麒麟軟件虛擬GPU方案V2.0發布，3D渲染性能提升至80% 以上

IT之家 11 月 24 日消息，近日，麒麟軟件研發中心虛擬化技術研發團隊推出虛擬 GPU 方案 V2.0，該方案采用 vhost-user-gpu、3D 渲染同步優化、基于動態數據的云桌面刷新等技術，將虛擬機 GPU 的 3D 渲染性能提升到后端 GPU 3D 渲染性能的 80% 以上。

麒麟軟件表示，該方案無需專業顯卡支持，通過消費級顯卡即可使虛擬機滿足圖像處理、平面設計、3D 建模以及游戲等場景的需求，同時可實現 1:N 的靈活性和隔離性，大大降低了用戶使用成本。

IT之家附麒麟軟件虛擬 GPU 方案 V2.0 版技術框圖：

據介紹，隨著云桌面技術的發展和廣泛應用，用戶在云桌面進行圖像處理、平面設計、3D 建模以及游戲等場景需求增多，這對云桌面的圖像渲染能力提出了越來越高的要求。

在 2022 年 5 月，麒麟軟件基于開源 virtio-gpu 半虛擬化顯卡技術和 api 轉發方案，開發了自己的虛擬 GPU 方案 V1.0。該方案對 virtio-gpu 虛擬顯卡進行了深度優化，在有后端 GPU 支持的情況下，可將 virtio-gpu 的渲染性能提升到后端 GPU 性能的 60%（采用 glmark2 渲染基準測試）。

然而，與 GPU 硬件虛擬化方案相比，麒麟軟件虛擬 GPU 方案 V1.0 的渲染轉發過程開銷仍比較大，后端物理 GPU 沒能得到充分利用，損失近 40% 的渲染性能。針對該問題，對虛擬 GPU 方案進一步升級優化，推出麒麟軟件虛擬 GPU 方案 V2.0，使得渲染過程中的性能損耗降低到兩成以內，3D 綜合渲染性能可以達到后端 GPU 性能的八成以上。

麒麟軟件表示，GPU 方案 V2.0 采用新技術框架，使用 vhost-user-gpu 虛擬顯卡（基于 vhost-user 技術實現）替換了 V1.0 方案采用的 virtio-gpu 虛擬顯卡。vhost-user-gpu 虛擬顯卡無需經由宿主機內核 kvm 模塊和用戶態切換，可以通過共享內存直接與虛擬機進行數據面通信，減少了大量的用戶態（vm exit 和 vm entry）切換開銷，V1.0 版本額外開銷更小，性能更好。

此外，GPU 方案 V2.0，還突破了渲染命令執行實時監聽技術與快速命令反饋技術，在渲染命令執行過程中，實現實時監聽，提升命令執行監聽精確度，減少物理 GPU 的空閑等待；在命令執行完畢前，預先準備好反饋數據，提升反饋速度和減少反饋時間開銷。實現了由完整桌面刷新改為動態區域刷新，即只刷新桌面顯示數據有變化的區域，降低云桌面刷新時，讀取物理 GPU 中未變化圖像數據所造成的額外開銷。

為驗證方案效果，基于英特爾集顯、AMD RX 550 以及英偉達 RTX 2060 三種不同廠商的顯卡，以及 glmark2 和 gputest 兩種不同的基準測試程序對 vhost-user-gpu 的 3d 渲染性能進行了測試，結果如下：

在 glmark2 基準測試下，vhost-user-gpu 在分別以三種不同類型的 GPU 作為后端渲染加速 GPU 的情況下，測試得分均達到甚至超過物理 GPU 的原始測試得分的 80%。

▲ glmark2 基準測試性能測試數據

在 gputest 基準測試下，對比 vhost-user-gpu 與物理 GPU 在 7 個不同測試場景下的得分，結果顯示，在大多數情況下，優化后的 vhost-user-gpu 的性能同樣可以達到物理 GPU 原始性能的 80% 以上。

▲ GPUTEST 基準測試性能數據表

此外，麒麟軟件虛擬化 GPU 方案 V2.0 還進行了廣泛的架構適配和顯卡適配，在商用 x86、arm 架構下，采用主流顯卡廠商 GPU 作為后端 GPU 時，該方案均能正常運行。