La carte graphique et son fameux GPU ont connu des évolutions considérables en quelques décennies. Initialement conçue pour mettre en mouvement la 3D et permettre aux graphismes d’exister en bonne résolution, elle est aujourd’hui incontournable et indispensable pour toute machine. Avec la virtualisation, la carte graphique n’est plus forcément utilisée de manière physique. Virtualisée, elle offre de nombreux avantages et ne perd pas en puissance, au contraire. Quels sont les atouts d’une carte graphique virtuelle ?
Focus sur la carte graphique physique, émulée et virtualisée !
Qu’est ce qu’une carte graphique, à quoi elle sert et comment fonctionne t-elle ?
Une carte graphique est un composant informatique qui a pour mission de gérer les affichages sur les écrans de PC. Elle est essentielle pour l’affichage de la 3D notamment. Il existe de nombreux types de cartes graphiques et celles-ci sont nécessaires pour les projets de modélisation dans l’architecture, le bâtiment, le cinéma ou encore la mécanique.
La carte graphique s’insère à la carte mère d’un ordinateur, et elle est en fonction miniaturisée ou non.
Il existe trois principaux types de cartes graphiques : intégrées, dédiées et hybrides.
- Les cartes graphiques intégrées, sont intégrées à l’unité centrale et conviennent mieux à l’informatique générale et aux jeux légers.
- Les cartes graphiques dédiées sont des unités autonomes conçues pour les jeux et les applications graphiques plus exigeants.
- Les cartes graphiques hybrides (dédiée utilisant de l’intégré) utilise une technologie pour gérer plusieurs processeurs graphiques afin de s’adapter aux modifications apportées aux performances graphiques et aux exigences d’économie d’énergie.
Elles offrent un mélange de capacités graphiques intégrées et dédiées.
La carte graphique peut également être virtualisée, c’est à dire qu’en utilisant les technologies de virtualisation (NVIDIA, AMD), une carte graphique physique va pouvoir être associée et allouée à un ordinateur lui-même virtualisé pour être exploité soit en totalité (100%), soit partiellement pour optimiser et mutualiser les ressources et les performances.
Les cartes virtuelles offrent des performances insoupçonnées.
Qu’est ce qu’un GPU, à quoi sert-il ?
💢 Le GPU est souvent confondu avec la carte graphique elle-même, tant il est fondamental. Une carte graphique est construite autour de trois composantes principales :
- Le GPU (Graphic Processing Unit), un processeur spécialisé dans le calcul de graphismes 2D ou 3D
- La Mémoire, qui échange des données temporaires avec le GPU puis stocke et envoie les images finales au moniteur
- Le Design qui intègre en plus de la forme, la conception du refroidissement qui est un point non négligeable
Le GPU est donc une puce informatique disposée sur la carte graphique, qui vise à optimiser le rendu d’images, l’affichage 2D et 3D, ou encore les vidéos.
C’est lui et la mémoire que l’on va virtualiser pour faire marcher des PC Virtuel 3D, on parle alors de vGPU.
Comment a évolué la carte graphique depuis ces dernières années ?
Le point de départ des cartes graphiques se situe dans les années 70, où elles ont été pensées pour les jeux d’Arcades et autres jeux vidéo de l’époque. C’est dans les années 80, que l’affichage et le graphisme évoluent, notamment avec le premier processeur d’affichage graphique VLSI. À partir de 1990, les cartes graphiques n’ont cessé de progresser pour offrir des graphismes en 3D de plus en plus performants. Nvidia fait son apparition avant les années 2000, avec deux cadeaux révolutionnaires pour le monde numérique : la RIVA TNT 2 et la Nvidia GeForce 256 DDR.
Depuis les années 2000, Nvidia et AMD ne cessent d’innover et de proposer des cartes graphiques de plus en plus étonnantes, du point de vue de la performance et des graphismes. Les entreprises des secteurs de l’architecture, de la mécanique, du médical ou encore de l’aéronautisme, se dotent des cartes et donc des GPU les plus puissants du marché pour construire et continuer à faire évoluer le monde demain.
Aujourd’hui, l’heure est à la virtualisation, que ce soit pour les machines ou les GPU, les entreprises innovantes travaillant en multisite ou en équipe passent généralement aux cartes graphiques virtuelles.
Quelles étaient les premières expériences de machines virtuelles (VM) et leur carte graphique émulée ?
Les premières expériences d’utilisation consistaient à exécuter depuis un MacOS ou LinuxOS une machine virtuelle WindowsOS qui émulait (grâce à un contrôleur logiciel) une carte graphique sur la VM, pour exécuter et utiliser des outils essentiellement conçus pour Windows, par exemple.
La problématique était que ces utilisateurs devaient allouer suffisamment de performance et systématiquement ajuster les ressources de leur poste afin de pouvoir utiliser correctement la machine virtuelle sans handicaper le fonctionnement de la machine physique.
Globalement l’expérience pour la bureautique était intéressante si l’on disposait initialement d’une bonne machine, par contre pour la 3D l’expérience était clairement décevante. L’émulation 3D proposée restait relativement faible et ne laissait pas particulièrement entrevoir une vraie utilisation en modélisation 3D.
💡 N’oublions pas que cette technologie de virtualisation fait appel à la puissance de l’ordinateur et qu’elle n’utilise pas les propriétés de la carte graphique mais bien une carte émulée qui n’a pas du tout les mêmes propriétés graphiques qu’une carte physique ou virtuelle.
Aujourd’hui, les évolutions conjointes des équipements informatiques, de la virtualisation et des cartes graphiques ont permis d’envisager une autre façon de proposer des machines virtuelles performantes pour la 3D. Elles sont désormais hébergées et sécurisées dans des centres de données, sur des serveurs qui possèdent des performances et ressources graphiques dédiées qu’ils peuvent mettre à la disposition des utilisateurs et leur apporter une réelle expérience en modélisation 3D.
💡 L’apparition de cartes graphiques réellement virtualisée est arrivée avec la technologie NVIDIA GRID 2.0.
Les technologies couplées de VMWare pour les PC et de NVIDIA pour les cartes graphiques nous permettent de proposer des VM avec vGPU utilisant pleinement le GPU des cartes physiques, pour un maximum de performance et de rendus.
Les besoins en performance et en ressources ont tellement évolué dans le secteur de la modélisation 3D, qu’une fois que les professionnels du 3D ont goûté aux performances, ils sont conquis par les avantages (en termes de gains obtenus) et choisissent clairement le tout virtuel !
Comment fonctionnent aujourd’hui les infrastructures de station de travail virtualisées qui proposent des instances vGPU ?
Désormais, un serveur physique, hébergé dans un Data Center ou dans le Cloud, disposant de cartes graphiques et donc de GPU physiques, permet à l’environnement NVIDIA vGPU de mettre en œuvre des GPU virtuels qui peuvent être partagés sur plusieurs machines virtuelles.
L’éditeur VMware® (Leader dans le domaine de la virtualisation) prenait déjà en charge l’utilisation de GPU physiques dans les machines virtuelles mais si la mémoire servait bien à un GPU d’être dédié à une seule VM avec Virtual Dedicated Graphics Acceleration (vDGA) ou partagé entre plusieurs VM avec Virtual Shared Graphics Acceleration (vSGA); il n’y a que depuis que NVIDIA à déployé sa technologie GRID et son environnement logiciel vGPU que l’on peut exploiter réellement des capacités graphiques dans les machines virtuelles.
💡 NVIDIA GRID™ est la technologie la plus avancée du secteur pour le partage de GPU virtuels (vGPU) sur plusieurs instances de postes de travail virtuels et d’applications. On peut désormais tirer parti de toute la puissance des GPU à partir d’un centre de données pour offrir une expérience graphique virtuelle supérieure sur n’importe quel appareil, n’importe où. La plate-forme NVIDIA GRID offre les plus hauts niveaux de performances, de flexibilité, de gérabilité et de sécurité, pour garantir le bon niveau d’expérience utilisateur pour n’importe quel flux de travail virtuel.
Dans les infrastructures proposant des solutions de PC Virtuel (ou VDI – VMware Horizon) accélérées par des GPU virtuels de NVIDIA, l’environnement logiciel NVIDIA vGPU est installé avec l’hyperviseur (VMWare vSphere) au niveau de la couche de virtualisation. Le logiciel NVIDIA vGPU autorise l’assignation de GPU virtuels, ce qui permet à toutes les machines virtuelles de l’infrastructure VDI de se partager les ressources physiques du GPU installé sur le serveur. De multiples GPU physiques peuvent être affectés à une seule machine virtuelle afin de prendre en charge les charges de travail les plus exigeantes. Le logiciel de virtualisation inclut un pilote graphique pour chaque machine virtuelle.
NVIDIA GRID + VMware Horizon
💡 NVIDIA RTX vWS™ (la version logicielle GRID la plus adaptée à la modélisation 3D) est la seule solution de station de travail virtuelle qui prend en charge la technologie NVIDIA RTX pour la mise en œuvre de fonctionnalités avancées.
La prise en charge des GPU NVIDIA de nouvelle génération fournit des performances incroyables, permettant ainsi aux concepteurs et aux ingénieurs de donner le meilleur d’eux-mêmes, encore plus rapidement. Il est désormais possible de virtualiser n’importe quelle application à partir d’un Centre de données, en garantissant une expérience utilisateur de la même qualité que sur une station de travail fixe, pour tous les utilisateurs et sur tous les appareils.
Pour les plus chevronnés et les plus curieux
Sachez qu’en fonction de votre utilisation des GPU pour certaines typologies d’utilisation ou de tâches plusieurs options de configuration sont possibles à travers VMWare.
OPTION 1 – vGPU/MIG utilisant NVAIE ( nécessite une licence Nvidia )
OPTION 2 : passthrough sur la configuration ESXi (aucune installation de pilote requise) – utilisation pour VMware Bitfusion (nécessite une licence Bitfusion en plus de la licence Nvidia)
Utilisation de vGPU en mode multi instance
En mode vGPU, la mémoire sur le GPU est partitionnée de manière statique, mais la capacité de calcul est partagée dans le temps entre les machines virtuelles qui partagent le GPU. Dans ce mode, lorsqu’une machine virtuelle s’exécute sur le GPU, elle « possède » toutes les capacités de calcul du GPU mais n’a accès qu’à sa part de mémoire GPU.
Utilisation de vGPU en mode multi instance MIG
En mode MIG, la mémoire et la capacité de calcul sont partitionnées statiquement. Lorsqu’une VM utilise un GPU en mode MIG, elle ne peut accéder qu’à la mémoire qui lui est attribuée et n’utilise que les cœurs de calcul qui lui sont attribués. Ainsi, même si les cœurs de calcul restants (c’est-à-dire les cœurs non attribués à cette VM) dans le GPU sont inactifs, la VM ne peut pas utiliser ces cœurs inactifs.
Exemple d’un petit cluster vSphere Bitfusion sur un réseau commuté
En mode vSphere Bitfusion, qui est une architecture client-serveur, l’environnement permet à plusieurs machines virtuelles (VM) clientes exécutant des applications d’intelligence artificielle (IA) et d’apprentissage automatique (ML) de partager l’accès à des GPU distants sur des machines virtuelles exécutant le logiciel serveur vSphere Bitfusion.
Vous exécutez les applications sur les machines clientes vSphere Bitfusion, tandis que les GPU qui fournissent l’accélération sont installés sur les machines serveurs vSphere Bitfusion sur un réseau. Les applications peuvent ouvrir des fichiers, allouer de la mémoire et appeler CUDA comme si elles fonctionnaient sur une machine avec des GPU locaux.
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