VMware GPU-Virtualisierung: Vergleich zwischen Soft 3D, vSGA und vDGA
Soft 3D, vSGA und vDGA sind verschiedene Möglichkeiten der GPU-Virtualisierung. Dieser Vergleich verrät die jeweiligen Stärken und Schwächen.
Der technische Fortschritt bei Grafikprozessoren (Graphic Processing Unit, GPU) hat vielerorts das Interesse geweckt, auch grafikintensive Anwendungen zu virtualisieren. In Horizon View hat daher auch VMware mit Soft 3D, vSGA und vDGA die Möglichkeiten zur GPU-Virtualisierung enorm erweitert.
Da VMware-Produkte auf sehr breiter Ebene Einsatz finden, können viele IT-Abteilungen in Ihren VDI-Umgebungen (Virtuelle Desktop Infrastruktur) die virtuellen GPU-Fähigkeiten in Horizon View nutzen und so von der verbesserten Performance profitieren, die für grafikintensive Anwendungen notwendig sind. VMware bietet dabei verschiedene Möglichkeiten, die GPU zu virtualisieren: Soft 3D, sVGA (Virtual Shared Graphics Acceleration) und vDGA (Virtual Dedicated Graphics Acceleration). Nachfolgend ein kurzer Überblick über alle drei Optionen, die alle etwas anders funktionieren und für unterschiedliche Situation unterschiedliche gut geeignet sind.
Soft 3D: GPU-Virtualisierung für wenig anspruchsvolle 3D-Grafiken
Soft 3D erlaubt eine Software-Emulation der GPU für auf VMware ESXi gehostete virtuelle Maschinen (VM). Für Soft 3D benötigen Sie keine dedizierte Grafikkarte, dafür können Sie allerdings auch keine hohe Performance erwarten. Dafür ist die Methode über Soft 3D nicht mit Zusatzkosten verbunden und eignet sich daher vor allem für Anwendungen, deren Ansprüche an 3D-Grafiken nicht besonders hoch sind. Bildschirmtreiber werden mithilfe der VMware Tools in den entsprechenden Windows-Desktops installiert. Mit Soft 3D lassen sich virtuelle Desktops auch via vMotion auf andere Host-Server übertragen. Dabei sollten Sie aber bedenken, dass der Treiber nur eingeschränkte Kompatibilität mit den Standards DirectX 9.0c und OpenGL 2.1 bietet.
vSGA ermöglicht den reibungslosen Übergang von Software- zu Hardware-Beschleunigung
Die GPU-Virtualisierung mit vSGA (Virtual Shared Graphics Acceleration) richtet sich an Anwender, die 2D- und 3D-Anwendungen mit gehobenen Ansprüchen an die Grafik-Performance nutzen wollen. ESXi kann durch vSGA die Server-basierten Hardware-GPUs nutzen und teilt die GPU in virtuelle Adapter auf, die bis zu 512 Megabyte an Grafikspeicher an die individuellen virtuellen Maschinen vergeben. Weil vSGA den gleichen Grafiktreiber wie Soft 3D verwendet, ist ein Übergang von der Software- zur Hardware-Beschleunigung relativ einfach möglich. Sollte der Server-GPU der Arbeitsspeicher ausgehen, können nachfolgend startende virtuelle Maschinen automatisch Soft 3D verwenden und würden somit trotzdem hochfahren.
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VMware vSGA wird von Horizon View 5.2 und höher unterstützt. Um vSGA nutzen zu können, müssen Sie einen Grafiktreiber auf dem ESXi-Hypervisor installieren, der als Host für die virtuellen Maschinen zuständig ist. Danach müssen Sie noch das vSphere-Installations-Paket von NVIDIAs Website herunterladen. Auch AMD stellt einen limitierten Treiber für seine FirePro-GPU-Serie zur Verfügung, die zusammen mit ESXi 5.5 eingesetzt werden kann. Wenn Sie im Anschluss vSGA aktivieren, sollten sie vor allem auf die Hardware-Version der Desktop-VMs achten. Ältere Hardware kann auf 128 Megabyte an virtuellem Arbeitsspeicher begrenzt werden.
Sobald Sie den Grafiktreiber auf ESXi installiert haben, stehen Ihnen diverse Optionen zur Verfügung, wie die virtuellen Maschinen die GPU verwenden können:
Automatisch: Diese Option bietet Einblick in die Ressourcen-Verfügbarkeit und ob der Hardware-Grafikprozessor in der Lage ist, eine Anwendung zu unterstützen. Die Software kann also selbständig entscheiden, ob die Unterstützung der Hardware-GPU für eine Anwendung hilfreich ist. Sollte die GPU zu ausgelastet sein, wechselt die Software automatisch und transparent auf Soft 3D. Beim Wechsel von vSGA auf Soft 3D büßen Anwendungen zwar Performance ein, aber immerhin müssen Administratoren so die Umstellung nicht manuell vornehmen und die Applikationen bleiben am Laufen.
Hardware: Diese Einstellung bedeutet, dass eine VM zur Verwendung der physischen Hardware gezwungen wird. Eine virtuelle Maschine kann nicht starten oder auf einen Host migrieren, der nicht die notwendigen GPU-Ressourcen vorhält. Sollten Sie diese Option verwenden, müssen Sie also sicherstellen, dass immer ausreichend Betriebsmittel vorhanden sind. Andernfalls riskieren Sie Ausfälle, wenn die GPU an ihre Grenzen stößt.
Software: Damit zwingen Sie die entsprechende VM, die durch Software emulierte GPU zu verwenden. Das kann nützlich sein, wenn eine virtuelle Maschine die Hardware-GPU auf keinen Fall benutzen soll. Außerdem garantieren Sie damit, dass Sie die virtuellen Maschinen auf einen Server ohne GPU migrieren können.
Disabled (deaktiviert): Mit dieser Option werden keine 3D-Grafiken unterstützt, egal ob von der Hardware oder von der Software. Diese Option ist vor allem für VMs gedacht, die keine Grafikunterstützung benötigen und soll sicherstellen, dass VMs den Server nicht mit unnötigen Grafik-Workloads belasten.
Der größte Vorteil von vSGA ist die hohe mögliche Nutzer-Dichte. Sie können die GPU so lange aufteilen, bis der komplette virtuelle Arbeitsspeicher aufgebraucht ist. Der Zugriff auf die Hardware-GPU wirkt sich verglichen mit der reinen Software-Emulation einer 3D-Grafikkarte außerdem äußerst positiv auf die Performance aus.
vDGA für besonders grafikintensive Workloads und Applikationen
Wenn Anwender eine ähnliche Performance wie auf einer Workstation brauchen, um damit grafikintensive Anwendungen zu betreiben, dann kommt vDGA (Virtual Dedicated Graphics Acceleration) ins Spiel. Damit kann ESXi die GPU direkt adressieren und der virtuellen Desktop-Sitzung zur Verfügung stellen. Anders als bei vSGA wird die GPU bei vDGA also nicht geteilt. Stattdessen wird die GPU dediziert für den virtuellen Desktop vorgehalten, der sie gerade benutzt.
Nachdem die physische GPU installiert wurde, sollte sie auch direkt vom ESXi-Server erkannt werden. Anders als bei vSGA müssen Sie also keinen speziellen Treiber des Herstellers auf dem Server installieren. Auf der Desktop-VM müssen Sie dann die GPU in den Einstellungen der virtuellen Maschine nur noch als verfügbare Hardware anfügen. Der native Grafiktreiber wird anschließend in der virtuellen Maschine selbst installiert. Da die Desktop-VM im Normalfall die neuesten Grafiktreiber verwendet, ist die Unterstützung für moderne DirectX- und OpenGL-Standards größer.
Die GPU-Virtualisierung mit vDGA wird ab Horizon View 5.3 unterstützt. Allerdings können Sie in diesem Fall die VM-Migration mit vMotion nicht verwenden, da die virtuelle Maschine fest mit der GPU-Hardware des Servers verknüpft ist. Die Anzahl der separaten GPUs in einem Server ist auf ein Maximum von acht beschränkt. Der große Vorteil von vDGA ist natürlich die größere Performance. Erstens, weil die GPU einer einzigen VM zugewiesen ist, und zweitens werden durch den modernen Treiber die performanteren DirectX- und OpenGL-Standards unterstützt.
Sowohl vSGA als auch vDGA laufen auf Hypervisor-Ebene von vSphere ESXi. Weil Citrix XenDesktop Hypervisor-neutral ist, kann diese Software ebenfalls die Funktionen von vSGA und vDGA verwenden, wenn die XenDesktop-VMs auf einem ESXi-Hypervisor gehostet werden.
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