概述

NVIDIA 虚拟 GPU (vGPU) 软件使多个虚拟机 (VM) 能够同时直接访问单个物理 GPU，应用程序可以直接与 NVIDIA 驱动程序堆栈和 NVIDIA GPU 硬件交互运行。这为虚拟机提供了无与伦比的图形性能、应用程序兼容性以及在多个规模化工作负载之间共享 GPU 的成本效益。

本章介绍 NVIDIA vGPU 解决方案如何从根本上改变桌面虚拟化和 GPU 加速服务器的格局。NVIDIA vGPU 使各种复杂程度和图形要求的用户能够执行这些解决方案。本章还介绍了 NVIDIA vGPU 架构、NVIDIA 推荐用于虚拟化的 GPU、用于桌面虚拟化的 NVIDIA vGPU 软件许可产品，以及 NVIDIA 虚拟 GPU 技术支持的关键标准。

桌面和数据中心虚拟化的承诺是灵活性和可管理性。最初，桌面和数据中心虚拟化被使用，因为灵活性和安全性是成本考虑的主要驱动因素。技术的普及降低了桌面虚拟化的总成本，从而扩大了市场可及性，并推动了以 NVIDIA 为关键推动者的增长。这与存储和多核处理器的进步一起，在拥有成本方面形成了良好和/或竞争优势。

桌面虚拟化面临的最大挑战是提供经济高效且丰富的用户体验。已经尝试使用共享 GPU 技术（如 vSGA）来解决这个问题，这些技术具有成本效益。然而，这些技术并未提供成功并确保最终用户采用所需的丰富应用程序支持。专用 GPU 直通（vDGA，VMware 用于直通图形的术语）提供 100% 的应用程序兼容性，但由于每个主机服务器的高成本和有限的虚拟机密度，仅对最高端的用例具有成本效益。

由于缺乏可扩展、可共享且经济高效的每用户 GPU，而这些 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的丰富用户体验成为一项挑战。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 vDGA 实施的成本太高，以至于仅限于最有限的情况。

今天，情况已不再如此。得益于 NVIDIA vGPU 技术与 VMware Horizon 的结合，NVIDIA vGPU 允许在多个虚拟桌面共享单个物理 GPU 的情况下实现灵活性。这种持续的创新提供了 vDGA 直通图形的 100% 应用程序兼容性。然而，多个桌面共享单个显卡的较低成本带来了丰富且更具成本效益的用户体验。借助 VMware Horizon，您可以更轻松地集中、池化和管理传统上复杂且昂贵的分布式工作站和桌面。现在，您的所有用户组都可以利用虚拟化的优势。

下图说明了启用 NVIDIA 虚拟 GPU 的 VDI 环境的高级架构。在这里，我们在服务器中配置了 GPU，并且主机服务器上安装了 NVIDIA vGPU 管理器软件 (VIB)。此软件使多个虚拟机可以共享单个 GPU，或者，如果服务器中有多个 GPU，则可以将它们聚合，以便单个虚拟机可以访问多个 GPU。这种支持 GPU 的环境提供了前所未有的性能，并支持在服务器上容纳更多用户。通常由 CPU 完成的工作，例如 GPU 就绪的工作负载或图形和编码器任务，现在可以卸载到 GPU。物理 NVIDIA GPU 可以支持多个虚拟 GPU (vGPU)，并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来宾虚拟机。

来宾虚拟机以与虚拟机监控程序直通的物理 GPU 相同的方式使用 NVIDIA GPU。在虚拟机本身中，安装了 vGPU 驱动程序，这些驱动程序支持可用的不同许可级别。

NVIDIA vGPU 与传统 GPU 相当，因为它们具有固定数量的 GPU 内存，但它们具有虚拟显示器而不是物理端口。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。

位于物理 GPU 上的所有 vGPU 共享 GPU 引擎，包括图形 (3D) 以及视频解码和编码引擎。图 1.1 的右侧显示了 vGPU 内部架构。虚拟机的来宾操作系统利用对 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准虚拟化接口连接到 NVIDIA 虚拟 GPU 管理器。

NVIDIA 虚拟 GPU 软件与 NVIDIA GPU 兼容，并在 vSphere 上受支持，需要 vSphere/ESXi vSphere Foundation 许可证（以前称为 Enterprise Plus）。根据应用程序用途、性能或密度优化以及通过 GPU 加速实现的专业可视化，确定最适合您环境的 GPU。

请参阅NVIDIA GPU 虚拟化，获取推荐和支持的 GPU 的完整列表。有关通过 NVIDIA GPU 认证的服务器列表，请查阅NVIDIA vGPU 认证服务器页面。将 NVIDIA 认证服务器列表与VMware 硬件兼容性列表 (HCL)进行交叉参考，以找到最适合您的 NVIDIA vGPU 和 VMware vSphere 环境的服务器。每张卡都需要连接辅助电源线（NVIDIA T4 除外）。大多数行业标准服务器都需要启用套件才能正确安装 NVIDIA 卡。有关更具体的要求，请咨询您的服务器 OEM 选择。

NVIDIA 虚拟 GPU 软件划分 NVIDIA GPU 资源，以便 GPU 可以跨运行任何应用程序的多个虚拟机共享。

用于桌面虚拟化的 NVIDIA 虚拟 GPU 软件产品组合如下

• NVIDIA Virtual Applications (NVIDIA vApps)

• NVIDIA Virtual PC (NVIDIA vPC)

• NVIDIA RTX® Virtual Workstation (RTX vWS)

NVIDIA vGPU 软件允许您分区或细分 NVIDIA 数据中心 GPU。然后，使用 vGPU 配置文件将这些虚拟 GPU 资源分配给虚拟机监控程序管理控制台中的虚拟机 (VM)。虚拟 GPU 配置文件确定分配给您的虚拟机 (VM) 的 GPU 帧缓冲区大小。选择正确的 vGPU 配置文件将提高 VDI 环境的总体拥有成本、可扩展性、稳定性和性能。

当与正确的 vGPU 软件许可证和 NVIDIA GPU 组合正确配对时，NVIDIA vGPU 软件解决方案可提供无与伦比的灵活性和性能。这些 vGPU 软件解决方案旨在满足当今现代企业不断变化的工作负载和组织需求。请参阅NVIDIA 虚拟 GPU 定位指南，根据您的工作负载选择最佳的 vGPU 软件许可证和 GPU 组合。