概述
NVIDIA 虚拟 GPU (vGPU) 允许多个虚拟机 (VM) 同时直接访问单个物理 GPU，使用与非虚拟化操作系统上相同的 NVIDIA 显卡驱动程序。它还可以聚合多个 GPU 并分配给单个虚拟机，以支持要求最苛刻的工作负载。这为虚拟机带来了无与伦比的图形性能、应用程序兼容性、成本效益和可扩展性，这一切都归功于在多个工作负载之间共享 GPU。
本节介绍 NVIDIA vGPU 解决方案如何从根本上改变桌面虚拟化的格局，并使所有复杂程度和图形要求的用户和应用程序都能利用所述解决方案。它还介绍了 NVIDIA vGPU 架构、推荐用于虚拟化的 GPU、三种虚拟 GPU 软件版本以及 NVIDIA 虚拟 GPU 技术支持的关键标准。
桌面虚拟化的承诺，多年前在服务器工作负载中实现，是灵活性和可管理性。由于成本考虑，桌面虚拟化最初用于灵活性和安全性是主要驱动因素的场景。多年来技术的普及降低了桌面虚拟化的总拥有成本。这与存储和多核处理器的进步相结合，使得拥有成本变得合理且有利。
桌面虚拟化的最大挑战是提供具有成本效益且丰富的用户体验。已经有人尝试使用软件图形或共享 GPU 技术来解决这个问题。然而，这些技术不支持成功并确保最终用户采用所需的丰富应用程序。这与专用 GPU 直通技术形成对比，后者提供 100% 的应用程序兼容性，但仅适用于最高端的最终用户案例，因为每个主机服务器的虚拟机成本高昂且密度有限。
由于缺乏可扩展、可共享且经济高效的每用户 GPU，且这些 GPU 能够提供 100% 的应用程序兼容性，因此为桌面虚拟化中的广泛用例提供经济高效、丰富的用户体验一直具有挑战性。与此同时，高端 3D 应用程序无法在虚拟化环境中工作，或者使用直通技术实施的成本太高，以至于它们仅保留用于最有限的情况。
这种情况已不复存在，这要归功于 NVIDIA vGPU 解决方案与 Citrix Virtual Desktops 和 Apps 的结合。NVIDIA vGPU 技术允许多个虚拟桌面或应用程序共享单个物理 GPU，该 GPU 可能位于单个 PCI 卡上。这种方法提供了 vDGA 直通图形的 100% 应用程序兼容性，但成本更低，因为多个虚拟会话主机可以共享单个显卡，从而提供丰富但更具成本效益的用户体验。借助 Citrix Virtual Apps & Desktops，您可以更高效地集中、池化和管理传统上复杂且昂贵的分布式工作站和桌面。这使您的所有用户组都能充分受益于虚拟化的优势。
图 1.1 说明了 NVIDIA 虚拟 GPU 的高级架构。NVIDIA GPU 安装在服务器内部，NVIDIA vGPU 管理器软件安装在主机服务器上。此软件有助于在多个虚拟机之间共享单个 GPU。或者，vGPU 技术允许单个虚拟机利用来自一个或多个物理 GPU 的多个 vGPU。
物理 NVIDIA GPU 可以支持多个虚拟 GPU (vGPU)，这些 vGPU 在虚拟机监控程序中运行的 NVIDIA 虚拟 GPU 管理器的控制下直接分配给客户虚拟机。客户虚拟机与 NVIDIA vGPU 的交互方式类似于与虚拟机监控程序管理的直接直通物理 GPU 的交互方式。
图 1.1 - NVIDIA vGPU 解决方案架构
NVIDIA vGPU 与传统 GPU 相当，因为它们具有固定数量的 GPU 内存和一个或多个虚拟显示输出或头。多个头支持多个显示器。由安装在虚拟机监控程序中的 NVIDIA vGPU 管理器管理，vGPU 内存在创建 vGPU 时从物理 GPU 帧缓冲区中分配。vGPU 保留对该 GPU 内存的独占使用权，直到它被销毁。
驻留在物理 GPU 上的所有 vGPU 共享对 GPU 引擎的访问权限，包括图形 (3D) 和视频解码和编码引擎。虚拟机的客户操作系统利用对 GPU 的直接访问来实现性能和快速关键路径。非关键性能管理操作使用与 NVIDIA 虚拟 GPU 管理器的半虚拟化接口。
NVIDIA 虚拟 GPU 软件划分 NVIDIA GPU 资源，以便 GPU 可以在运行任何应用程序的多个虚拟机之间共享。
用于桌面虚拟化的 NVIDIA 虚拟 GPU 软件产品组合如下
NVIDIA RTX 虚拟工作站 (vWS)
NVIDIA 虚拟 PC (NVIDIA vPC)
NVIDIA 虚拟应用 (NVIDIA vApps)
要运行这些软件产品，您需要 NVIDIA GPU 和解决您的特定用例的软件许可证。您可以将 Citrix Virtual Apps 用于 NVIDIA 虚拟应用程序 (NVIDIA vApps)，将 Citrix Virtual Desktop 用于 NVIDIA 虚拟 PC (NVIDIA vPC)，以及 NVIDIA RTX 虚拟工作站 (vWS)。
有关 vGPU 许可的更多详细信息，请参阅 vGPU 客户端许可用户指南。
此版本的 NVIDIA vGPU 软件包括对以下内容的支持
完整 DirectX 11、DirectX 12、Direct2D 和 DirectX 视频加速 (DXVA)
OpenGL 4.6
NVIDIA vGPU 软件 SDK（远程图形加速）
Vulkan 1.3
NVIDIA RTX（在基于 NVIDIA Volta 图形架构和更高架构的 GPU 上）
在受支持的 GPU 上支持不带统一内存的 OpenCL 和 CUDA 应用程序。
NVIDIA vGPU 上不支持统一内存和 CUDA 工具。
这些 API 向后兼容。也支持旧版本的 API。
本节介绍部署之前必须解决的常规先决条件和一些常规准备步骤。
本部署指南假定您正在构建一个环境作为概念验证，并非旨在进行生产部署。因此，所做的选择旨在加快和简化流程。请参阅每项技术的相应指南，并在构建生产环境之前根据您的需求做出适当的选择。
服务器 BIOS 设置
根据您的物理主机配置 BIOS，如下所述
超线程 – 已启用
电源设置或系统配置文件 – 高性能
CPU 性能（如果适用）– 企业级或高吞吐量
4GB 以上的内存映射 I/O - 已启用（如果适用）
VT-d 或 AMD IOMMU – 已启用
Citrix GPU 利用率补丁
KB458639 解决了规范显示驱动程序 (CDD) 缓冲区刷新不正确的问题，这会降低远程桌面协议 (RDP) Windows 2000 显示驱动程序模型 (XDDM) 场景中的性能。此问题会影响使用图形处理单元 (GPU) 运行的应用程序，例如 Microsoft Teams、Microsoft Office 和 Web 浏览器。
Server 2019 – KB4586839
Citrix 虚拟机要求
在开始部署之前，请查看以下客户操作系统要求
Citrix 的其他大小调整资源
虚拟 GPU 评估许可证
运行 NVIDIA 虚拟 GPU 的 PoC/试用版需要 vGPU 许可证。评估许可证可在 vGPU 评估 站点获得。