60%到80%！麒麟软件虚拟GPU方案进一步提升3D渲染性能
近日，麒麟软件研发中心虚拟化技术研发团队推出虚拟GPU方案V2.0，该方案采用vhost-user-gpu、3D渲染同步优化、基于动态数据的云桌面刷新等技术，将虚拟机GPU的3D渲染性能大幅提升到后端GPU 3D渲染性能的80%以上，无需专业显卡支持，通过消费级显卡即可使虚拟机满足图像处理、平面设计、3D建模以及游戏等场景的需求，同时可实现1:N的灵活性和隔离性，大大降低了用户使用成本。
随着云桌面技术的发展和广泛应用，用户在云桌面进行图像处理、平面设计、3D建模以及游戏等场景需求增多，这对云桌面的图像渲染能力提出了越来越高的要求。在2022年5月，麒麟软件基于开源virtio-gpu半虚拟化显卡技术和api转发方案，开发了自己的虚拟GPU方案V1.0。该方案对virtio-gpu虚拟显卡进行了深度优化，在有后端GPU支持的情况下，可将virtio-gpu的渲染性能提升到后端GPU性能的60%（采用glmark2渲染基准测试）。
然而，与GPU硬件虚拟化方案相比，麒麟软件虚拟GPU方案V1.0的渲染转发过程开销仍比较大，后端物理GPU没能得到充分利用，损失近40%的渲染性能。针对该问题，对虚拟GPU方案进一步升级优化，推出麒麟软件虚拟GPU方案V2.0，使得渲染过程中的性能损耗降低到两成以内，3D综合渲染性能可以达到后端GPU性能的八成以上。
麒麟软件虚拟GPU方案V2.0版技术框图
GPU方案V2.0采用新技术框架，使用vhost-user-gpu虚拟显卡（基于vhost-user技术实现）替换了V1.0方案采用的virtio-gpu虚拟显卡。vhost-user-gpu虚拟显卡无需经由宿主机内核kvm模块和用户态切换，可以通过共享内存直接与虚拟机进行数据面通信，减少了大量的用户态（vm exit 和 vm entry）切换开销，V1.0版本额外开销更小，性能更好。
此外，GPU方案V2.0，还突破了渲染命令执行实时监听技术与快速命令反馈技术，在渲染命令执行过程中，实现实时监听，提升命令执行监听精确度，减少物理GPU的空闲等待；在命令执行完毕前，预先准备好反馈数据，提升反馈速度和减少反馈时间开销。实现了由完整桌面刷新改为动态区域刷新，即只刷新桌面显示数据有变化的区域，降低云桌面刷新时，读取物理GPU中未变化图像数据所造成的额外开销。
为验证方案效果，基于Intel集显、AMD RX550以及Nvidia RTX2060三种不同厂商的显卡，以及glmark2和gputest两种不同的基准测试程序对vhost-user-gpu的3d渲染性能进行了测试，结果如下：
在glmark2基准测试下，vhost-user-gpu在分别以三种不同类型的GPU作为后端渲染加速GPU的情况下，测试得分均达到甚至超过物理GPU的原始测试得分的80%。
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