デスクトップ仮想化における3D仮想化ソリューションの体験概要

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通常のデスクトップ仮想化と比較すると、3D デスクトップ仮想化は、通常のデスクトップ仮想化における R&D デスクトップの派生シナリオです。過去数年間、3D ユーザーは常にデスクトップ仮想化を要求してきましたが、技術的な制限により実現が困難でした。 3D ユーザーは主に、エンジニアリング製造、エネルギー、科学研究、医療、関連研究機関などのさまざまな業界、および海外の金融業界や政府業界に分布しています。中国では、過去2年間の製造業2025環境の影響を受けて、特にエンジニアリング製造業と関連研究機関において、3Dデスクトップ仮想化の需要が爆発的な発展傾向を示しています。

しかし、3D 仮想化技術の開発は一夜にして実現したわけではありません。技術開発全体は長いプロセスであり、もちろん今後も発展し続けるでしょう。約 10 年前、当時の航空機製造大手ボーイング社は、リモート配信でトップの Citrix 社と、グラフィックス カードでトップの NVIDIA 社にアプローチし、設計図を自社のデータ センターに保存しながら、世界中の生産工場や製造工場で読み取れるソリューションを両社で実現できないかと考えました。しかし、当時の技術では実現がいかに困難であったとしても、それは後の協力の基盤を築くものとなった。

2007 年頃、Citrix はディスクレス ワークステーション、つまりサーバーを介してリモート ワークステーションにオペレーティング システムをプッシュすることでこの問題を解決し、いわゆる仮想化と物理ワークステーションへのリモート アクセスを実現しました。これもまた無力な行動だった。

2008 年頃、Citrix は HP RGS と非常によく似た Citrix HDX プロトコルを通じて物理ワークステーションをリモートで配信し始めました。しかし、彼は Citrix HDX 3D PRO の先駆者となり、Citrix がその後 3D 仮想化の分野でリーダーシップを発揮するための強固な基盤を築きました。

2009 年、Citrix は最初に Quadro プロフェッショナル グラフィック カードをサーバーにインストールし、それを仮想化サーバー XenServer にインストールした後、グラフィック カードを仮想マシンの 1 つに透過的に転送し、仮想マシンが対応する GPU パフォーマンスを得られるようになりました。仮想化と GPU 物理グラフィック カード テクノロジが実際に統合されたのは、業界で初めてのことです。

2012 年、Citrix は GPU 仮想化テクノロジを主力アプリケーション仮想化 XenApp に適用し、デスクトップ フレームワークに依存せずに 3D アプリケーションを直接配信できるようになりました。

画期的な vGPU ソリューションが考案されてからほぼ 10 年後の 2013 年、当時の Citrix CEO マーク・テンプルトン氏と NVIDIA CEO ジェンスン・フアン氏が共同で世界初の GPU 仮想化ソリューションをリリースしました。

2016 年、Citix は Linux の 3D 配信を完了しました。発展のペースは依然として非常に明確であると言えるでしょう。

Citrix の 3D 仮想化開発の歴史における数多くのマイルストーンについてお話ししてきましたが、今度は顧客の実際のシナリオに戻って、最終的にどのようなソリューションが必要なのかを見てみましょう。

3D プロジェクト自体 (必ずしも仮想シーンではありません) に戻ると、実際には、ユーザーの 3 つの問題を解決する必要があります。

1. 3D体験を確実にする方法

2. GPUを含むすべてのリソースを合理的に使用する方法

3. コストを合理的にコントロールする方法

実際、Citrix がデスクトップ仮想化を実行する場合、最初に行うことは、ユーザー シナリオとユーザー タイプを分析することです。実際、これはプロジェクトの後半の段階で合理的な計画を通じて最初の 3 つの問題に対処することでもあります。したがって、一般的な 3D プロジェクトでは、ユーザーを次の 4 つのカテゴリに分類します。

1. 3Dを頻繁に使用するユーザー

2. 中程度の3Dユーザー

3. ライト3Dユーザー

4. 2Dユーザー

さまざまなタイプの最終的な定義は、その後のリソース投資の基礎となります。

ユーザーが分類されているため、リソースの投資を完全に一貫して行うことは不可能であり、明らかに不合理です。専門家でなくても、さまざまなニーズにはさまざまな技術的手段が必要であることは信じて理解できます。

現在の GPU 仮想化には、次の 4 つの基本的な形式があります。

1. ソフトウェア仮想GPU

2. GPUの浸透

3. GPU-APP共有

4. vGPU、GPU仮想化

以下の 4 つの形式は簡単に理解できます。

1. ソフトウェア仮想GPU: 仮想マシンに付属する仮想グラフィックカードは、ディスプレイパフォーマンスを提供します。

2. GPUの浸透：グラフィックカードを仮想マシンに渡す

3. GPU-APP共有: Windows ServerベースのXenApp仮想マシンにグラフィックカードを透過的に渡し、GPUパフォーマンスを備えたアプリケーションを配信します。

4. vGPU、GPU仮想化: NVidia K1/K2およびM60に代表される完全仮想化GPU

実際、これらの 4 つのフォームは、前述の 4 種類のユーザーに対応することがよくあります。

これらのモードの中で、現在ユーザーから最も注目を集めているのは vGPU であり、これは確かに多くの分野で独自の利点を持っています。現在、Citrix 3D ソリューションの最も重要なコンポーネントの 1 つでもあります。ユーザーが彼を好んでいる理由はいくつかあると思います。

1. パフォーマンスは待つ価値があります。 K1/K2とM60は、それ自体のパフォーマンスが優れています。カット後も強力な GPU パフォーマンスを維持し、ほとんどのユーザーのニーズを満たすことができます。

2. グラフィックカードがセグメント化されているため、ユーザーはGPUの仕様をある程度調整することが可能です。これは、ユーザーごとにワークステーションを購入し、ハードウェア構成を固定するよりも柔軟性があります。少なくとも、これらのパラメータを調整するために 3 年、あるいは 5 年も待つ必要はありません。

3. 現在、vGPU では VM のオンライン ホット マイグレーションを実現できませんが、データセンター内のマルチユーザー モードと統合標準ラックまたはブレード サーバーは、IT 管理者の間で依然として人気があります。結局のところ、コンピューター室で多くのスペースを占有するほど多くのワークステーションを維持する必要はありません。

現在、市場で最も主流の vGPU グラフィック カード モデルは K1/K2 であり、NVIDIA は新世代製品 M6/M60 を徐々に推進しています。 K1/K2を例にとると、そのパフォーマンスは次のようになります。

NVidia には公式の対応表もあり、適切な構成を選択するのが非常に簡単になります。

では、K1/K2 グラフィックス カードは 3D ユーザーの問題を解決できるのでしょうか?

答えはノーです。

理由は簡単です。単一のコンポーネントによって実装されるシステムは存在しないからです。 3D 仮想化では、ユーザー アクセスをサポートするためのすべての作業を GPU のみに依存して完了するわけではありません。

これは Windows + 仮想化 + 3D なので、この問題をこれら 3 つのレベルから検討する必要があります。

1. 3D 仮想化を実現するには、GPU が必須です。これは確かであり、ヘビー、ミディアム、ライトのユーザーに基づいて適切な GPU と vGPU を割り当てる必要があります。そうしないと、効果は確実に良くありません。

2. GPU に加えて、プロジェクト ユーザーが最も見落としがちな最も重要なリソースは CPU、特に CPU クロック速度です。仮想化の経験の慣性により、多くの技術者は CPU を構成するときに常に CPU コアの数に注意を払います。 CPU パフォーマンスが足りないと感じた場合は、複数の vCPU に分割してください。しかし実際には、3D や一部のアプリケーション負荷の高いシナリオでは、CPU のメイン周波数が使用効果を直接的に決定します。 3D シーンの VM 密度は一般的に高くないため、現時点では物理 CPU コアの数はそれほど重要ではありません。

3. 次に問題を引き起こす可能性が高いのはストレージです。主な理由は図面にあります。NAS と Windows Server は一般に、仮想デスクトップ シナリオでユーザー データ ディスクとして使用されるからです。ユーザーの図面は一般的に数十 MB から数 GB の範囲で大きくなります。現時点では、CIFS プロトコルの影響により、図面の読み取りとコンパイルの効率が元の PC ほど良くないと感じているユーザーが多くいます。収集するアクセサリの数が多い状況に遭遇した場合、フィードバック結果として操作が非常に遅くなる可能性があります。このとき、ユーザーの描画アクセスモードを合理的に計画することが特に重要になります。かつて、VM + HBA カードの透過的伝送を使用してエンタープライズ ギャラリー ストレージに直接接続し、この問題を解決した顧客がいました。もちろん、この方法はより極端ですが、実際のシナリオでは、サポートのために適切なストレージ ソリューションを選択するために、ユーザーとコミュニケーションを取る必要があります。

4. 3D プロジェクトではネットワークも重要な考慮事項です。通常のデスクトップと比較すると、3D 仮想化デスクトップとアプリケーションは、ネットワーク帯域幅に非常に大きな負荷をかけます。ローカルエリアネットワーク内で最高の品質を確保するには、端末への高品質の 100M ネットワークと 1000M 集約ネットワークを保証する必要があります。ネットワーク帯域幅を全体的にさらに高いレベルに改善できればさらに良いでしょう。インターネットのシナリオの場合、ネットワーク遅延、パケット損失、および適切な帯域幅の動的調整が非常に重要です。 Citrix は、新しい Framehawk プロトコル + 戦略を使用して、ユーザーが優れたエクスペリエンスを得られるよう支援します。

5. オペレーティング システムとアプリケーションの最適化。この点は見落とされがちです。実際、既存のオペレーティング システムや 3D アプリケーションはすべて、仮想化用にネイティブに設計されているわけではありません。オペレーティング システムが最適化されていない場合、仮想化環境ではパフォーマンスが低下します。アプリケーション固有の最適化により、ユーザー エクスペリエンスが大幅に向上する可能性があります。たとえば、特定のシステム パラメータを増やさない場合、Catia V5 ソフトウェアは、最適な構成であっても非常に遅く実行されます。

6. 周辺機器多くの場合、デスクトップとアプリケーションを配信するだけでは不十分です。これは、周辺機器の種類が異なることを除いて、通常の仮想デスクトップ シナリオと同様に、3D 仮想化シナリオでも同じことが当てはまるためです。たとえば、3D マウスや描画タブレットなどの高精度デバイスや、デュアル スクリーンやクアッド スクリーンのマルチ ディスプレイ要件が、ユーザーに求められています。 Citrix HDX プロトコルはこれらの機能を適切にサポートしており、ユーザーの最終的な使用がローカル ワークステーションと可能な限り一致することを保証します。

7. 合理的な端末選択。一般的に言えば、ユーザーが PC/MAC デバイスを端末として使用すると、理想的な結果が得られます。多くの場合、MAC デバイスの結果は、デバイスの特殊なアーキテクチャにより、非常に驚​​くべきものになります。しかし、すべてのユーザーがMACデバイスを端末として使用することを受け入れられるわけではなく、シンクライアントが使用される場合が多くあります。

古い PC でもほとんどのシンクライアントよりも表示品質が優れているというのが長年の経験則です。したがって、シンクライアントを選択するときは、まず CPU のメイン周波数に注意し、次に独自の GPU デコード チップが搭載されていることを確認する必要があります。 Citrix Receiver は端末の GPU デコードをサポートしているため、表示効果が大幅に向上します。

では、vGPU を使用するということは、必ず vGPU+Win7 モードを使用することを意味しますか?

答えはもちろんノーです。

実際、Citrix は長年にわたり、仮想化シナリオにおいて「アプリケーションが最優先」という原則を常に掲げてきました。多くの場合、ユーザーはデザインアプリケーションを 1 つずつ使用したいだけです。このプロセスでは、最初にデスクトップを取得する必要があるかどうかは不明です。そのため、多くのシナリオでは、vGPU + GPU-App (XenApp) 共有を通じてさまざまなアプリケーションを配信することになります。このアプローチにはいくつかの利点があります。

1. オンデマンドでアプリケーションを配信します。すべてのアプリケーションを 1 つのテンプレートに整理したり、複数のアプリケーションを部門ごとに 1 つのテンプレートに整理したりする必要はありません。お客様のニーズに合わせてアプリケーションを申請できます。

2. 多くの場合、ユーザーの PC を最初から仮想デスクトップに置き換えると、ユーザーの使用習慣が大きく変わり、エンドユーザーの抵抗につながり、プロジェクトを進めることが困難になります。仮想アプリケーションは、必要な 3D アプリケーションを収集し、アクセス可能な端末にショートカットを直接配信するため、ユーザーの使用習慣の変化を最小限に抑えることができます。

3. リソース使用率の向上。 vGPU は GPU のコストと同等ですが、全体的なコストが高いため、多くのユーザーは依然として vGPU を敬遠します。そのため、ユーザーが合理的に使用できるようにガイドすることが非常に重要です。

4. Win7 の完全なオペレーティング システムと比較すると、アプリ共有方式では必要なリソースがはるかに少なくなります。エンドユーザーにとってはネットワーク要件を 30% 以上削減でき、バックエンド管理者にとってはストレージ、サーバー、グラフィック カードの要件が大幅に削減されます。

実際、これはユーザーが最も関心を持つ可能性のあるいくつかの質問に答えるためにも行われます。

1. 3D体験を確実にする方法

2. GPUを含むすべてのリソースを合理的に使用する方法

3. コストを合理的にコントロールする方法

3D 仮想化の今後の発展の観点から、個人的には、次の問題が近い将来に解決されるだろうと感じています。

1. GPU リソースの使用率。 GPU は CPU/RAM と同様に完全にリソース化されるため、VM のオンライン ホット マイグレーションを実現できます。

2. 選択できる GPU タイプが増えました。現在、AMD/Intel は独自の GPU 仮想化テクノロジを開発しており、NVIDIA と協力して業界チェーン全体の改善に取り組んでいます。

3. 端末の弱体化。将来的には、シンクライアントだけでなく、AndroidスティックやRaspberry Piなどのデバイスも端末として利用できるようになるため、その用途は大きく広がり、アクセスコストも削減されるでしょう。