

С программным обеспечением, особенно специализированным для решения определенных технологических задач, ситуация обстоит несколько иначе. В сфере САПР на российском рынке все не так плохо: отечественные разработчики уже не первое десятилетие активно создают превосходные продукты для AEC, CAM, CAE и других направлений.

Однако на рынке операционных систем и серверов, особенно серверов виртуализации, у наших вендоров была сильная конкуренция с продуктами таких компаний, как Microsoft, Citrix и VMware.

Помимо этого, практически повсеместно используются рабочие станции на базе Microsoft Windows и серверы под управлением Microsoft Windows Server. Это существенно повлияло на поддержку со стороны прикладного ПО. Только недавно пакеты САПР начали реализовывать поддержку ОС семейства Linux, при этом вся поддержка реализована на основе стека Linux+Wine, что может негативно сказаться на производительности и стабильности рабочих инструментов.

Тем не менее с решениями от Microsoft можно найти необходимые варианты для выполнения задач. Однако в организациях с высокими требованиями к безопасности данных и изоляции необходимость минимизировать зависимость от сторонних решений значительно возросла.

Сейчас на рынке решений для виртуализации доминируют отечественные разработчики, создавшие несколько функциональных и надежных продуктов. Особое внимание привлекает платформа ROSA Virtualization, разработанная компанией «РОСА» (АО «НТЦ ИТ РОСА»).

Концептуальная схема системы FORSITE EGX для виртуализации и VDI на базе отечественных программных решений с «вкраплениями» импортных решений для управления vGPU

На рисунке выше представлена концептуальная схема сервера Forsite EGX для виртуализации и VDI, созданная на основе отечественных программных решений. Хотя аппаратное обеспечение доступно, с программными решениями, особенно серверными системами и платформами для виртуализации, специалистами Forsite была проведена большая исследовательская работа. В результате были найдены подходящие и оптимальные решения на основе отечественных гипервизоров, таких как ROSA Virtualization, ALT Virtualization Server, РЕД Виртуализация, а также протокола Loudplay, разработанного специально для стриминга удаленных рабочих столов с высокой скоростью и минимальными задержками, значительно превосходящими стандартные протоколы VDI, доступные в системах виртуализации.

Единственное, от чего не так просто отказаться, — это системы управления NVIDIA vGPU Management. NVIDIA разработала лидирующее, но проприетарное и крайне закрытое решение для виртуализации GPU и реализации VDI с полноценным GPU-ускорением.

Отмечу, что важность NVIDIA vGPU Management очень велика. Это программное решение позволяет оптимально управлять аппаратными ресурсами сервера, распределять GPU между виртуальными машинами и определять, как будет реализовано vGPU внутри виртуальной машины.

Однако ключевым инструментом остается гипервизор — система, управляющая аппаратными ресурсами, создающая, запускающая и администрирующая виртуальные машины, системы хранения данных и сетевые стеки в виртуальной среде. В этом отношении ROSA Virtualization предоставляет отличные возможности, не уступающие известным решениям, таким как VMware ESXi и vSphere.

FORSITE vPod и ROSA Virtualization

В качестве базовой системы управления виртуализацией в FORSITE vPod (FORSITE Virtualization Pod) предлагается ROSA Virtualization. Заказчики могут выбрать подходящее решение на основе других отечественных платформ виртуализации и VDI, таких как ALT Virtualization Server, РЕД Виртуализация и Astra Linux Server.

Гипервизор и система управления виртуализацией предоставляют комплексное решение для виртуализации серверов, рабочих станций и других вычислительных ресурсов. Компоненты системы обеспечивают автоматизацию управления, высокую доступность, масштабируемость и безопасность.

Страница входа в консоль управления ROSA Virtualization

Система создана на основе открытой платформы виртуализации oVirt, что обеспечивает ей ряд существенных преимуществ, таких как стабильность и надежность. Наследование ROSA Virtualization от oVirt гарантирует, что продукт будет получать все обновления и улучшения от сообщества разработчиков oVirt, позволяя платформе оставаться актуальной и эффективной в области виртуализации.

Как и во многих других отечественных системах виртуализации, код ROSA Virtualization приведен в соответствие с требованиями ФСТЭК. Это обеспечивает соответствие продукта строгим стандартам информационной безопасности, что критически важно для многих организаций.

Система включает ряд функциональных доработок, которые улучшают её работу и делают более удобной для использования.

Консоль управления ROSA Virtualization обладает интерфейсом и документацией на русском языке, что упрощает ее использование для русскоязычных пользователей

В систему управления виртуализацией внедрена двухфакторная аутентификация, что повышает уровень безопасности учетных записей пользователей. Для защиты дисков виртуальных машин от несанкционированных изменений реализована функция подсчета и сверки контрольных сумм, предотвращающая внесение изменений без явного разрешения.

Также предусмотрена возможность контроля целостности файлов гипервизора, что позволяет обнаруживать и исправлять возможные повреждения.

Администраторам доступна специальная утилита для контроля и учета подключаемых съемных носителей информации, что предотвращает возможное неправомерное использование данных. Реализована возможность полного уничтожения информации, обеспечивающая дополнительную защиту от утечек конфиденциальных данных.

Общая архитектура

В отечественных системах управления виртуализацией и гипервизорах в качестве основных компонентов используются KVM, Libvirt, VDSM и другие. Конфигурация, состояние, отчеты и другая вспомогательная информация хранятся в базе данных.

Для хранения данных используется домен хранения, который предоставляет возможность создания программно-определяемого хранилища на базе ZFS и GlusterFS или подключения к внешнему хранилищу через NFS, iSCSI или Fibre Channel. ZFS обеспечивает функции управления томами, а также компрессию, дедупликацию, создание снимков и репликацию.

Среда виртуализации управляется с помощью виртуальной машины с предустановленным ПО системы управления виртуализацией. Управление осуществляется через веб-порталы администратора и пользователя. Интеграция с другими приложениями осуществляется через интерфейсы, основанные на RestAPI, Python SDK и Java SDK. Доступ к интерфейсам виртуальных машин в стандартной комплектации может быть осуществлен через VNC, SPICE или другие протоколы передачи команд и изображения между ВМ и клиентами. В решении, разработанном компанией Forsite, используется протокол Loudplay VDI. Система виртуализации может быть интегрирована с доменами Active Directory и FreeIPA.

Страница с созданными виртуальными машинами

Визуализация состояния и отчётов осуществляется с помощью Grafana. Встроена система безагентного резервного копирования, позволяющая создавать резервные копии без использования дополнительных агентов.

Платформа представляет собой законченное решение для виртуализации, состоящее из следующих компонентов:

• Кластер гипервизоров — основан на использовании KVM и Libvirt, что обеспечивает высокую производительность и гибкость.
• Хранилища данных — поддерживает программно-определяемые хранилища на базе ZFS или GlusterFS, а также внешние хранилища, подключенные через NFS, iSCSI и FC.
• Система управления — обеспечивает автоматизацию процессов управления, включая развертывание, обновление и мониторинг виртуальных машин.
• Сервер доменной аутентификации — интегрируется с Active Directory и FreeIPA для управления доступом к ресурсам виртуализации.
• Отчетность — предоставляет инструменты для анализа и визуализации данных, такие как Grafana.

Поддержка KVM и Libvirt инструментарием NVIDIA vGPU Management

Сторонние расширения, такие как NVIDIA vGPU Management, поддерживающие KVM и Libvirt, упрощают развертывание дополнительных возможностей в серверах виртуализации с полноценным GPU-ускорением в vWS и vPC.

После установки расширений и драйверов, поддерживающих KVM и Libvirt, основные параметры будут доступны в глобальной консоли конфигурации виртуальных машин и их ресурсов.

Инструментарий NVIDIA vGPU Management устанавливается в систему гипервизора, поддерживающего KVM, реализует необходимые сервисы и предоставляет доступ к консоли управления vGPU Management и конфигурации физических GPU для их использования в виртуальных машинах.

Для мониторинга производительности и нагрузки отчеты NVIDIA vGPU Management могут быть визуализированы в Grafana за счет добавления необходимых счетчиков и полей.

Виртуализация серверов и рабочих станций

Система виртуализации представляет собой универсальное решение, подходящее как для серверной, так и для десктопной виртуализации посредством VDI (Virtual Desktop Infrastructure).

Это единое решение упрощает процесс управления и развертывания виртуальных машин. Вместо использования разных инструментов для различных типов виртуализации пользователи могут применять одну платформу для всех своих нужд.

Кроме того, использование единого решения снижает общую стоимость владения инфраструктурой. Вместо приобретения и поддержки нескольких различных систем для управления виртуальными машинами организации могут использовать одну систему, покрывающую все их потребности в виртуализации.

Еще одним преимуществом является высокая доступность и масштабируемость. Благодаря технологиям высокой доступности и возможностям масштабирования, организации могут расти и развиваться вместе со своим бизнесом, не сталкиваясь с ограничениями в производительности или доступности.

Loudplay — протокол виртуализации рабочих столов

Важнейшим компонентом, представленным в стеке программных решений для FORSITE vPod, является новейший российский протокол — Loudplay.

Этот протокол позволяет передавать качественное изображение по низкоскоростным каналам передачи данных и обеспечивать быстрый отклик на действия пользователя.

Качество протокола проверено миллионами пользователей облачных игр, так как он был изначально разработан для рынка облачного гейминга и успешно протестирован в процессе эксплуатации.

Концептуальная диаграмма стека программных решений FORSITE vPod на основе ROSA Virtualization и протокола Loudplay. В виртуальных машинах установлен сервис Loudplay выполняющий формирование потокового видео к удаленному клиенту и выполняющий получение команд пользователя, выполняемые клавиатурой, мышью, игровым устройством или иным устройством ввода, подключенным через USB на удаленной системе клиента. На устройстве-клиенте установлено приложение Loudplay, подключаемое к удаленному серверу с определенными параметрами подключения и качества изображения

Задача Loudplay в развитии направления VDI

Предоставить корпоративным заказчикам и профессиональным пользователям качественные и функциональные возможности протокола передачи команд и изображения, конкурирующего с известными международными протоколами ICA (Citrix) и Blast (VMware).

Протокол Loudplay предлагает следующие возможности:

• Локальная команда по поддержке и обновлению ПО;
• Быстрая адаптация под потребности заказчика;
• Отсутствие зависимости от конкретного производителя аппаратного или программного обеспечения;
• Возможность интеграции с различными решениями VDI на разных гипервизорах и операционных системах;
• Обеспечение работы большого количества одновременных пользователей VDI для больших инсталляций, с поддержкой более 1000 пользователей;
• Доставка изображения с использованием протоколов TCP и UDP, настраиваемыми функциями битрейта, FPS, разрешения, поддержкой проприетарного алгоритма автобитрейта и избыточности видеопотока;
• Поддержка шифрования между сервером и клиентом.

Loudplay представляет собой клиент-серверное решение для запуска ресурсоемких приложений на слабых компьютерах, смартфонах, планшетах и телевизионных приставках. Протокол позволяет запускать ресурсоемкие приложения на мощном сервере, захватывать изображение рабочего стола и приложения на сервере, кодировать видеопоток по стандарту H.264 и транслировать его на клиентское устройство через сеть передачи данных. На клиентском устройстве перехватываются команды управления от устройств ввода и передаются на серверную часть через сеть передачи данных.

Сервис Loudplay устанавливается в гостевой системе (к примеру Windows 10) и выполняет функции захвата изображения экрана, кодирования видеопотока со стороны ВМ, стриминг видеопотока на удаленную систему, получение команд с удаленной системы, подключенной через приложение Loudplay. Кодирование видеопотока может быть выполнено как средствами CPU, так и с применением возможностей кодирования видеопотока в GPU NVIDIA A16

Принцип работы протокола

Пользователь получает доступ к облачному рабочему столу сервера, размещенного в ЦОД. На рабочем столе виртуальной машины пользователь может использовать любые приложения.

Изображение рабочего стола и запущенного приложения захватывается на сервере и упаковывается в транспортный видеопоток. Кодирование изображения производится на графическом ускорителе (GPU) или центральном процессоре сервера (CPU).

Сформированный на сервере видеопоток в реальном времени транслируется через сеть передачи данных на устройство пользователя. Команды управления пользователя передаются на сервер и обрабатываются приложением.

Таким образом, Loudplay позволяет пользователям получить доступ к ресурсоемким приложениям без необходимости иметь высокопроизводительный персональный компьютер.

Функциональные особенности и технологии

Протокол и приложение Loudplay являются хорошо оптимизируемым и высокопроизводительным решением, опирающимся на несколько функциональных особенностей и технологий:

• Автобитрейт — технология автоматически изменяет битрейт видеопотока в зависимости от состояния канала. Минимизирует задержки на канале и улучшает отклик;
• Избыточность видеопотока — позволяет до 30% увеличить стабильность и качество видеопотока в условиях высоких потерь на сети передачи данных;
• Отказоустойчивые контролы — технология позволяет до 50% увеличить стабильность передачи сигналов управления (клавиатура, мышь) с клиента на сервер на каналах передачи данных с высокими потерями;
• Аппаратное ускорение на клиентской стороне — позволяет существенно снизить нагрузку на CPU клиента при обработке видеопотока на клиентской машине;
• HW курсор — технология позволяет отключать курсор на виртуальной машине и отображать клиенту его локальный курсор. Улучшается позиционирование курсора на больших расстояниях между клиентом и сервером;
• Для передачи видео используются сетевые протоколы UDP или TCP;
• Для передачи сигналов клавиатуры и мыши используется протокол UDP;
• Кодировщиком видеопотока выступает H.264;
• Поддерживается разрешение до 4K (3840 х 2160 пикселей);
• Устойчивая работа на каналах передачи данных (Ethernet, Wi-Fi (2.4 – 5GHz), LTE, 3G);
• Поддержка работы с несколькими мониторами на сервере;
• Обеспечение возможности подключения несколькими клиентами к одному рабочему столу (для демо-режима);
• Задокументированный API клиента. Возможность встраивания клиентского приложения в экосистему заказчика;
• Поддержка виртуализации на сервере. Протоколом поддерживаются любые распространенные системы виртуализации;
• Поддержка bare-metal серверов/рабочей станции. Поддерживается ОС семейства Windows, установленная на bare-metal сервере или рабочей станции;
• Поддержка аппаратного ускорения на сервере: да, с помощью GPU NVIDIA или AMD;
• Реализована работа без дискретного графического ускорителя на сервере. В таком случае кодирование видеопотока выполняется средствами CPU.
• Поддерживается работа в режиме VDI.

Технические требования к сети передачи данных

В зависимости от набора приложений и задач виртуальной машины, протокол Loudplay может быть сконфигурирован индивидуально для каждой ВМ и подключающегося к ней клиента. Рассмотрим основные настройки ширины канала от сервера до клиента и в каких случаях их выгодно применять:

• от 100 Kбит/с до 1Mбит/c для FullHD и 3-30 FPS. Подходит для работы с офисными приложениями на каналах с низкой скоростью подключения;
• от 1 Mбит/с до 3Мбит/с для FullHD и 30-60 FPS. Эффективно для работы с офисными приложениями и просмотра видео;
• от 3 Мбит/с до 6Мбит/с для FullHD и 30-60 FPS, и от 6 Мбит/с до 12Мбит/с для FullHD и 60 FPS. Оптимально для работы с динамичными картинками, интерактивными приложениями, играми, САПР и приложениями для создания цифрового контента;
• от 12Мбит/с до 20Мбит/с пригодны для разрешения 2К (2560 x 1440) и 60 FPS;
• от 20Мбит/с и выше — для работы с разрешениями до 4K (3840 x 2160) включительно.

Графические ускорители NVIDIA vGPU поддерживают формирование изображения с разрешением до 7680×4320 пикселей, но протокол Loudplay VDI ограничен разрешением 3840x2160. Большие разрешения увеличивают требования к пропускной способности сети передачи данных и аппаратному обеспечению. Оптимальными для работы через сеть Интернет являются разрешения Full HD (1920x1080) и 2K (2560x1440). Внутри локальных сетей предприятия (в закрытом периметре) можно использовать разрешения 2K (2560x1440) и 4K (3840x2160).

Для реализации высокого качества изображения при разрешении Full HD (1920x1080) и увеличении ширины канала до 12-20 Мбит/с клиент будет получать высококачественное изображение с минимальными «дефектами» компрессии. Это критически важно при передаче изображений, содержащих множество мелких деталей и линий.

Пример, демонстрирующий качество потокового видео в зависимости от конфигурации ширины канала в Loudplay

Мы записали стриминг с виртуальной машины посредством протокола Loudplay VDI для демонстрации качества видеопотока при различной конфигурации пропускной способности канала. Кодирование и декодирование видеопотока выполнялись с разрешением Full HD (1920x1080 пикселей) при частоте 60 fps.

Обратите внимание на улучшение качества изображения в особенно сложных участках с мелкими деталями и градиентами. Уже при скорости 3 Мбит/с – 6 Мбит/с удается достичь хорошего качества передачи изображения с минимальными потерями. Однако при работе с большим количеством линий, как в режиме Wireframe, качество изображения можно повысить за счет увеличения пропускной способности до 6—Мбит/с – 12 Мбит/с.

FORSITE vPod — решение для виртуализации инфраструктуры VDI

На традиционном физическом вычислительном устройстве, таком как рабочая станция, ПК или ноутбук, графический ускоритель обычно выполняет весь процесс визуализации и вывода изображения в сложных задачах, таких как 3D-приложения и обработка видео.

В виртуальных машинах все обрабатывается центральным процессором хоста (сервера виртуализации). Несмотря на то что это функционально для некоторых базовых приложений, виртуализация на базе CPU никогда не обеспечивала того уровня взаимодействия и производительности, который необходим большинству пользователей, особенно в интерактивных 3D-приложениях.

Передовое решение для виртуализации инфраструктуры виртуальных рабочих столов (VDI) с поддержкой vGPU FORSITE vPod представляет собой интегрированный программно-аппаратный комплекс, разработанный для развертывания и управления виртуальной инфраструктурой с использованием vGPU. Этот комплекс обеспечивает высокую производительность и гибкость при развертывании виртуальных рабочих столов.

FORSITE vPod состоит из двух ключевых компонентов.

Аппаратная часть:

• Серверы Forsite EGX: Основа аппаратной части, серверы EGX, оснащены GPU ускорителями, что позволяет значительно повысить производительность в графических и вычислительных задачах.
• Системы хранения данных (СХД): Предназначены для хранения данных пользовательских виртуальных машин, обеспечивая надежность и доступность данных.
• Сетевая инфраструктура: Высокопроизводительная сетевая архитектура, обеспечивающая быстрый и безопасный доступ к виртуальным ресурсам.

Программная часть:

• Протокол доставки рабочих столов Loudplay: Российский протокол доставки рабочего стола Loudplay, разработанный для обеспечения высокого качества передачи изображения и быстрого отклика даже при работе на больших расстояниях и низкоскоростных каналах. Данный протокол поддерживает широкий спектр клиентских операционных систем, включая Windows, Linux, macOS и Android, и оптимизирован для работы с аппаратными ускорителями GPU.
• Forsite vGate: Программный продукт, входящий в состав vPod, который обеспечивает управление vGPU с поддержкой полного функционала (vPC, vWS). Forsite vGate выполняет мониторинг и управление виртуальными рабочими столами, сервисами NVIDIA vGPU, а также осуществляет управление и мониторинг сессий Loudplay с предоставлением возможности быстрого подключения к виртуальным машинам через консоль управления.

Благодаря решению FORSITE vPod для виртуализации, построенному на базе графических ускорителей NVIDIA и отечественных программных продуктов партнеров компании, стало возможным значительно повысить производительность приложений и компьютеров при создании инфраструктуры виртуальных рабочих столов (VDI).

Программное обеспечение NVIDIA vGPU Management устанавливается вместе с гипервизором и создает виртуальные GPU, которые распределяют ресурсы физического GPU на сервере между несколькими виртуальными машинами или назначают несколько GPU одной виртуальной машине для выполнения ресурсоемких задач.

Программное обеспечение для виртуализации NVIDIA включает драйвер для каждой виртуальной машины. Например, NVIDIA Quadro Virtual Data Center Workstation (Quadro vDWS) предоставляет полноценный драйвер Quadro/RTX.

Приложение Панель управления NVIDIA в виртуальной машине с vGPU NVIDIA A16—16Q. В качестве физического GPU используется GPU NVIDIA A16

Перенос задач, ранее выполнявшихся центральным процессором (CPU), на графический процессор (GPU) значительно улучшает пользовательский опыт взаимодействия с системой и приложениями. Ресурсоемкие приложения САПР для работы с графикой и видео теперь получают поддержку в виртуальной и облачной средах, обеспечивая оптимальную производительность как в процессе работы, так и в вычислениях, использующих GPU в качестве соускорителя.

В операционных системах семейства Microsoft Windows драйвер Quadro/RTX/vGPU предоставляет инструменты для сбора и анализа ресурсов GPU, что значительно упрощает администрирование систем и поиск неисправностей. Благодаря интеграции с Microsoft MMC можно собирать необходимые данные о состоянии vGPU со всех виртуальных машин с Microsoft Windows и централизованно их обрабатывать.

Выбор метрик в Microsoft MMC в виртуальной машине с vGPU

Серверы FORSITE EGX

Платформа FORSITE vPod обеспечивает высокопроизводительные вычисления в дата-центрах, на периферийных устройствах и других платформах благодаря оптимизированным аппаратным решениям, простому в развертывании программному стеку и инструментам для управления.

Специалисты FORSITE разработали полноценное аппаратное решение FORSITE EGX, используя системы пассивного и жидкостного охлаждения. Это позволяет выполнять интенсивные вычисления с высокой скоростью и при этом снижать тепловыделение ключевых компонентов системы — CPU, GPU и RAM.

Сервер FORSITE EGX 2040A-16

Сервер, оптимизированный для развертывания виртуальных рабочих мест (Virtual Desktop Infrastructure, VDI) для офисных сотрудников, которым необходимы современные приложения и мультимедийные средства, идеально подходит для выделенных vWS для САПР и приложений для создания контента со средними требованиями к производительности.

Технические характеристики базовой конфигурации сервера включают следующие компоненты:

• Процессор: до 2 AMD EPYC™ 7763 64 Core 2,4 5GHz up to 3,5 GHz
• Оперативная память: 512GB DDR4 RDIMM (16 x 32GB ECC REG)
• Сопроцессор (GPU): до 4 NVIDIA A16 (4 16GB GDDR6)
• Объем GPU памяти: 64GB GDDR6 для 1 ускорителя и 256GB GDDR6 для 4 ускорителей
• Высокопроизводительный сетевой контроллер для связи с СХД
• ОС (гипервизор): ROSA Virtualization

Каждый сервер может быть сконфигурирован индивидуально под требования заказчика. В качестве программной платформы и гипервизора используется ROSA Virtualization с дополнительно установленным NVIDIA vGPU Management.

Сервер FORSITE EGX 2040A-L40

Сервер, оптимизированный для развертывания виртуальных рабочих станций (NVIDIA RTX Virtual Workstation, NVIDIA vWS), предназначен для специалистов творческих и технических профессий, использующих профессиональные CAD и DCC приложения и нуждающихся в высокой производительности и конфигурациях с несколькими GPU.

Технические характеристики:

• Процессор: до 2 AMD EPYC™ 75F3 32 Core 2,95 GHz up to 4,0 GHz
• Оперативная память: 512GB DDR4 RDIMM (16 x 32GB ECC REG)
• Сопроцессор: до 2 NVIDIA L40 48GB GDDR6
• Объем GPU памяти: 96GB GDDR6
• Для связи с СХД и другими серверами предусмотрена установка нескольких оптических сетевых адаптеров
• ОС (гипервизор): ROSA Virtualization

Решение поддерживает выполнение рабочих нагрузок, включающих параллельные ресурсоемкие процессы, и оптимизировано для обеспечения высокой отказоустойчивости и быстрого выполнения вычислений.

Услуги интеграции

Немаловажным аспектом успешной работы систем является комплексный подход к развертыванию и сопровождению. Компания FORSITE предлагает пакеты услуг по интеграции, среди которых клиент может выбрать наиболее оптимальный для его инфраструктуры.

FORSITE vGPU Professional Services: Комплекс услуг, сокращающих время и усилия на развертывание и эксплуатацию VDI инфраструктуры на базе vPod. Клиенты могут быстро внедрить виртуальные рабочие столы, снизить затраты на инфраструктуру и обеспечить стабильную работу системы. Специалисты Forsite поддерживают на всех этапах, включая планирование, построение архитектуры и сайзинг, что позволяет клиентам сосредоточиться на ключевых бизнес-задачах.

• Уровень PRO ориентирован на глубокую интеграцию специалистов на этапе планирования, что позволяет провести детальную оценку и настройку среды для оптимальной работы vGPU. Этот уровень включает всестороннюю поддержку в подборе конфигураций, тестировании и рекомендациях по аппаратным и программным компонентам.
• Уровень Light предназначен для быстрого и эффективного расширения числа виртуальных рабочих столов без необходимости внесения значительных изменений в существующую инфраструктуру. Этот уровень фокусируется на базовых настройках и консультациях, обеспечивая минимально необходимые действия для масштабирования.

Виртуальные рабочие станции в пределах предприятия и во внешнем пространстве

Уделим внимание возможным способам применения FORSITE vPod для виртуализации рабочих станций в многопользовательских окружениях. Серверы являются централизованным решением и могут быть размещены в выделенном ЦОД, как внутри предприятия, так и у внешнего провайдера в стойках. Если говорить об изолированных решениях, выгоднее размещать серверы в ЦОД внутри предприятия. Это позволяет предоставить выделенные виртуальные машины как локальным сотрудникам через выделенную локальную сеть, так и специалистам, работающим удаленно, через выделенное приватное подключение. Такое подключение особенно актуально для работы с сотрудниками, привлеченными на аутсорс.

Концепция размещения всех ключевых компонентов VDI-инфраструктуры в одной стойке и реализация доступа извне

Важным требованием является обеспечение безопасности централизованных систем. Их можно изолировать, ограничив доступ извне для управления серверами и корректно настроив виртуальную локальную сеть, ограничив доступ к ней. Единственный доступ извне предоставляется непосредственно к самим виртуальным машинам и контролируется с помощью программных и аппаратных брандмауэров. Все данные и сами виртуальные машины размещены на NAS- или SAN-хранилищах.

Сервер с CPU и GPU используется для запуска и выполнения виртуальных машин, с которыми работают пользователи или на которых выполняются вычисления. Пользователям и приложениям, выполняющим вычисления, могут быть выделены как целые GPU в режиме pass-through, так и полностью виртуализированные (vGPU). В последнем случае каждый физический GPU может работать с двумя или даже четырьмя виртуальными машинами, что позволяет более гибко распределять ресурсы серверов для различных типов задач и пользователей.

Пример внедрения в образовательной среде

Централизованное управление серверами виртуализации, СХД и виртуальными системами предоставляет более удобное решение для администрирования большого количества систем. В образовательной среде это снижает нагрузку на администрирование локальных компьютеров и упрощает развертывание сложной сетевой инфраструктуры, объединяющей несколько учебных заведений и аудиторий.

Примером такого решения является совместный кейс компаний FORSITE и ROSA, реализованный в Уральском Федеральном Университете (УрФУ, Екатеринбург) для создания 80 рабочих мест для обучения студентов.

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, один из крупнейших вузов страны, успешно модернизировал свою ИТ-инфраструктуру с помощью виртуальных графических процессоров (vGPU), используя решение FORSITE vPod для улучшения качества обучения в области цифрового моделирования и проектирования.

Университет столкнулся с задачей обеспечения доступа студентов к САПР, таким как Siemens NX и КОМПАС 3D, на тонких клиентах, что потребовало развертывания 80 виртуальных рабочих машин с полноценной поддержкой 3D-графики и учебными материалами.

Реализованный проект демонстрирует эффективное внедрение передовых технологий в образовательную среду, создавая надежную VDI-инфраструктуру, которая не только отвечает текущим потребностям университета, но и способствует его будущему развитию.

Подробнее о кейсе вы можете прочитать, перейдя по этой ссылке.

Приглашение к тестированию FORSITE vPod

Я приглашаю вас протестировать FORSITE vPod с вашим набором инструментов и данных для полноценной оценки возможностей vWS с vGPU. Специалисты компании Forsite всегда готовы пойти навстречу и реализовать различные конфигурации систем, даже для самых требовательных рабочих нагрузок и САПР.

Вы можете полностью развернуть все необходимые приложения, подключить свои лицензии, а также разместить все данные и модели, необходимые для тестов.

Запросить тестирование FORSITE vPod и систем с vGPU можно по следующей ссылке.

См. также Обзор FORSITE vPod — комплексного решения VDI с vGPU на базе отечественной платформы виртуализации ROSA Virtualization и протокола Loudplay. Часть 2, Тестирование VDI платформы в работе с T-FLEX CAD, Renga, Blender и DaVinci Resolve

ООО "ФОРСАЙТ Северо-Запад". erid: 2SDnjcSNYXc