麒麟軟件虛拟GPU方案V2.0出爐，大幅提升3D渲染性能

　　近日，麒麟軟件研發中心虛拟化技術研發團隊推出虛拟GPU方案V2.0，該方案采用vhost-user-gpu、3D渲染同步優化、基于動态數據的雲桌面刷新等技術，将虛拟機GPU的3D渲染性能大幅提升到後端GPU 3D渲染性能的80%以上，無需專業顯卡支持，通過消費級顯卡即可使虛拟機滿足圖像處理、平面設計、3D建模以及遊戲等場景的需求，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。

　　随着雲桌面技術的發展和廣泛應用，用戶在雲桌面進行圖像處理、平面設計、3D建模以及遊戲等場景需求增多，這對雲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半虛拟化顯卡技術和api轉發方案，開發了自己的虛拟GPU方案V1.0。該方案對virtio-gpu虛拟顯卡進行了深度優化，在有後端GPU支持的情況下，可将virtio-gpu的渲染性能提升到後端GPU性能的60%(采用glmark2渲染基準測試)。

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

　　方案介紹

　　麒麟軟件虛拟GPU方案V2.0版優化如下：

　　麒麟軟件虛拟GPU方案V2.0版技術框圖

　　GPU方案V2.0采用新技術框架，使用vhost-user-gpu虛拟顯卡(基于vhost-user技術實現)替換了V1.0方案采用的virtio-gpu虛拟顯卡。vhost-user-gpu虛拟顯卡無需經由宿主機内核kvm模塊和用戶态切換，可以通過共享内存直接與虛拟機進行數據面通信，減少了大量的用戶态(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态區域刷新，即隻刷新桌面顯示數據有變化的區域，降低雲桌面刷新時，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Intel集顯、AMD RX550以及Nvidia RTX2060三種不同廠商的顯卡，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在分别以三種不同類型的GPU作為後端渲染加速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，優化後的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，麒麟軟件虛拟化GPU方案V2.0還進行了廣泛的架構适配和顯卡适配，在商用x86、arm架構下，采用主流顯卡廠商GPU作為後端GPU時，該方案均能正常運行，進一步提升了麒麟軟件虛拟GPU方案的商業競争力。