Grafikbeschleuniger in virtuellen Umgebungen
Warum Virtualisierung von High-End-Grafikkarten?
von Thomas Hafen - 22.01.2016
Um die enorme Grafikkleistung bereitzustellen, kamen bislang in der Regel physische Workstations mit High-End-Grafikkarten zum Einsatz. Mit deren Nutzung sind allerdings eine Reihe von Nachteilen verbunden:
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Workstations sind unflexibel. Der Mitarbeiter ist an seinen Arbeitsplatz im Büro gebunden und kann nicht von unterwegs oder zu Hause Kundenwünsche umsetzen, Nachfragen klären oder Fehler beheben. Die mangelnde Flexibilität wiegt besonders dann schwer, wenn die Auslastung sehr unterschiedlich ausfällt. Die Folge: Um Spitzenlasten abfangen zu können, müssen genügend Workstations vorhanden sein.
Grafikbeschleunigung: Diese Technik ermöglicht es, Anwendungen wie CAD-Programme oder 3D-Design-Software zu virtualisieren und auf Laptops oder Tablets zu verwenden.(Quelle: Nvidia )
- Workstations sind teuer. Die Investitionskosten für leistungsfähige Workstations liegen im deutlich vierstelligen Bereich. Hinzu kommen die Stromkosten für den Betrieb und ein erhöhter Managementaufwand bei vielen dezentral verteilten Rechnern.
- Workstations sind ein Sicherheitsrisiko. Viele Unternehmen und Institutionen setzen zu Spitzenzeiten freiberufliche Spezialisten ein oder geben Aufträge an Subunternehmer ab, um sich die erwähnten Kosten zu sparen. Oft verlassen damit hochsensible Daten aus Forschung und Entwicklung oder der Produktion das Unternehmen. Die spektakulärsten Fälle, in denen auf diese Weise wichtige Daten gestohlen wurden, stammen sicher aus der Filmindustrie, aber auch ein Mittelständler kann nicht hundertprozentig sicher sein, dass sich seine Subunternehmer und deren Subunternehmer an alle vereinbarten Sicherheits- und Vertraulichkeitsregeln halten.
- Workstations sind nicht teamfähig. Ob Konstruktion, Modellierung oder Rendering – Projekte profitieren von der Zusammenarbeit verschiedener Experten oder Abteilungen. Bei der Arbeit mit physikalischen Workstations muss ein Projekt jedoch immer aus- und nach Bearbeitung wieder eingecheckt werden, damit Kollegen darauf zugreifen können. Dabei werden oft Gigabyte an Daten hin und her geschaufelt. Das sorgt für hohen Bandbreitenbedarf und verlangsamt die Bearbeitung erheblich.
Ein erster Ansatz, diese Probleme zu lösen, ist, die Workstation selbst zu virtualisieren, ihr aber Zugriff auf eine reale PCIe-Grafikkarte zu ermöglichen. Diese „Pass-Through“ oder „I/O-Virtualisierung“ genannte Funktion ist unter verschiedenen Hypervisoren möglich, beispielsweise unter VMware ESXi (VMDirectPath), Citrix XenServer (VGA Passthrough) oder KVM.
Voraussetzung ist, dass Mainboard und CPU Intel VT-d (Virtualization Technology for Directed I/O) beziehungsweise AMD IOMMU (I/O Memory Management Unit) unterstützen. Pass-Through ist allerdings alles andere als eine Plug-and-Play-Lösung.
Die offiziellen Listen mit kompatiblen Grafikkarten sind sowohl bei AMD als auch bei Nvidia kurz. Je nach Firmware-, Treiber- und Konfigurationsvariante läuft das System gar nicht oder erst nach langem Herumprobieren. Unternehmen sollten deshalb beim Einsatz von Pass-Through auf vorkonfigurierte und getestete Systeme setzen.
