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 渲染性能提升到后端 GPU 3D 渲染性能的 80% 以上。
麒麟软件表示，该方案无需专业显卡支持，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。
附麒麟软件虚拟 GPU 方案 V2.0 版技术框图：
据介绍，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。
麒麟软件表示，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，基于英特尔集显、AMD RX 550 以及英伟达 RTX 2060 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%。
在 gputest 基准测试下，对比 vhost-user-gpu 与物理 GPU 在 7 个不同测试场景下的得分，结果显示，在大多数情况下，优化后的 vhost-user-gpu 的性能同样可以达到物理 GPU 原始性能的 80% 以上。
此外，麒麟软件虚拟化 GPU 方案 V2.0 还进行了广泛的架构适配和显卡适配，在商用 x86、arm 架构下，采用主流显卡厂商 GPU 作为后端 GPU 时，该方案均能正常运行。