虛擬GPU 助力制造企業(yè)打造異地協(xié)同的網(wǎng)絡辦公室

文|齊健

信息技術的飛速發(fā)展大大加快了全球化的進程，在制造企業(yè)的內部及上下游產(chǎn)業(yè)鏈中，地域的概念變得越來越模糊。很多信息化水平較高的新型、大型制造企業(yè)，都利用跨地域的設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、倉儲，以及全球化運維等遠程生產(chǎn)運營模式優(yōu)化業(yè)務和縮減成本。隨著智能制造理念在全球范圍的不斷深化，遠程運營模式的普及必將成為制造企業(yè)數(shù)字化轉型的新趨勢。

2020年上半年以來，新型冠狀病毒肺炎（COVID-2019）疫情席卷全球，疫情導致的停工停產(chǎn)給各行各業(yè)帶來了沉重的打擊。疫情期間，云計算、數(shù)據(jù)中心等遠程應用技術為企業(yè)的工作生產(chǎn)提供了有力支撐，企業(yè)對遠程辦公的應用需求持續(xù)升溫，其相關應用的發(fā)展在企業(yè)數(shù)字化轉型的進程中大幅提速。

NVIDIA虛擬GPU，隨時隨地為員工賦予強大算力

在制造企業(yè)的日常工作中，很多員工的工作都不局限在一個辦公室或一臺設備中，不論是設計師、工程師、工藝師，還是項目經(jīng)理、銷售顧問，產(chǎn)品設計師需要在生產(chǎn)車間中了解產(chǎn)品加工中出現(xiàn)的問題，仿真工程師需要根據(jù)生產(chǎn)出的物理樣機改進仿真模型，銷售顧問則需要為身處不同地區(qū)的客戶隨時展示產(chǎn)品。這些都需要企業(yè)為員工提供不受地域限制的工作設備，將數(shù)字化技術縮小到以人為單位的工作環(huán)境。

對于依賴專業(yè)圖形操作的設計、仿真、大型3D 效果和

AR/VR 效果展示等工作來說，使用本地部署的GPU 執(zhí)行復雜運算流程的傳統(tǒng)的實體計算設備（例如臺式電腦，筆記本電腦或服務器），會使員工的工作效率受制于本地設備的性能，另一方面GPU 與實體設備綁定也會限制工作的移動性和靈活性。在遠程辦公的場景中，遠程員工需要的是可以從任何設備（筆記本電腦、平板電腦及智能手機等）任何操作環(huán)境訪問的，高效、可靠、安全和可維護的解決方案。

NVIDIA 的虛擬GPU 技術可以幫助企業(yè)的IT 部門把服務器中的物理GPU 分割為多個虛擬GPU，或把多個物理GPU 的算力集合到一臺計算機中，然后把這些算力分配給身處不同地區(qū)的員工，滿足他們不同的工作負載需求。

NVIDIA 還與Amazon Web Services 和Google Cloud兩大公有云服務商合作，推出了基于公有云的虛擬GPU 產(chǎn)品Quadro vWS。公有云的快速應用特性，使Quadro vWS更易于部署和應用，企業(yè)無須部署自有的服務器設備，而是按需“取用”公有云中的GPU 資源，并按需付費。

軟件優(yōu)化+硬件升級，綜合提升企業(yè)GPU應用效率

vGPU 將GPU 劃分為若干獨立vGPU 實例，每個vGPU 實例享有固定且專用的Frame buffer，并通過在分時機制，使其能在碎片時間中占用整個GPU Engines 從而提高GPU 的使用率。分時機制幫助用戶優(yōu)化3D 流水線工作流程，將優(yōu)先級低、復雜的工作量錯峰在夜間執(zhí)行，相當于大幅提升算力。

NVIDIA 的vGPU 管理器通過先進的算法實現(xiàn)對工作流的加速，通過智能化調度算力資源實現(xiàn)效率提升。vGPU管理器將GPU 劃分為獨立的vGPU 實例，這些實例會直接傳遞至安裝在虛擬機上的原生NVIDIA 驅動程序。當用戶登錄到自己的虛擬機上并開始工作時，NVIDIA驅動程序會通過Hypervisor 將命令發(fā)送至vGPU 引擎，該引擎會對物理GPU 所要處理的任務進行調度，然后將結果發(fā)回至虛擬機。工作人員可以在多個虛擬機之間共享GPU 性能，也可以通過將多個GPU分配給一臺機器來應對復雜工作負載。

在虛擬GPU 的應用過程中，企業(yè)的IT 部門還可以利用虛擬GPU 技術優(yōu)化服務器的基礎架構，從而為工程師的專業(yè)圖形應用（例如大型裝配設計和復雜得多物理場仿真分析）提供更好的性能。此外，NVIDIA 的NVIDIA Quadro虛擬數(shù)據(jù)中心工作站（Quadro vDWS）對幾乎所有主流設計工具進行了基于GPU 的優(yōu)化，其中包括Ansys Discovery Live、ESRI ArcGIS、Autodesk AutoCAD、Autodesk Maya、Autodesk Revit、CATIA、Petrel、Siemens NX 和SOLIDWORKS 等。

在圖形渲染方面，NVIDIA 的虛擬GPU 解決方案采用Turing 架構，引入了光線追蹤核心（RT Core），可實時對物體和環(huán)境光線進行追蹤，準確進行物理陰影、反射、折射和全局照明的繪制，避免柵格化，打造更為逼真的畫面。

整合企業(yè)PLM數(shù)據(jù)，建設高速數(shù)據(jù)中心

在制造企業(yè)數(shù)字化轉型過程中，數(shù)據(jù)是轉型的基礎也是眾多企業(yè)的痛點所在。企業(yè)舊有數(shù)字化系統(tǒng)和平臺形成的數(shù)字化“孤島”，使企業(yè)的設計和工程數(shù)據(jù)非常分散且難以保持一致性，隨著遠程辦公模式的引入，在產(chǎn)品生命周期管理（PLM）數(shù)據(jù)庫中維護數(shù)據(jù)一致性變得更加困難。

基于VDI 的NVIDIA Quadro 虛擬數(shù)據(jù)中心工作站（Quadro vDWS）解決方案可以幫助企業(yè)把PLM 系統(tǒng)集中于數(shù)據(jù)中心，提高數(shù)據(jù)一致性、強化數(shù)據(jù)整合，并對設計變更進行有效控制。此外，虛擬桌面可加速對PLM數(shù)據(jù)庫的訪問和響應，使PLM 管理員在處理大量數(shù)據(jù)庫事務時能節(jié)省數(shù)秒時間，而省時即等同于降低實際業(yè)務成本。對于需要異地設計、制造和倉儲的企業(yè)來說，分布于各地的團隊亦無須再花費時間，等待大型文件傳輸和模型加載。通過使用數(shù)據(jù)中心或云對文件和數(shù)據(jù)進行集中管理，團隊可在任何地點安全訪問協(xié)同工作所需的各種信息。

NVIDIA 推出的NVIDIA vComputer Server 為用戶提供了虛擬化GPU 和加速計算密集型服務器工作負載的能力，包括AI、深度學習和數(shù)據(jù)科學。使用該解決方案，汽車制造商可以使用最新的模擬和計算技術來創(chuàng)建最節(jié)省燃料和時尚的設計，研究人員可以分析基因的功能，以更快地進行醫(yī)療研發(fā)。

案例

Honda 公司部署了由NVIDIA 虛擬GPU 提供動力支持的新一代工程VDI，旨在提高研發(fā)及生產(chǎn)中心的生產(chǎn)力和運營效率。通過在數(shù)據(jù)中心加速圖形，NVIDIA 虛擬GPU使團隊能夠在任何設備上使用CAD 或CAE 應用程序，即使是廉價筆記本電腦也不例外。此外，Honda 的IT 部門還可以為高級用戶和知識工作者等類似用戶分配適當?shù)男阅芗墑e。在所有Honda 集團公司中，有超過4000 個VDI 系統(tǒng)正在體驗更高的應用程序性能和更好的用戶體驗，此外還享有更快的數(shù)據(jù)訪問速度和更高的IP 安全性。

PSA Peugot Citroen 公司部署了由NVIDIA 虛擬GPU提供動力支持的3D 虛擬化項目，旨在讓設計師可以從任何地點及任何設備上直接訪問高性能虛擬工作空間，同時提高硬件利用率和效率。借助NVIDIA 虛擬GPU，該項目最遠可在距巴黎數(shù)據(jù)中心500 公里處將延遲降低到15 至30 毫秒，使遠程工作人員可在此區(qū)域范圍內以本地設備響應時間運行圖形密集型應用程序。現(xiàn)在，PSA 設計工程師可以在遠程設備上運行高端圖形應用程序，并且不會造成質量損失，亦可在提高生產(chǎn)力的同時享受數(shù)據(jù)中心提供的安全環(huán)境、管理便捷性以及災難恢復等各種益處。

Nordam 公司實施了基于VDI 的NVIDIA Quadro 虛擬數(shù)據(jù)中心工作站（QuadrovDWS）解決方案，旨在實現(xiàn)完整的圖形加速和工作站級性能，同時提高安全性?，F(xiàn)在，工程師和設計師可以在Nordam 網(wǎng)絡內的任意地點訪問應用程序和數(shù)據(jù)，而無須為每位用戶綁定多個工作站。多位用戶可以共享同一桌面，進而以前所未有的方式促進公司內部的協(xié)作與培訓。通過以入門級PC 或瘦客戶端為每位用戶替換多達兩個工作站和六臺顯示器，Nordam 釋放了寶貴的桌面空間，同時還可顯著降低硬件和管理成本。