کارت گرافیک مجازی چیست؟ همه چیز درباره vGPU

در نسخه‌های اولیه از فناوری مجازی‌سازی محاسبات گرافیکی سنگین مثل اجرای بازی و رندرگیری در در دیتاسنتر به پردازنده سرور (cpu چیست؟) محول می‌شد. هرچند این روش برای وظایف ابتدایی کاربردی است اما تجربه کاربری آن فرسنگ‌ها با GPU روی سیستم شخصی فاصله دارد. اینجا بود که کارت گرافیک مجازی برای تغییر شرایط وارد بازی شد و تجربه کاربری را به سطحی جدید ارتقا داد. در ادامه می‌بینیم که کارت گرافیک مجازی چیست و چه کاربردهایی دارد. 

کارت گرافیک مجازی چیست؟

کارت گرافیک مجازی (Virtual GPU یا vGPU) به کاربران امکان می‌دهد از منابع پردازشی یک کارت گرافیک فیزیکی در محیط‌ مجازی به صورت مشترک استفاده کنند. این قابلیت در سرورها و سیستم‌های ابری به کار گرفته می‌شود تا منابع گرافیکی قوی و حرفه‌ای را بین چندین کاربر یا ماشین مجازی تقسیم کند.

در حالت عادی کارت‌ گرافیک فیزیکی به یک سیستم یا کاربر اختصاص داده می‌شود و تمام توان پردازشی برای همان کاربر یا سیستم قابل استفاده است. با استفاده از کارت گرافیک مجازی، قدرت پردازشی گرافیکی به بخش‌های مستقل تقسیم شده و هر بخش به یک ماشین مجازی اختصاص داده می‌شود. این بخش‌ها می‌توانند از نظر میزان حافظه و قدرت پردازشی متفاوت بوده و بر اساس نیاز هر ماشین مجازی تنظیم شوند. 

بیشتر بخوانید: سرور GPU چیست؟ بهترین سرور GPU چه ویژگی هایی دارد؟

برای درک بهتر عملکرد کارت گرافیک مجازی، می‌شود آن را به آپارتمان‌ تشبیه کرد. کارت گرافیک فیزیکی مانند یک ساختمان بزرگ است و هر ماشین مجازی مانند یک واحد آپارتمان در این ساختمان. هر واحد آپارتمان (ماشین مجازی) به طور مستقل عمل کرده و از منابع اختصاصی خود بهره می‌برد.

 

برای پیاده‌سازی کارت گرافیک مجازی، از هایپروایزر (Hypervisor) یا نرم‌افزار مجازی‌ساز استفاده می‌شود. هایپروایزر وظیفه مدیریت و تخصیص منابع GPU به ماشین‌های مجازی را بر عهده دارد و تضمین می‌کند که هر کاربر به طور موثر و بدون تداخل با سایر ماشین‌ها از منابع خود استفاده کند.

 

کاربردهای کارت گرافیک مجازی چیست؟

GPU مجازی در رایانش ابری یک بخش حیاتی محسوب شده و توان لازم را برای پردازش وظایف گرافیکی سنگین، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین فراهم می‌کند. vGPU در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارد که شامل موارد زیر می‌شود:

 

مجازی‌سازی دسکتاپ (VDI)

مهم‌ترین و رایج‌ترین کاربرد vGPU دسکتاپ ابری است. کاربران با کمک این فناوری از طریق اینترنت به دسکتاپ‌های مجازی با گرافیک قدرتمند دسترسی پیدا می‌کنند. شرکت‌ها و سازمان‌ها  با این راهکار می‌توانند بدون خرید کارت گرافیک فیزیکی برای هر سیستم، منابع GPU را به صورت بهینه میان پرسنل توزیع کنند. 

برای مثال دانشگاه ماساچوست با همین روش امکان دسترسی دانشجویان به نرم‌افزارهای قدرتمندی مثل سالیدورک، اتودسک و Moldflow را فراهم کرده است. 

بیشتر بخوانید: دسکتاپ مجازی چیست؟ بررسی کاربردهای VDI

 

پردازش گرافیکی آسان‌تر

کارت گرافیک مجازی به متخصصان معماری، مهندسی، انیمیشن‌سازی و طراحی صنعتی اجازه می‌دهد بدون نیاز به سیستم‌ قدرتمند محلی، پردازش‌های گرافیکی پیچیده را روی سرور انجام دهند. طراحان و مهندسان می‌توانند از هر مکانی به منابع گرافیکی قدرتمند دسترسی پیدا کرده و پروژه‌های خود را سریع‌تر به پایان برسانند.

 

تولید محتوا

این روزها تولید محتوای ویدیویی به اوج خود رسیده و بهترین ابزار برای پردازش سریع ویدیوهای با کیفیت، کارت گرافیک است. با کارت گرافیک مجازی اعضای تیم می‌توانند به طور همزمان روی تدوین انواع ویدیو از جمله تیزر، انیمیشن، موشن‌گرافیک کار کرده و خروجی باکیفیت تحویل دهند.  

 

هوش مصنوعی

 الگوریتم های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (هوش مصنوعی چیست؟) نیازمند جمع‌آوری و پردازش حجم بالایی از داده است که کارت‌های گرافیک سنتی در مقیاس بزرگ از آن پشتیبانی نمی‌کنند. به همین خاطر شرکت‌های بزرگ و کوچک و حتی غول‌هایی مثل گوگل برای محاسبات یادگیری ماشین از vGPU بهره می‌برند. 

 

بازی‌های ویدیویی

دیگر دورانی که برای اجرای بازی‌ وجود کارت گرافیک روی سیستم ضروری بود، گذشته است. حالا کاربران به لطف vGPU بازی‌های ویدیویی را با گرافیک بالا و بدون نیاز به سخت‌افزارهای قدرتمند محلی تجربه می‌کنند. این تکنولوژی به شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات ابری امکان می‌دهد که بازی‌ها را از طریق اینترنت استریم کنند و کاربران با گوشی یا حتی تلویزیون هوشمند به اجرای بازی‌ بپردازند.

 

مزایای کارت گرافیک مجازی

GPUهای مجازی با روش ارائه و دسترسی به برنامه‌های گرافیکی سنگین را متحول کرده و مزایای زیادی را هم برای کسب‌وکارها و هم کاربران به همراه آورده‌اند:

 

کاهش هزینه‌ها

شرکت‌ها به جای خرید تعداد زیادی GPU فیزیکی، از یک منبع متمرکز برای پردازش گرافیکی بهره می‌برند. این امر نه تنها هزینه‌های سخت‌افزاری را کاهش می‌دهد، بلکه مدیریت و به‌روزرسانی سخت‌افزار را هم بسیار ساده‌تر می‌کند. یک نمونه موفق در این زمینه دانشگاه ماساچوست است که هزینه‌های استقرار سیستم را با استفاده از کارت گرافیک مجازی تا یک پنجم کاهش داده است. 

 

انعطاف‌پذیری در منابع

در حالت فیزیکی هر کارت گرافیک تنها توسط یک کاربر یا سرور استفاده می‌شود اما در بسیاری از مواقع تمام قدرت آن به کار گرفته نمی‌شود. با استفاده از vGPU منابع گرافیکی به صورت بهینه بین چندین کاربر تقسیم شده و از هدررفت منابع جلوگیری می‌شود. این انعطاف‌پذیری به بهینه‌سازی منابع و کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند.

 

مدیریت آسان‌تر

اما از نظر مدیریتی مزیت کارت گرافیک مجازی چیست؟ VGPU مدیریت و نظارت بر منابع گرافیکی را آسان‌تر می‌کند. برای مثال به راحتی میزان استفاده از GPU توسط هر VM را مشاهده کرده و منابع را بر اساس نیاز تخصیص می‌دهید.

 

ارتقای بهره‌وری

در مواردی که چندین کاربر به صورت همزمان به منابع گرافیکی نیاز دارند، vGPU به شدت کارایی را افزایش می‌دهد. این تکنولوژی منابع گرافیکی قدرتمند را بین چندین کاربر تقسیم کرده و در عین حال کارایی بالا و تجربه کاربری روان را برای همه آنها فراهم می‌کند. این مزیت در تیم‌های توسعه نرم‌افزار، طراحی‌ گرافیک و تحلیل‌ کلان‌داده‌ها اهمیت دارد.

 

ایزوله‌سازی عملکرد

GPU‌های مجازی داده‌ها، برنامه‌‌ها و عملکرد هر ماشین‌ مجازی را به صورت ایزوله پردازش می‌کنند. این روش تضمین می‌کند که افزایش بارکاری یک کاربر روی عملکرد سیستم کاربران دیگر تاثیری نداشته باشد. 

 

استقرار سریع‌تر محصول

تیم توسعه بدون نیاز به نصب و راه‌اندازی سخت‌افزار فیزیکی می‌تواند با چند کلیک ساده به سرعت یک ماشین مجازی را با گرافیک قدرتمند راه‌اندازی کند. محیط‌ مجازی به صورت خودکار پیکربندی شده و به تیم‌ها اجازه می‌دهد تا برنامه‌ها و خدمات را به سرعت تحویل دهند.

 

انواع کارت گرافیک مجازی

برای پیاده‌سازی گرافیک مجازی چندین روش وجود دارد که هر یک مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. روش Soft 3D با تکیه بر پردازش CPU، به عنوان گزینه‌ای پایه عمل می‌کند اما در پردازش‌های سنگین محدودیت دارد. vSGA که ترکیبی از کارت گرافیک سرور و درایور SVGA را به کار می‌گیرد، به کاربران اجازه می‌دهد تا پردازش‌های متوسط را با کارایی بهتری انجام دهند، ولی محدودیت‌هایی در حافظه ویدئویی دارد. 

در روش vDGA از فناوری Pass-Through برای ارتباط مستقیم کارت گرافیک و ماشین مجازی استفاده می‌شود و قدرت پردازش بالایی فراهم می‌کند، اما امکان اشتراک منابع وجود ندارد و مقیاس‌پذیری محدود است. 

در نهایت vGPU با به اشتراک‌گذاری منابع یک GPU بین کاربران چندگانه، کارایی بالا را با هزینه‌ کم فراهم می‌کند و گزینه‌ای مناسب برای پردازش‌های گرافیکی سنگین در محیط‌های چندکاربره است. برای پیاده‌سازی کارت گرافیک به این روش سه فناوری وجود دارد:

 

 انویدیا GRID

NVIDIA GRID یک راهکار قدرتمند برای ارائه منابع گرافیکی به صورت مجازی است و در بسیاری از کاربردهای تجاری و شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این فناوری می‌توانید منابع گرافیکی را از یک سرور مرکزی بین دستگاه‌های مختلف شامل کامپیوتر، لپ‌تاپ‌ها، یا حتی موبایل تقسیم کنید.

AMD MxGPU 

AMD با ارائه فناوری MxGPU به کاربران اجازه می‌دهد تا منابع یک کارت گرافیک را به صورت همزمان و بدون افت کیفیت به چند کلاینت ارائه دهد. این ویژگی برای سازمان‌هایی که به اشتراک‌گذاری منابع اهمیت می‌دهند، بسیار کارآمد است.

 

Intel GVT-g 

این فناوری که توسط اینتل توسعه داده شده، برای کاربرانی مناسب است که به گرافیک در سطح معمول نیاز دارند. در واقع این روش بیشتر برای محیط‌های دسکتاپ مجازی (VDI) مناسب است و برای پردازش‌های سنگین توصیه نمی‌شود.

 

جدول مقایسه فناوری‌های مجازی‌سازی گرافیک

ویژگی	AMD MxGPU	NVIDIA GRID	Intel GVT-g
پشتیبانی	کارت‌های AMD سری Radeon Pro	کارت‌های انویدیا سری Tesla و Quadro	پردازشگرهای گرافیکی اینتل
کاربرد	کارهای گرافیکی سنگین، رندرینگ، بازی های ابری	محاسبات گرافیکی سنگین، رندرینگ، هوش مصنوعی	دسکتاپ مجازی و کارهای گرافیکی سبک
مدیریت منابع	جداسازی سخت‌افزاری منابع با SR-IOV	مدیریت پیشرفته منابع سخت‌افزاری و نرم‌افزاری	اشتراک منابع به‌صورت نرم‌افزاری
عملکرد گرافیکی	عملکرد بالا برای بارهای سنگین	عملکرد بالا برای بارهای سنگین	عملکرد نزدیک به بومی در بارهای سبک
پشتیبانی از API‌	DirectX، OpenGL	DirectX، OpenGL، Vulkan	DirectX، OpenGL
هزینه	متناسب با بارکاری	بالا و بسته به نوع کارت‌ها	رایگان
تعداد ماشین های مجازی قابل پشتیبانی	زیاد	زیاد	محدود

بیشتر بخوانید: انواع سرورهای گرافیک ابری ( Cloud GPU) و کاربرد و مزایای آن

آینده کارت گرافیک مجازی چیست؟

vGPU به عنوان یک تکنولوژی نوظهور، در ابتدای مسیر خود قرار دارد اما با توجه به روند رو به رشد مجازی‌سازی و رایانش ابری، آینده بسیار روشن در انتظار این فناوری قرار دارد. 

در حال حاضر تقسیم منابع کارت گرافیک بین ماشین‌های مجازی با نرم‌افزارهای مدیریت منابع مانند NVIDIA GRID یا AMD MxGPU انجام می‌شود. نسخه‌های بعدی این نرم‌افزارها با دقت و کارایی بیشتری منابع گرافیکی را تخصیص می‌دهند تا شاهد بهبود کارایی و کاهش تاخیر در پردازش‌های گرافیکی باشیم.

علاوه براین افزایش ظرفیت حافظه، فرکانس کاری بالاتر و هسته‌های پردازشی بیشتر باعث می‌شود که vGPU در بازی‌های ابری، مدل‌سازی سه‌بعدی، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین عملکرد بهتری داشته باشند.

در کنار این پیشرفت‌ها ،کارت گرافیک مجازی با چالش‌هایی مانند پیچیدگی پیاده‌سازی، هزینه‌های بالا و نیاز به سخت‌افزار قدرتمند مواجه است. البته با توجه به مزایای فراوان این فناوری انتظار می‌رود این چالش‌ها به تدریج برطرف شوند.

 

جمع‌بندی

کارت گرافیک مجازی به کاربران و سازمان‌ها کمک می‌کند تا منابع گرافیکی یک GPU فیزیکی را بین چندین ماشین مجازی به اشتراک بگذارند. استفاده از vGPU مزایای زیادی از جمله افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و بهبود تجربه کاربری را به همراه دارد. با توجه به پیشرفت‌های روزافزون در فناوری vGPU انتظار می‌رود که این فناوری در آینده نقش پررنگ‌تری در مجازی‌سازی و محاسبات ابری ایفا کند.

اپراتور هوش مصنوعی کاربردی اهورا با ارائه خدماتی نظیر پردازش گرافیکی ابری، ذخیره‌سازی هوش مصنوعی و مشاوره تخصصی، به‌طور همه‌جانبه پاسخگوی نیازهای متنوع مشتریان در حوزه هوش مصنوعی است. در اهورا بسته به نیازتان می‌توانید سرور gpu را با کارت گرافیک انویدیا RTX 2080 یا RTX 4090 و … بسازید.

 

سوالات متداولی که شما می پرسید؟ 

1. کارت گرافیک مجازی چیست؟

نوعی فناوری مجازی‌سازی است که منابع یک GPU فیزیکی را بین چند ماشین مجازی تقسیم می‌کند.

2. تفاوت vGPU با GPU اختصاصی چیست؟

vGPU منابع را بین چندین سیستم تقسیم می‌کند اما GPU اختصاصی تمام منابع را به یک سیستم اختصاص می‌دهد.

3. کارت گرافیک مجازی برای چه کسانی مناسب است؟

سازمان‌ها، شرکت‌ها و کاربران حرفه‌ای مانند مهندسان، طراحان گرافیکی و توسعه‌دهندگان بازی که نیاز به پردازش گرافیکی سنگین دارند.

4. می‌توان از کارت گرافیک مجازی برای بازی استفاده کرد؟

بله، اما بیشتر برای مجازی‌سازی حرفه‌ای و پردازش گرافیکی سنگین در محیط‌ کاری بهینه‌سازی شده است.

5. آیا vGPU روی سیستم عامل‌های مختلف کار می‌کند؟

بله، از اکثر سیستم‌عامل‌های محبوب مانند ویندوز و لینوکس در ماشین‌های مجازی پشتیبانی می‌کند.

6. همه کارت‌های گرافیک از قابلیت vGPU پشتیبانی می‌کنند؟

خیر، فقط مدل‌های خاصی مانند سری NVIDIA Tesla و Quadro و کارت‌های AMD سری Radeon Pro از این قابلیت پشتیبانی می‌کنند.

7. هزینه استفاده از vGPU چقدر است؟

هزینه‌ها بسته به نوع GPU، لایسنس‌های نرم‌افزاری و نیازهای سازمان متغیر است. 

8. آیا vGPU برای هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی مناسب است؟

بله، vGPU می‌تواند برای پردازش‌های سنگین مانند هوش مصنوعی و یادگیری عمیق به کار رود.

 

منابع:

Nvidia