Если ещё 3-4 года назад решала автоматизация, то сегодня очередь за виртуализацией: доступные мощные рабочие станции уравнивают в потенциале транснациональных гигантов и малый бизнес. Рабочие станции — профессиональные компьютеры с комплексом технических и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач: мультимедиа (обработка изображений, видео, звука), САПР, ГИС, научно-технические расчеты, промышленные приложения и пр. В настоящее время ресурсы рабочей станции можно получать как облачный сервис. Он завоевывает популярность у все большего числа компаний за счёт простоты интеграции в ИТ-инфраструктуру и экономических преимуществ. Так что, пути назад нет, впереди одна только виртуальность? Давайте разберёмся.
Первые рабочие станции появились еще в конце 60-ых и сегодня они широко применяются для работы с системами автоматизированного проектирования и конструирования, 2D- и 3D-графикой, для видеомонтажа и ресурсоемких вычислений. С появлением 64-разрядных версий операционных систем Microsoft Windows высокопроизводительные рабочие станции под UNIX с проприетарными программными средами уступили позиции системам с MS Windows. Многие вендоры в качестве альтернативы предлагают также Linux от Red Hat или SuSE.
Рабочие станции — полезный инструмент для проектировщиков и дизайнеров, финансовых аналитиков и исследователей, создателей контента и креаторов. Они поддерживают самые требовательные к ресурсам задачи и приложения, такие как рендеринг сложной графики, финансовый анализ, вычислительные задачи и редактирование видео и создание другого сложного цифрового контента.
При обработке геопространственных данных, построении трехмерных моделей местности и др. на стандартных ПК зачастую приходится сталкиваться с нехваткой памяти, задержками и «подвисаниями», в то время как рабочие станции демонстрируют высокую производительность и хорошо справляются с отображением данных.
Рабочая станция — не просто компьютер, это целый ряд механизмов, предназначенных для выполнения самых ресурсоемких задач, обеспечения бесперебойной работы и расширенной функциональности.
Отличительные черты современных рабочих станций — высокая скорость работы с данными, мощный процессор, большая емкость быстрой оперативной памяти, интегрированный высокопроизводительный сетевой контроллер, профессиональная графическая подсистема.
Оснащение рабочих станций обеспечивает высокую производительность при проектировании, реалистичную визуализацию каркасных и текстурированных трехмерных моделей, быстрое получение результатов научных расчетов, обработку видео высокого разрешения и создание различных видеоэффектов.
По классам решаемых задач рабочие станции можно условно разделить на несколько видов:
Каждый подкласс профессиональных рабочих станций может иметь присущие ему особенности и уникальные компоненты, существенно отличающиеся от массовых моделей ПК: большой размер/разрешение дисплея и/или несколько дисплеев (САПР, ГИС, биржевая торговля, интернет-трейдинг), мощную видеокарту (кино и видео, анимация, компьютерные игры), большую емкость/производительность подсистемы хранения данных (научные задачи, анимация), мобильное или защищенное исполнение (эксплуатация в полевых условиях или в цехах производственных предприятий) и пр.
Так модели, оснащенные графическими ускорителями NVIDIA, подходят для профессионалов, занимающихся 3D моделированием, инженерным анализом, нелинейным видеомонтажом (NLE), проектированием, а также для работников сферы финансов.
Профессиональные видеокарты Quadro RTX 6000 и Quadro RTX 5000, которые построены на базе отборочных графических процессоров на архитектуре Turing, отличает поддержка аппаратного ускорения трассировки лучей, которую обеспечивают специализированные RT-ядра.
Графические рабочие станции (самая обширная категория) подходят для дизайнеров, художников, фотографов, аниматоров, редакторов видео, проектировщиков, инженеров и всех тех, кто пользуется специализированными графическими пакетами. Они имеют высокую производительность при работе с графикой, видео и анимацией. Графические станции, как правило, используют новейшие графические процессоры NVIDIA или AMD.
Они нередко оснащаются несколькими мониторами, применяются для работы с 2D- и 3D-графикой (дизайн, проектирование и пр.), визуализации данных (медицина, аналитика больших данных), рендеринга, моделирования (CAD/CAM), создания видеостен, распознавания жестов, ГИС и др.
Графические рабочие станции широко применяются при моделировании для автомобильной отрасли, самолетостроении, нефтегазовой отрасли, производстве медиаконтента, обработке медицинских данных и визуализации результатов научных исследований.
Рабочие станции САПР — подкласс графических рабочих станций — позволяют создавать конструкторскую и/или технологическую документацию, геометрические модели (твердотельные, трехмерные, составные), а также чертежей изделия. Аппаратные ресурсы такой рабочей станции задействовать все функциональные возможности профессиональных САПР: CATIA, CREO, NX, Inventor, Компас, AutoCAD, Solid Works, SolidEdge, T-Flex CAD и других.
Графические рабочие станции для систем автоматизации проектных работ (САПР) представляют широкий класс систем для задач CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing) и CAE (Computer Aided Engineering).
Современные рабочие станции САПР условно принято разделять на следующие группы:
Сегодня, когда облако становится таким же обычным элементом ИТ-инфраструктуры, как сервер или рабочая станция, завоевывают популярность сервисы класса «виртуальная графическая станция», которые решают важную задачу использования графических мощностей из облака, что казалось невозможным всего несколько лет назад.
Ранее работа с ресурсоемкими приложениями возлагалась на мощные компьютеры и рабочие станции с большим набором прикладных программ. Минусы вышеперечисленных решений — высокая стоимость владения, необходимость регулярных вложений в апгрейд и ограничение мобильности пользователя.
Выход — виртуальные графические станции, размещенные в высокопроизводительной облачной среде. Эта технология не только обеспечивает доступ к практически неограниченным объемам вычислительных ресурсов в облаке, но и позволяет работать одновременно с несколькими ресурсоемкими приложениями онлайн. И все это — без привязки к стационарному рабочему месту.
Технология VDI (Virtual Desktop Infrastructure) позволяет создавать виртуальную ИТ-инфраструктуру и разворачивать рабочие места на базе серверных систем, где работает множество виртуальных машин. По сути, для пользователей это выглядит как привычное рабочее место на ПК с необходимыми приложениями.
VDI дает возможность создавать полноценные рабочие места пользователей, функционально идентичные рабочим станциям классической архитектуры. Инфраструктура VDI предполагает размещение виртуальных рабочих мест и других пользовательских ресурсов в серверной инфраструктуре (в корпоративном ЦОД или в облаке провайдера) и обеспечение доступа к ним из внутренней сети компании и/или через интернет.
В результате, вместо того, чтобы снабжать пользователей с «тяжелыми» графическими приложениями мощными рабочими станциями, можно воспользоваться более современным решением и развернуть инфраструктуру VDI. Они получат в свое распоряжение виртуальную графическую рабочую станция — сервис доступа к виртуальной машине с ускорителем графики.
По сути, это удаленный терминальный доступ к виртуальной машине с мощной графической подсистемой. Компания может сэкономить, работая с удаленными сотрудниками из регионов или других стран, собирать виртуальные коллективы.
Предоставление полного вычислительного ядра видеокарты виртуальной машине позволяет использовать на виртуальной рабочей станции такие высоконагруженные приложения как AVEVA, SolidWorks, AutoCAD, SketchUP, 3DS Max, Revit, ArсhiCAD и др. Более того, подобная конфигурация заменяет несколько мощных рабочих станций.
Задача карты AMD Radeon Pro V340 — надежная работа графики во всех системах, от облачных решений до практически любого устройства. Аппаратное решение для виртуализации графических процессоров (AMD MxGPU) создано на базе стандартной технологии виртуализации устройств SR-IOV (Single-Root I/O Virtualization), которое позволяет удаленно работать виртуализированным пользователям (их количество может достигать 16 на каждом физическом графическом процессоре).
Такая платформа нередко строится на базе производительных видеокарт NVIDIA или GPU от AMD с быстрым хранилищем. В качестве платформы виртуализации часто используется Windows Server. Для повышения производительности дисковой системы обычно применяются флэш-накопители (SSD).
Виртуальная графическая станция может включаться в действующую ИТ-инфраструктуру компании. Все проекты могут сохраняться в корпоративной сети или в облачных хранилищах, к которым обеспечивается доступ из любой точки с интернетом.
Инфраструктура VDI дает более высокий уровень защиты при передаче и хранения важной информации, централизованное управление ИТ-инфраструктурой рабочих мест и предоставление сотрудникам ИТ-сервисов. При этом стоимость внедрения VDI оказывается сопоставимой с заменой парка ПК.
В архитектуре VDI все данные хранятся на сервере в ЦОД. Такое решение значительно повышает уровень информационной безопасности, обеспечивает гораздо более эффективное по сравнению с полнофункциональными физическими рабочими станциями использование вычислительных ресурсов и предоставляет удобные инструменты централизованного администрирования рабочих станций.
Одно из преимуществ VDI состоит в том, что при необходимости создается рабочее место пользователя любой доступной производительности, а когда в нем отпадет необходимость — удаляется. Таким образом, при наличии современных интернет-каналов можно выделить значительные вычислительные мощности удаленным пользователям.
Кстати, как показывает тестирование, скорости мобильной сети 3G 17 Мбит/с (2,12 МБайт/с) явно недостаточно — работать некомфортно, не говоря уже о видео HD, которое VMware Verizon на таком канале просто «не тянет».
В целом VDI дает следующие основные преимущества:
Основной драйвер внедрения VDI — это безопасность и сохранность данных, централизация управления и администрирования. Развертывается система VDI обычно достаточно крупными компаниями.
Использовать виртуальные графические станции можно в тех случаях, когда требуется:
Их также удобно применять для обучения, тестирования, организации временной работы.
Технология VDI зародилась на стыке трех направлений: терминального доступа, удаленной работы с графическими станциями и серверной виртуализации.
Стандартная инфраструктура VDI может быть трех типов:
В отличие от терминальных ферм, в последнем случае пользователи VDI получают в свое распоряжение персональную виртуальную машину с установленной ОС и приложениями, а виртуализация обеспечивает изоляцию пользователей и разделение ресурсов: пользователю доступны только те вычислительные ресурсы, которые выделены его виртуальной машине.
Инфраструктура виртуальных рабочих станций (VDI) — это способ доступа к рабочим станциям, работающим удаленно в ЦОД.
Основными потребителями решений VDI сегодня считаются финансовый и банковский сектор, ритейл, здравоохранение и страхование, однако связи с развитием технологий ускорения обработки и передачи изображения, решениями VDI стали интересоваться компании из отрасли машиностроения.
Эволюцию VDI можно разбить на несколько ключевых этапов:
Этот ранний этап — базовый подход к VDI, еще не получивший широкого распространения на предприятиях, которые только начинали знакомиться с решением и в основном применяли VDI для некритичных для бизнеса приложений. Использовалась данная технология главным образом для приложений центра обработки вызовов. Конфигурации VDI были достаточно ограниченными, и при запуске виртуальных машин в центре обработки данных не потреблялось много ресурсов (вычислительных, ресурсов хранения и сетевых).
При таком развертывании не предъявлялись высокие требования к производительности ввода-вывода хранилища, пропускной способности или задержке в сети. Традиционные диски (HDD) вполне удовлетворяли потребности пользователя.
VDI 1.0 — это первая попытка применить прорывную технологию виртуализации к ПК, однако выигрыша по стоимости она практически не давала.
Это нынешнее поколение VDI, которое появилось около 2-3 лет назад. Данный этап, скорее всего, продлится еще несколько лет. VDI 2.0 — также базовый вариант VDI, но уже следующего поколения.
Поскольку предприятия успели оценить преимущества VDI 1.0 в плане безопасности, доступности, гибкости и управляемости по сравнению с физическими рабочими станциями, внедрение VDI стало получать более широкое распространение, и есть все основания полагать, что эта тенденция будет продолжаться.
С ростом популярности VDI появились новые сценарии использования данной технологии, она стала применяться во многих приложениях. Однако это создало проблемы на уровне инфраструктуры, такие как «шторм загрузок» (boot storm), применение патчей, быстрое развертывание. «Потяжелели» конфигурации виртуальных рабочих станций.
Требования к производительности ввода-вывода подсистемы хранения составляли тысячи IOPS, и HDD с ними уже не справлялись. Были попытки оптимизировать производительность среды хранения с помощью SAN из сотен магнитных носителей, но такие решения показали себя как не эффективные ни технически, ни экономически, а задачи VDI требовали ввода-вывода разных типов. Для устранения данных проблем применяют флэш-массивы, но это увеличивает стоимость решения.
В новых архитектурах применяются гиперконвергентные системы (объединяющие хранилище, сетевые компоненты и вычисления) на основе флэш-памяти, позволяющей удовлетворить потребности в производительности системы хранения. Некоторые решения используют SSD для кэширования данных, в то время как в других решениях, например, в VMware All Flash Virtual SAN, весь стек хранения данных разработан с использованием различных типов флэш-памяти.
В настоящее время предприятия применяют полностью или частично построенные на флэш-памяти решения, используя гиперконвергентный подход. Эта тенденция продолжается и в VDI 3.0.
В VDI 2.0 расширилась область применения данной инфраструктуры, снизилась средняя стоимость виртуальной рабочей станции. Начался новый этап. С распространением VDI данный подход стали опробовать в сфере виртуализации высокопроизводительных рабочих станций.
У VDI 2.0 и VDI 3.0 много общего. Флэш-память играет ключевую роль в развитии технологии. С более активным применением в VDI 3.0 требовательных графических приложений еще более важной стала подсистема хранения.
Расширились возможности применения высокопроизводительных рабочих станций, таких как рабочие станции для инженерных расчетов или систем проектирования (САПР). Несколько лет назад виртуализировать рабочие станции с подобными требованиями было просто немыслимо. Однако сегодня это становится реальностью благодаря флэш-памяти и графическим ускорителям.
При этом VDI 3.0 обещает приемлемую производительность и конкурентоспособные затраты даже для самых сложных вариантов использования виртуальных рабочих станций.
Рынку VDI немногим более 10 лет. Его традиционные лидеры — Citrix и VMware. VMware создала сильный набор решений для виртуализации рабочих станций благодаря развитию собственных продуктов и активному поглощению других компаний. Ее решения VDI интегрированы с платформой виртуализации vSphere, системой мониторинга vRealize Operations Manager, ПО управления программно-конфигурируемыми сетями NSX и программными хранилищами vSAN.
Citrix начинала с приложений терминального доступа (WinFrame) и завоевала популярность с Citrix XenDesktop благодаря функциональным возможностям продукта, поддерживающего несколько платформ виртуализации (гипервизоров Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V и VMware ESXi) и клиентской базе терминальных решений Citrix.
На рынке VDI известны также Microsoft, Parallels, Huawei и несколько других вендоров. Причем Microsoft активно продвигает решения своего партнера Citrix.
Крупные инсталляции VDI требовательны как к емкости и производительности системы хранения. При развертывании, запуске или обновлении виртуальных рабочих станций система хранения испытывает серьезную нагрузку. Решить эту проблему призваны современные флэш-массивы, обеспечивающие необходимые показатели производительности.
Набирающие популярность гиперконвергентные системы (HCI), которые позволяют совмещать вычислительные ресурсы и хранилище данных в едином решении. Кроме того, HCI обеспечивает горизонтальное масштабирование инфраструктуры VDI.
VDI с ее централизацией и унификацией ИТ-инфраструктуры, повышением безопасности хранения и обработки данных, характеризуется также относительно высокими по сравнению с физическими рабочими станциями капитальными затратами, необходимостью модернизации существующей ИТ-инфраструктуры.
Это одни из причин растущей популярности услуги предоставления доступа к виртуальным рабочим станциям на основе ежемесячной подписки (например, VMware Horizon Air и Amazon Workspaces). Представляют услуги виртуальных рабочих станций и ряд российских облачных провайдеров.
Виртуальная графическая станция — сервис доступа к виртуальной машине с ускорителем графики. Такой удаленный терминальный доступ очень удобен для специалистов, работающих с графическим программным обеспечением. Он подойдет для дизайнеров, художников-фрилансеров, сотрудников небольших студий.
Серверная платформа обычно строится на базе производительных видеокарт NVIDIA или AMD с быстрым хранилищем. В качестве платформы виртуализации используется Windows Server, подсистемы хранения — SSD (NVMe). В роли клиентов выступает ПО VMware, Microsoft или Citrix.
Взаимодействие ВМ и графических карт.
Технология NVIDIA GRID vGPU раскрывает потенциал ускорения графики NVIDIA в виртуализированных средах. Виртуальный графический процессор NVIDIA GRID vGPU обеспечивает высокую производительность графики в виртуальных рабочих станциях и использование аппаратного ускорения графического процессора несколькими виртуальными рабочими станциями без ущерба для качества графики. Команды графики каждой виртуальной машины передаются непосредственно на GPU без трансляции гипервизором.
Проброс графической карты ВМ.
Для коллективной работы или использования ресурсоемких приложений (SolidWorks, AutoCAD, 3DS Max, Revit, ArсhiCAD и др.) можно воспользоваться специальным режимом GPU Pass-through — пробросом карты (PCIe устройства) в виртуальный сервер. В этом случае ВМ напрямую получает полное вычислительное ядро видеокарты. Этот вариант заменяет несколько мощных рабочих станций.
В качестве клиентов можно использовать обычные ПК и даже тонких клиентов, но канал рекомендуется не уже 4 Мбит/с.
Для «проброса» видеокарты в виртуальный сервер необходимо включить режим passthrough для данного PCIe-устройства в конфигурации хоста и добавить PCI-устройство в конфигурацию ВМ. В тесте 3DMark «проброшенная» виртуальная карта показывает высокие результаты, фактически идентичные физически установленной графической плате.
Такая особенность технологий ускорения графики как возможность «пробрасывать» видеокарту напрямую в виртуальную машину не только положительно сказывается на качестве и скорости работы с графикой. Некоторые приложения просто не будут корректно функционировать, не имея полного доступа к графической карте.
Целевая аудитория VDI.
Использование технологий работы с графикой в среде VDI дает хорошие результаты. Благодаря режимам ускорения графики в платформах VDI графические приложения работают практически так же, как и на физических рабочих станциях — без задержек и торможения.
Важный аспект — безопасность. Любая физическая рабочая станция на рабочем месте потенциально небезопасна, так как содержит информацию, потеря которой может нанести серьезный урон компании.
Терминальный доступ решает эту проблему, поскольку у сотрудника просто отсутствует возможность выгрузить данные и унести с собой.
Другое весомое достоинство — эффективное использование ресурсов.
Приобретенная в условиях ограниченного бюджета дорогостоящая видеокарта NVIDIA большую часть времени будет использоваться не на 100%, да и обеспечить всех сотрудников мощными и дорогими рабочими местами не позволяет бюджет. Виртуализация — выход из этой ситуации.
Видеокарты могут использоваться совместно. Таким образом, можно обеспечить каждого сотрудника видеокартой высокого класса с минимальными вложениями и без простаивания мощностей.
Вместо большого пула графических рабочих станций используется несколько серверов с мощными видеокартами. К ним одновременно смогут подключаться сотрудники компании и использовать на конкурентной основе ресурсы CPU, RAM, SSD и GPU. При этом вся информация (файлы, проекты, сборки) не покидает пределов ЦОД.
В видеокартах от NVIDIA имеется несколько графических GPU, работающих независимо друг от друга. Гипервизор определяет эти GPU как отдельные PCI-устройства. В некоторых видеокартах установлен увеличенный объем видеопамяти, которая активно используется, например, в отрисовке моделей.
GPU имеет тысячи вычислительных ядер для эффективной параллельной обработки рабочих нагрузок, таких как приложения 3D-графики, обработка видео и рендеринг изображений. Виртуализация графического процессора позволяет разделить его мощности между несколькими виртуальными машинами — каждая получает свой vGPU.
Программное обеспечение NVIDIA vGPU и ускорители NVIDIA Tesla обеспечивает рабочие станции мощными графическими процессорами в центрах обработки данных. Приложения в результате работают так, как они должны работать.
ПО виртуализации преобразует физический графический процессор на сервере в множество vGPU, которые могут совместно использоваться несколькими виртуальными машинами.
В число предложений NVIDIA для виртуальных графических процессоров входят несколько продуктов для организации цифрового рабочего места: виртуальные ПК NVIDIA GRID (GRID vPC), виртуальные приложения NVIDIA GRID (GRID vApps) и рабочая станция виртуального центра обработки данных NVIDIA Quadro (Quadro vDWS) для дизайнеров, инженеров и архитекторов.
Комплекс технологий виртуализации графики от VMware-Citrix-Microsoft, которые можно сочетать между собой для оптимизации требуемых характеристик.
Виртуальная рабочая станция — бесценный инструмент для креаторов, создателей контента, специалистов дизайн-студий и маркетинговых агентств, а также для всех тех, для кого покупка мощной графической станции нерациональна или превышает возможности бюджета. Да и все прочие потенциальные пользователи могут получить выгоды сервисной модели (перевод CAPEX в OPEX).
Теоретически реализация VDI на предприятии с разветвленной сетью помогает снизить (со временем) операционные затраты. Хотя бы просто потому, что усилий, связанных с решением повседневных задач (каждому помочь восстановить систему, обновить, применить патч), от специалистов ИТ-отдела потребуется гораздо меньше. Но реализовать подобный проект будет недешево. Да, VDI является дорогой технологией, а иногда и не самой лучшей заменой классического рабочего места. Все зависит от конкретного случая, целей и наличия ресурсов.
К тому же успех проектов VDI, как правило, в значительной степени зависит от их правильной реализации, грамотного предварительного анализа на соответствие целей проекта реальным возможностям, так что без экспертизы тут не обойтись.
Опыт таких проектов показывает, что некоторые заказчики действительно довольны результатами, в то время как другие испытывают значительные трудности во внедрении и эксплуатации подобных решений.
Если говорить о VDI в целом, то ранее считалось, что виртуализация рабочих мест имеет смысл при числе пользователей более 500, потом — 200 (виртуализация рабочих станций – случай особый). Сегодня по стоимости внедрения технология VDI стала гораздо более доступной, Специалисты говорят о том, что экономически целесообразно внедрять подобные системы на предприятиях с количеством рабочих мест, превышающим 50.
Между тем, чтобы развернуть у себя на предприятии дата-центр и организовать его работу, необходимо будет потратиться на покупку оборудования, а также сертифицированного ПО. Может потребоваться подготовка ИТ-инфраструктуры к переменам, оптимизация софта под многопользовательскую среду, замена старого, несовместимого и проприетарного ПО на более стандартные решения.
Важную роль, особенно при виртуализации рабочих станций играют каналы связи между клиентами и инфраструктурой ЦОД — они должны быть с запасом пропускной способности и желательно резервируемыми. Особое внимание стоит уделить подключаемым периферийным устройствам и их совместимости в среде VDI.
Не редкость — проблемы с системами хранения данных, которые должны выдерживать большой поток информации. Также высокие требования предъявляются к квалификации специалистов, которым придется работать с новой системой.
Оптимальный вариант для VDI — компании с новой ИТ-инфраструктурой, большим числом однотипных пользователей с современным офисным ПО, отделы организаций с ограниченным набором задач, например call-центры, проекты по стандартизации рабочих станций для работы с различных устройств и из разных мест, при частом перемещении пользователей внутри и вне компании, а также особые требования к безопасности.
Компании с многолетней ИТ-инфраструктурой и огромным парком разнородного пользовательского ПО, которое по тем или иным причинам нельзя заменить или оптимизировать, — не лучший выбор для VDI, равно как и разнородность большинства пользователей, недостаточные каналы связи для комфортной работы с VDI. В таких случаях лучше сократить масштабы проекта или отложить проект VDI в целом.
Специфические случаи — когда VDI применяется для виртуализации мощных рабочих станций для обработки графики, для работы с тяжелыми файлами. Современные технологии виртуализации рабочих станций позволяют совместно вести работу не просто по типовым задачам, но и со специализированным ПО, запускать на ВМ файлы CAD, трехмерное моделирование, профессиональные графические редакторы. Появляются все новые поколение графических адаптеров NVIDIA, AMD, а в скором времени и Intel, вендоры VDI оптимизируют свое ПО. Поэтому производительность виртуальных станций практически не уступает физическим. Однако экономии подобные проекты обычно не дают.
Применение технологии VDI (в случае виртуализации рабочих станций) предполагает замену рабочей станция заменяется тонким клиентом. Вся нагрузка с рабочих станций переносится на несколько серверов. Рабочее окружение пользователя развертывается в виртуальной инфраструктуре, а рабочая станция пользователя будет представлять собой ВМ.
Цена вопроса по аппаратной части решения сводится к стоимости тонких клиентов (плюс монитор, клавиатура, мышь), виртуальной инфраструктуры (потребуется несколько серверов из расчета — один сервер на 2-3 десятка ВМ, в зависимости от ПО), потребуется отдельное дисковое хранилище. К этому добавляется стоимость программного обеспечения для виртуализации (например, VMware), лицензий Windows, лицензий клиентского доступа CAL, лицензий VDI-доступа, лицензий САПР или иного специального ПО.
В итоге классическая схема получается наиболее дешевой. А виртуализация рабочих станций фактически остается технологией дорогой. Вот почему имеет смысл обратиться к провайдеру VDI. Это не только перевод CAPEX в OPEX, но и серьезная экономия на ряде перечисленных статей. Так, согласно разным источникам, VDI позволяет до 70% сократить расходы на администрирование и на 97% — затраты на электроэнергию.
В частности, VDI «из облака» не только даст возможность отказаться от использования мощных рабочих станций и персональных компьютеров, но и значительно сократить штат сотрудников, осуществляющих техническую поддержку, перейдя на удаленное администрирование или ИТ-аутсорсинг.
Согласно разным источникам, VDI позволяет до 70% сократить расходы на администрирование и на 97% — затраты на электроэнергию.
Стоимость зависит от конфигурации и числа пользователей. Вот примерная сравнительная диаграмма в расчете на 50 сотрудников.
Сравнительная стоимость виртуальных и физических рабочих мест для 50 пользователей (по данным компании Efsol).
Виртуальные рабочие места — это централизация и защита пользовательских данных, возможность быстрого и бюджетного подключения новых пользователей, например, при расширении компании, исключение простоем в случае выхода из строя оборудования (можно сразу же возобновить работу на другом устройстве без потери данных. Можно интегрировать и стандартизировать бизнес-процессы в удаленных филиалах, стандартизировать и унифицировать рабочие места, повысить стабильность рабочих процессов. Главное — выбрать надежного провайдера с подходящими тарифными планами.
Что такое рабочая станция?
Первые рабочие станции появились еще в конце 60-ых и сегодня они широко применяются для работы с системами автоматизированного проектирования и конструирования, 2D- и 3D-графикой, для видеомонтажа и ресурсоемких вычислений. С появлением 64-разрядных версий операционных систем Microsoft Windows высокопроизводительные рабочие станции под UNIX с проприетарными программными средами уступили позиции системам с MS Windows. Многие вендоры в качестве альтернативы предлагают также Linux от Red Hat или SuSE.
Рабочие станции — полезный инструмент для проектировщиков и дизайнеров, финансовых аналитиков и исследователей, создателей контента и креаторов. Они поддерживают самые требовательные к ресурсам задачи и приложения, такие как рендеринг сложной графики, финансовый анализ, вычислительные задачи и редактирование видео и создание другого сложного цифрового контента.
При обработке геопространственных данных, построении трехмерных моделей местности и др. на стандартных ПК зачастую приходится сталкиваться с нехваткой памяти, задержками и «подвисаниями», в то время как рабочие станции демонстрируют высокую производительность и хорошо справляются с отображением данных.
Рабочая станция — не просто компьютер, это целый ряд механизмов, предназначенных для выполнения самых ресурсоемких задач, обеспечения бесперебойной работы и расширенной функциональности.
Отличительные черты современных рабочих станций — высокая скорость работы с данными, мощный процессор, большая емкость быстрой оперативной памяти, интегрированный высокопроизводительный сетевой контроллер, профессиональная графическая подсистема.
Области применения и виды рабочих станций
Оснащение рабочих станций обеспечивает высокую производительность при проектировании, реалистичную визуализацию каркасных и текстурированных трехмерных моделей, быстрое получение результатов научных расчетов, обработку видео высокого разрешения и создание различных видеоэффектов.
По классам решаемых задач рабочие станции можно условно разделить на несколько видов:
| Вид рабочей станции |
Область применения |
|---|---|
| Графические |
Графика и мультимедиа, в частности, компьютерная графика и обработка изображений, видео, звука, разработка компьютерных игр и цифрового контента. |
| Для инженерного или архитектурного проектирования |
Различные инженерные, архитектурные и иные САПР, ГИС, полевая работа и геодезия и т.д. |
| Для научно-технических задач |
Научные и инженерно-технические вычисления. |
| Для трейдинга |
Профессиональный биржевой и интернет-трейдинг. |
| Для промышленных задач |
Проектирование, оперативное управление и мониторинг, управление процессами. |
Каждый подкласс профессиональных рабочих станций может иметь присущие ему особенности и уникальные компоненты, существенно отличающиеся от массовых моделей ПК: большой размер/разрешение дисплея и/или несколько дисплеев (САПР, ГИС, биржевая торговля, интернет-трейдинг), мощную видеокарту (кино и видео, анимация, компьютерные игры), большую емкость/производительность подсистемы хранения данных (научные задачи, анимация), мобильное или защищенное исполнение (эксплуатация в полевых условиях или в цехах производственных предприятий) и пр.
Так модели, оснащенные графическими ускорителями NVIDIA, подходят для профессионалов, занимающихся 3D моделированием, инженерным анализом, нелинейным видеомонтажом (NLE), проектированием, а также для работников сферы финансов.
Профессиональные видеокарты Quadro RTX 6000 и Quadro RTX 5000, которые построены на базе отборочных графических процессоров на архитектуре Turing, отличает поддержка аппаратного ускорения трассировки лучей, которую обеспечивают специализированные RT-ядра.
Графические рабочие станции (самая обширная категория) подходят для дизайнеров, художников, фотографов, аниматоров, редакторов видео, проектировщиков, инженеров и всех тех, кто пользуется специализированными графическими пакетами. Они имеют высокую производительность при работе с графикой, видео и анимацией. Графические станции, как правило, используют новейшие графические процессоры NVIDIA или AMD.
Они нередко оснащаются несколькими мониторами, применяются для работы с 2D- и 3D-графикой (дизайн, проектирование и пр.), визуализации данных (медицина, аналитика больших данных), рендеринга, моделирования (CAD/CAM), создания видеостен, распознавания жестов, ГИС и др.
Графические рабочие станции широко применяются при моделировании для автомобильной отрасли, самолетостроении, нефтегазовой отрасли, производстве медиаконтента, обработке медицинских данных и визуализации результатов научных исследований.
| Область применения графической рабочей станции |
Описание |
Решаемые задачи |
Типовое программное обеспечение |
|---|---|---|---|
| САПР | Профессиональные рабочие станции для инженеров и конструкторов, которые работают с приложениями автоматизированного проектирования и конструирования (CAD/CAM/CAE). | Проектирование, конструирование, производство. | Autodesk AutoCAD, Autodesk Inventor, Altair HyperWorks, Siemens NX. |
| 3D-графика | Используются для работы в области 3D-анимации и моделирования, когда требуется быстрая интерактивная работа с графикой. При 3D-визуализации обеспечивают получение максимально быстрого результата рендеринга. | Моделирование, анимация, визуализация. | Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, Adobe After Effects CC, Maxon CINEMA 4D. |
| Видеомонтаж | Рабочие станции для видеомонтажа на базе профессиональных графических ускорителей NVIDIA QUADRO с поддержкой технологии CUDA в десятки раз ускоряют процесс обработки и конвертации видео высокой четкости Full HD и ULTRA HD 4K. | Редактирование видео, работа с видеоконтентом Full HD, Ultra HD 4K. | Adobe Premiere Pro CC, Avid Media Composer, Sony Vegas Pro, Grass Valley Edius. |
Рабочие станции САПР
Рабочие станции САПР — подкласс графических рабочих станций — позволяют создавать конструкторскую и/или технологическую документацию, геометрические модели (твердотельные, трехмерные, составные), а также чертежей изделия. Аппаратные ресурсы такой рабочей станции задействовать все функциональные возможности профессиональных САПР: CATIA, CREO, NX, Inventor, Компас, AutoCAD, Solid Works, SolidEdge, T-Flex CAD и других.
| Вид САПР |
Решаемые задачи |
|---|---|
| Машиностроительные |
Разработка широкого спектра изделий: от создания аэрокосмических систем до проектирования бытовой техники. |
| Изделия микроэлектроники |
Проектирование принципиальных и монтажных схем, печатных плат, автоматическое размещение элементов изделий, автотрассировка. |
| Электротехнические |
Разработка принципиальных схем и схем подключения электротехнического оборудования, его пространственная компоновка, ведение баз данных готовых изделий. |
| Архитектурные |
2D/3D проектирование архитектурно-строительных конструкций, расчет специальных конструкций типа крыш, типовые статические расчеты строительных конструкций, ведение баз данных стандартных элементов, планирование территорий под строительство. |
| Оборудование промышленных установок и сооружений |
Создание принципиальных схем установок, пространственная разводка трубопроводов и кабельных трасс, проектирование систем отопления, водоснабжения, канализации, электроснабжения, вентиляции и кондиционирования, ведение баз данных оборудования, трубопроводной арматуры, готовых электротехнических изделий. |
| Геоинформационные |
Оцифровка данных полевой съемки, анализ геодезических сетей, построение цифровой модели рельефа, создание в векторной форме карт и планов, ведение земельного и городского кадастров, ведение электронного картографического архива. |
Графические рабочие станции для систем автоматизации проектных работ (САПР) представляют широкий класс систем для задач CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing) и CAE (Computer Aided Engineering).
Современные рабочие станции САПР условно принято разделять на следующие группы:
| Рабочие станции САПР |
Области применения рабочих станций |
|---|---|
| Начального уровня |
2D-моделирование изделий, работа с малыми сборками в 3D; дизайн и архитектурное проектирование начального уровня. |
| Среднего уровня |
3D-моделирование деталей, работа с малыми и средними сборками; дизайн и архитектурное проектирование. |
| Рабочие станции старшего класса |
Высокопроизводительные вычисления с использованием специализированного ПО, инженерный анализ и имитационное моделирование; подготовка фотореалистичных изображений (рендеринг); обработка видео и наложение эффектов; работа со сверхбольшими сборками. |
Сегодня, когда облако становится таким же обычным элементом ИТ-инфраструктуры, как сервер или рабочая станция, завоевывают популярность сервисы класса «виртуальная графическая станция», которые решают важную задачу использования графических мощностей из облака, что казалось невозможным всего несколько лет назад.
Виртуальная графическая станция — время пришло
Ранее работа с ресурсоемкими приложениями возлагалась на мощные компьютеры и рабочие станции с большим набором прикладных программ. Минусы вышеперечисленных решений — высокая стоимость владения, необходимость регулярных вложений в апгрейд и ограничение мобильности пользователя.
Выход — виртуальные графические станции, размещенные в высокопроизводительной облачной среде. Эта технология не только обеспечивает доступ к практически неограниченным объемам вычислительных ресурсов в облаке, но и позволяет работать одновременно с несколькими ресурсоемкими приложениями онлайн. И все это — без привязки к стационарному рабочему месту.
Технология VDI (Virtual Desktop Infrastructure) позволяет создавать виртуальную ИТ-инфраструктуру и разворачивать рабочие места на базе серверных систем, где работает множество виртуальных машин. По сути, для пользователей это выглядит как привычное рабочее место на ПК с необходимыми приложениями.
VDI дает возможность создавать полноценные рабочие места пользователей, функционально идентичные рабочим станциям классической архитектуры. Инфраструктура VDI предполагает размещение виртуальных рабочих мест и других пользовательских ресурсов в серверной инфраструктуре (в корпоративном ЦОД или в облаке провайдера) и обеспечение доступа к ним из внутренней сети компании и/или через интернет.
В результате, вместо того, чтобы снабжать пользователей с «тяжелыми» графическими приложениями мощными рабочими станциями, можно воспользоваться более современным решением и развернуть инфраструктуру VDI. Они получат в свое распоряжение виртуальную графическую рабочую станция — сервис доступа к виртуальной машине с ускорителем графики.
По сути, это удаленный терминальный доступ к виртуальной машине с мощной графической подсистемой. Компания может сэкономить, работая с удаленными сотрудниками из регионов или других стран, собирать виртуальные коллективы.
Предоставление полного вычислительного ядра видеокарты виртуальной машине позволяет использовать на виртуальной рабочей станции такие высоконагруженные приложения как AVEVA, SolidWorks, AutoCAD, SketchUP, 3DS Max, Revit, ArсhiCAD и др. Более того, подобная конфигурация заменяет несколько мощных рабочих станций.
Задача карты AMD Radeon Pro V340 — надежная работа графики во всех системах, от облачных решений до практически любого устройства. Аппаратное решение для виртуализации графических процессоров (AMD MxGPU) создано на базе стандартной технологии виртуализации устройств SR-IOV (Single-Root I/O Virtualization), которое позволяет удаленно работать виртуализированным пользователям (их количество может достигать 16 на каждом физическом графическом процессоре).
Такая платформа нередко строится на базе производительных видеокарт NVIDIA или GPU от AMD с быстрым хранилищем. В качестве платформы виртуализации часто используется Windows Server. Для повышения производительности дисковой системы обычно применяются флэш-накопители (SSD).
Преимущества VDI
Виртуальная графическая станция может включаться в действующую ИТ-инфраструктуру компании. Все проекты могут сохраняться в корпоративной сети или в облачных хранилищах, к которым обеспечивается доступ из любой точки с интернетом.
Инфраструктура VDI дает более высокий уровень защиты при передаче и хранения важной информации, централизованное управление ИТ-инфраструктурой рабочих мест и предоставление сотрудникам ИТ-сервисов. При этом стоимость внедрения VDI оказывается сопоставимой с заменой парка ПК.
В архитектуре VDI все данные хранятся на сервере в ЦОД. Такое решение значительно повышает уровень информационной безопасности, обеспечивает гораздо более эффективное по сравнению с полнофункциональными физическими рабочими станциями использование вычислительных ресурсов и предоставляет удобные инструменты централизованного администрирования рабочих станций.
Одно из преимуществ VDI состоит в том, что при необходимости создается рабочее место пользователя любой доступной производительности, а когда в нем отпадет необходимость — удаляется. Таким образом, при наличии современных интернет-каналов можно выделить значительные вычислительные мощности удаленным пользователям.
Кстати, как показывает тестирование, скорости мобильной сети 3G 17 Мбит/с (2,12 МБайт/с) явно недостаточно — работать некомфортно, не говоря уже о видео HD, которое VMware Verizon на таком канале просто «не тянет».
В целом VDI дает следующие основные преимущества:
- возможность динамического и оперативного управления вычислительными ресурсами;
- унификация парка ПО и АРМ;
- централизованное администрирование ПО и АРМ;
- значительное сокращение количества инцидентов информационной безопасности;
- сокращение сроков предоставления новых АРМ;
- повышение безопасности хранения и обработки данных;
- сокращение издержек при поддержке удаленных офисов.
Основной драйвер внедрения VDI — это безопасность и сохранность данных, централизация управления и администрирования. Развертывается система VDI обычно достаточно крупными компаниями.
Использовать виртуальные графические станции можно в тех случаях, когда требуется:
- Выделить графические мощности под краткосрочный проект.
- Быстро расширить текущую инфраструктуру без длительной процедуры закупки новых графических станций.
- Привлечь удаленных сотрудников или фрилансеров к работе над проектом.
- Перенести часть рабочих мест в облако (например, если устарело существующее оборудование, а обновлять его не позволяет бюджет).
- Получить экономию, в том числе на программных лицензиях.
- Обеспечить защиту доступа и результатов работы (можно воспользоваться опциями VPN, антивирусной защиты, резервного копирования).
Их также удобно применять для обучения, тестирования, организации временной работы.
Из истории VDI
Технология VDI зародилась на стыке трех направлений: терминального доступа, удаленной работы с графическими станциями и серверной виртуализации.
Стандартная инфраструктура VDI может быть трех типов:
- Терминальные сессии (Terminal Session), стриминг приложений.
- Рабочие столы по модели массового обслуживания (Pooled Desktop).
- Персональные рабочие столы (Personal Desktop).
В отличие от терминальных ферм, в последнем случае пользователи VDI получают в свое распоряжение персональную виртуальную машину с установленной ОС и приложениями, а виртуализация обеспечивает изоляцию пользователей и разделение ресурсов: пользователю доступны только те вычислительные ресурсы, которые выделены его виртуальной машине.
Инфраструктура виртуальных рабочих станций (VDI) — это способ доступа к рабочим станциям, работающим удаленно в ЦОД.
Основными потребителями решений VDI сегодня считаются финансовый и банковский сектор, ритейл, здравоохранение и страхование, однако связи с развитием технологий ускорения обработки и передачи изображения, решениями VDI стали интересоваться компании из отрасли машиностроения.
Эволюцию VDI можно разбить на несколько ключевых этапов:
VDI 1.0
Этот ранний этап — базовый подход к VDI, еще не получивший широкого распространения на предприятиях, которые только начинали знакомиться с решением и в основном применяли VDI для некритичных для бизнеса приложений. Использовалась данная технология главным образом для приложений центра обработки вызовов. Конфигурации VDI были достаточно ограниченными, и при запуске виртуальных машин в центре обработки данных не потреблялось много ресурсов (вычислительных, ресурсов хранения и сетевых).
При таком развертывании не предъявлялись высокие требования к производительности ввода-вывода хранилища, пропускной способности или задержке в сети. Традиционные диски (HDD) вполне удовлетворяли потребности пользователя.
VDI 1.0 — это первая попытка применить прорывную технологию виртуализации к ПК, однако выигрыша по стоимости она практически не давала.
VDI 2.0
Это нынешнее поколение VDI, которое появилось около 2-3 лет назад. Данный этап, скорее всего, продлится еще несколько лет. VDI 2.0 — также базовый вариант VDI, но уже следующего поколения.
Поскольку предприятия успели оценить преимущества VDI 1.0 в плане безопасности, доступности, гибкости и управляемости по сравнению с физическими рабочими станциями, внедрение VDI стало получать более широкое распространение, и есть все основания полагать, что эта тенденция будет продолжаться.
С ростом популярности VDI появились новые сценарии использования данной технологии, она стала применяться во многих приложениях. Однако это создало проблемы на уровне инфраструктуры, такие как «шторм загрузок» (boot storm), применение патчей, быстрое развертывание. «Потяжелели» конфигурации виртуальных рабочих станций.
Требования к производительности ввода-вывода подсистемы хранения составляли тысячи IOPS, и HDD с ними уже не справлялись. Были попытки оптимизировать производительность среды хранения с помощью SAN из сотен магнитных носителей, но такие решения показали себя как не эффективные ни технически, ни экономически, а задачи VDI требовали ввода-вывода разных типов. Для устранения данных проблем применяют флэш-массивы, но это увеличивает стоимость решения.
В новых архитектурах применяются гиперконвергентные системы (объединяющие хранилище, сетевые компоненты и вычисления) на основе флэш-памяти, позволяющей удовлетворить потребности в производительности системы хранения. Некоторые решения используют SSD для кэширования данных, в то время как в других решениях, например, в VMware All Flash Virtual SAN, весь стек хранения данных разработан с использованием различных типов флэш-памяти.
В настоящее время предприятия применяют полностью или частично построенные на флэш-памяти решения, используя гиперконвергентный подход. Эта тенденция продолжается и в VDI 3.0.
VDI 3.0
В VDI 2.0 расширилась область применения данной инфраструктуры, снизилась средняя стоимость виртуальной рабочей станции. Начался новый этап. С распространением VDI данный подход стали опробовать в сфере виртуализации высокопроизводительных рабочих станций.
У VDI 2.0 и VDI 3.0 много общего. Флэш-память играет ключевую роль в развитии технологии. С более активным применением в VDI 3.0 требовательных графических приложений еще более важной стала подсистема хранения.
Расширились возможности применения высокопроизводительных рабочих станций, таких как рабочие станции для инженерных расчетов или систем проектирования (САПР). Несколько лет назад виртуализировать рабочие станции с подобными требованиями было просто немыслимо. Однако сегодня это становится реальностью благодаря флэш-памяти и графическим ускорителям.
При этом VDI 3.0 обещает приемлемую производительность и конкурентоспособные затраты даже для самых сложных вариантов использования виртуальных рабочих станций.
Рынок VDI
Рынку VDI немногим более 10 лет. Его традиционные лидеры — Citrix и VMware. VMware создала сильный набор решений для виртуализации рабочих станций благодаря развитию собственных продуктов и активному поглощению других компаний. Ее решения VDI интегрированы с платформой виртуализации vSphere, системой мониторинга vRealize Operations Manager, ПО управления программно-конфигурируемыми сетями NSX и программными хранилищами vSAN.
Citrix начинала с приложений терминального доступа (WinFrame) и завоевала популярность с Citrix XenDesktop благодаря функциональным возможностям продукта, поддерживающего несколько платформ виртуализации (гипервизоров Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V и VMware ESXi) и клиентской базе терминальных решений Citrix.
На рынке VDI известны также Microsoft, Parallels, Huawei и несколько других вендоров. Причем Microsoft активно продвигает решения своего партнера Citrix.
Крупные инсталляции VDI требовательны как к емкости и производительности системы хранения. При развертывании, запуске или обновлении виртуальных рабочих станций система хранения испытывает серьезную нагрузку. Решить эту проблему призваны современные флэш-массивы, обеспечивающие необходимые показатели производительности.
Набирающие популярность гиперконвергентные системы (HCI), которые позволяют совмещать вычислительные ресурсы и хранилище данных в едином решении. Кроме того, HCI обеспечивает горизонтальное масштабирование инфраструктуры VDI.
VDI с ее централизацией и унификацией ИТ-инфраструктуры, повышением безопасности хранения и обработки данных, характеризуется также относительно высокими по сравнению с физическими рабочими станциями капитальными затратами, необходимостью модернизации существующей ИТ-инфраструктуры.
Это одни из причин растущей популярности услуги предоставления доступа к виртуальным рабочим станциям на основе ежемесячной подписки (например, VMware Horizon Air и Amazon Workspaces). Представляют услуги виртуальных рабочих станций и ряд российских облачных провайдеров.
Виртуальная графическая станция и ее особенности
Виртуальная графическая станция — сервис доступа к виртуальной машине с ускорителем графики. Такой удаленный терминальный доступ очень удобен для специалистов, работающих с графическим программным обеспечением. Он подойдет для дизайнеров, художников-фрилансеров, сотрудников небольших студий.
Серверная платформа обычно строится на базе производительных видеокарт NVIDIA или AMD с быстрым хранилищем. В качестве платформы виртуализации используется Windows Server, подсистемы хранения — SSD (NVMe). В роли клиентов выступает ПО VMware, Microsoft или Citrix.
Взаимодействие ВМ и графических карт.
Технология NVIDIA GRID vGPU раскрывает потенциал ускорения графики NVIDIA в виртуализированных средах. Виртуальный графический процессор NVIDIA GRID vGPU обеспечивает высокую производительность графики в виртуальных рабочих станциях и использование аппаратного ускорения графического процессора несколькими виртуальными рабочими станциями без ущерба для качества графики. Команды графики каждой виртуальной машины передаются непосредственно на GPU без трансляции гипервизором.
Проброс графической карты ВМ.
Для коллективной работы или использования ресурсоемких приложений (SolidWorks, AutoCAD, 3DS Max, Revit, ArсhiCAD и др.) можно воспользоваться специальным режимом GPU Pass-through — пробросом карты (PCIe устройства) в виртуальный сервер. В этом случае ВМ напрямую получает полное вычислительное ядро видеокарты. Этот вариант заменяет несколько мощных рабочих станций.
В качестве клиентов можно использовать обычные ПК и даже тонких клиентов, но канал рекомендуется не уже 4 Мбит/с.
Для «проброса» видеокарты в виртуальный сервер необходимо включить режим passthrough для данного PCIe-устройства в конфигурации хоста и добавить PCI-устройство в конфигурацию ВМ. В тесте 3DMark «проброшенная» виртуальная карта показывает высокие результаты, фактически идентичные физически установленной графической плате.
Такая особенность технологий ускорения графики как возможность «пробрасывать» видеокарту напрямую в виртуальную машину не только положительно сказывается на качестве и скорости работы с графикой. Некоторые приложения просто не будут корректно функционировать, не имея полного доступа к графической карте.
Целевая аудитория VDI.
Использование технологий работы с графикой в среде VDI дает хорошие результаты. Благодаря режимам ускорения графики в платформах VDI графические приложения работают практически так же, как и на физических рабочих станциях — без задержек и торможения.
Важный аспект — безопасность. Любая физическая рабочая станция на рабочем месте потенциально небезопасна, так как содержит информацию, потеря которой может нанести серьезный урон компании.
Терминальный доступ решает эту проблему, поскольку у сотрудника просто отсутствует возможность выгрузить данные и унести с собой.
Другое весомое достоинство — эффективное использование ресурсов.
Приобретенная в условиях ограниченного бюджета дорогостоящая видеокарта NVIDIA большую часть времени будет использоваться не на 100%, да и обеспечить всех сотрудников мощными и дорогими рабочими местами не позволяет бюджет. Виртуализация — выход из этой ситуации.
Видеокарты могут использоваться совместно. Таким образом, можно обеспечить каждого сотрудника видеокартой высокого класса с минимальными вложениями и без простаивания мощностей.
Вместо большого пула графических рабочих станций используется несколько серверов с мощными видеокартами. К ним одновременно смогут подключаться сотрудники компании и использовать на конкурентной основе ресурсы CPU, RAM, SSD и GPU. При этом вся информация (файлы, проекты, сборки) не покидает пределов ЦОД.
В видеокартах от NVIDIA имеется несколько графических GPU, работающих независимо друг от друга. Гипервизор определяет эти GPU как отдельные PCI-устройства. В некоторых видеокартах установлен увеличенный объем видеопамяти, которая активно используется, например, в отрисовке моделей.GPU имеет тысячи вычислительных ядер для эффективной параллельной обработки рабочих нагрузок, таких как приложения 3D-графики, обработка видео и рендеринг изображений. Виртуализация графического процессора позволяет разделить его мощности между несколькими виртуальными машинами — каждая получает свой vGPU.
Программное обеспечение NVIDIA vGPU и ускорители NVIDIA Tesla обеспечивает рабочие станции мощными графическими процессорами в центрах обработки данных. Приложения в результате работают так, как они должны работать.
ПО виртуализации преобразует физический графический процессор на сервере в множество vGPU, которые могут совместно использоваться несколькими виртуальными машинами.
В число предложений NVIDIA для виртуальных графических процессоров входят несколько продуктов для организации цифрового рабочего места: виртуальные ПК NVIDIA GRID (GRID vPC), виртуальные приложения NVIDIA GRID (GRID vApps) и рабочая станция виртуального центра обработки данных NVIDIA Quadro (Quadro vDWS) для дизайнеров, инженеров и архитекторов. Комплекс технологий виртуализации графики от VMware-Citrix-Microsoft, которые можно сочетать между собой для оптимизации требуемых характеристик.
Кому нужен VDI?
Виртуальная рабочая станция — бесценный инструмент для креаторов, создателей контента, специалистов дизайн-студий и маркетинговых агентств, а также для всех тех, для кого покупка мощной графической станции нерациональна или превышает возможности бюджета. Да и все прочие потенциальные пользователи могут получить выгоды сервисной модели (перевод CAPEX в OPEX).
Теоретически реализация VDI на предприятии с разветвленной сетью помогает снизить (со временем) операционные затраты. Хотя бы просто потому, что усилий, связанных с решением повседневных задач (каждому помочь восстановить систему, обновить, применить патч), от специалистов ИТ-отдела потребуется гораздо меньше. Но реализовать подобный проект будет недешево. Да, VDI является дорогой технологией, а иногда и не самой лучшей заменой классического рабочего места. Все зависит от конкретного случая, целей и наличия ресурсов.
К тому же успех проектов VDI, как правило, в значительной степени зависит от их правильной реализации, грамотного предварительного анализа на соответствие целей проекта реальным возможностям, так что без экспертизы тут не обойтись.
Опыт таких проектов показывает, что некоторые заказчики действительно довольны результатами, в то время как другие испытывают значительные трудности во внедрении и эксплуатации подобных решений.
Если говорить о VDI в целом, то ранее считалось, что виртуализация рабочих мест имеет смысл при числе пользователей более 500, потом — 200 (виртуализация рабочих станций – случай особый). Сегодня по стоимости внедрения технология VDI стала гораздо более доступной, Специалисты говорят о том, что экономически целесообразно внедрять подобные системы на предприятиях с количеством рабочих мест, превышающим 50.
Между тем, чтобы развернуть у себя на предприятии дата-центр и организовать его работу, необходимо будет потратиться на покупку оборудования, а также сертифицированного ПО. Может потребоваться подготовка ИТ-инфраструктуры к переменам, оптимизация софта под многопользовательскую среду, замена старого, несовместимого и проприетарного ПО на более стандартные решения.
Важную роль, особенно при виртуализации рабочих станций играют каналы связи между клиентами и инфраструктурой ЦОД — они должны быть с запасом пропускной способности и желательно резервируемыми. Особое внимание стоит уделить подключаемым периферийным устройствам и их совместимости в среде VDI.
Не редкость — проблемы с системами хранения данных, которые должны выдерживать большой поток информации. Также высокие требования предъявляются к квалификации специалистов, которым придется работать с новой системой.
Оптимальный вариант для VDI — компании с новой ИТ-инфраструктурой, большим числом однотипных пользователей с современным офисным ПО, отделы организаций с ограниченным набором задач, например call-центры, проекты по стандартизации рабочих станций для работы с различных устройств и из разных мест, при частом перемещении пользователей внутри и вне компании, а также особые требования к безопасности.
Компании с многолетней ИТ-инфраструктурой и огромным парком разнородного пользовательского ПО, которое по тем или иным причинам нельзя заменить или оптимизировать, — не лучший выбор для VDI, равно как и разнородность большинства пользователей, недостаточные каналы связи для комфортной работы с VDI. В таких случаях лучше сократить масштабы проекта или отложить проект VDI в целом.
Специфические случаи — когда VDI применяется для виртуализации мощных рабочих станций для обработки графики, для работы с тяжелыми файлами. Современные технологии виртуализации рабочих станций позволяют совместно вести работу не просто по типовым задачам, но и со специализированным ПО, запускать на ВМ файлы CAD, трехмерное моделирование, профессиональные графические редакторы. Появляются все новые поколение графических адаптеров NVIDIA, AMD, а в скором времени и Intel, вендоры VDI оптимизируют свое ПО. Поэтому производительность виртуальных станций практически не уступает физическим. Однако экономии подобные проекты обычно не дают.
Применение технологии VDI (в случае виртуализации рабочих станций) предполагает замену рабочей станция заменяется тонким клиентом. Вся нагрузка с рабочих станций переносится на несколько серверов. Рабочее окружение пользователя развертывается в виртуальной инфраструктуре, а рабочая станция пользователя будет представлять собой ВМ.
Цена вопроса по аппаратной части решения сводится к стоимости тонких клиентов (плюс монитор, клавиатура, мышь), виртуальной инфраструктуры (потребуется несколько серверов из расчета — один сервер на 2-3 десятка ВМ, в зависимости от ПО), потребуется отдельное дисковое хранилище. К этому добавляется стоимость программного обеспечения для виртуализации (например, VMware), лицензий Windows, лицензий клиентского доступа CAL, лицензий VDI-доступа, лицензий САПР или иного специального ПО.
В итоге классическая схема получается наиболее дешевой. А виртуализация рабочих станций фактически остается технологией дорогой. Вот почему имеет смысл обратиться к провайдеру VDI. Это не только перевод CAPEX в OPEX, но и серьезная экономия на ряде перечисленных статей. Так, согласно разным источникам, VDI позволяет до 70% сократить расходы на администрирование и на 97% — затраты на электроэнергию.
В частности, VDI «из облака» не только даст возможность отказаться от использования мощных рабочих станций и персональных компьютеров, но и значительно сократить штат сотрудников, осуществляющих техническую поддержку, перейдя на удаленное администрирование или ИТ-аутсорсинг.
Согласно разным источникам, VDI позволяет до 70% сократить расходы на администрирование и на 97% — затраты на электроэнергию.
Стоимость зависит от конфигурации и числа пользователей. Вот примерная сравнительная диаграмма в расчете на 50 сотрудников.
Сравнительная стоимость виртуальных и физических рабочих мест для 50 пользователей (по данным компании Efsol).
Опыт IBS DataFortКак облачный провайдер, предоставляющий услугу vGPU, мы в IBS DataFort выделяем несколько этапов на пути к формированию своего сервиса. Изначально инфраструктура компании построена на базе блейд-серверов Cisco UCS и HPE. Первые эксперименты с GPU мы предприняли в конце 2017 года, когда приобрели блейд-сервер HPE WS460c Gen9 со слотом расширения под карты NVIDIA Tesla M6. По факту проведенных внутренних нагрузочных тестирований и нескольких демо с потенциальными клиентами, производительность карты не удовлетворяла заданным требованиям. К тому же решение явно было экономически невыгодным: оно не позволяло организовать высокую плотность GPU-карт на сервере, плюс, слот расширения под них занимал дополнительный слот в шасси. Среди задач, в рамках которых проводили тест, отметим перекодировку видео для одного из федеральных каналов, а также оцифровку и объединение кадров аэросъемки для картографов. Второй этап относится уже к середине 2018 года, когда мы провели масштабное исследование существующих технологий и железа. Сперва проанализировали серверные карты GPU; абсолютным лидером на этом рынке, конечно, является NVIDIA, но из-за специфической лицензионной политики предоставление сервиса VDI GPU на их картах выглядело слишком затратным и недостаточно привлекательным для рынка. Поэтому также мы тестировали и прорабатывали вариант организации сервиса на картах AMD FirePro S7150x2. В качестве таргетных карт NVIDIA по результатам общения с вендором и изучения документации были выбраны М10, Р40 и V100. После определения таргетных карт мы обозначили для себя целевую аудиторию сервиса: проектировщики, дизайнеры, сотрудники медиа; и соответствующий список ПО, которым они пользуются. Затем провели различные тестирования на основе различных бенчмарков, где сравнили показатели всех карт при различных вариациях профиля vGPU на картах (от 1G до 8/16G vGPU на ВМ). Стоял выбор, каким способом доставлять клиенту сервис, и здесь мы остановились на решении vmware Horizon, MS VDI и Teamviewer. По результатам тестов выяснилось, что MS VDI, как мы и ожидали, не способно «потянуть» услугу и оперативно доставлять картинку в силу ограничений RDP-протокола. Из оставшихся вариантов — Teamviewer и Horizon — оба, как ни странно, выдавали практически идентичные показатели по бенчмаркам. Но благодаря дополнительным возможностям Horizon, наличию уже подписанного сервисного договора vmware и распространенности данного решения в инфраструктуре самих заказчиков, остановились именно на Horizon. С точки зрения карт оказалось удивительным, что модели AMD, при идентичных настройках профиля и пр., по большинству показателей немного превосходили аналогичные карты NVIDIA. Но опять же, благодаря распространенности карт NVIDIA на рынке и у заказчиков, логичнее предоставлять сервис именно на них. Также немаловажную роль играло то, что большинство приложений имеет интеграцию с CUDA-библиотеками, и их наличие являлось одним из требований для большинства кейсов. По результатам всех тестов, на конец 2018 года рабочим вариантом стала связка vmware Horizon + карты NVIDIA M10 и Р40. Карты V100 мы решили не задействовать, т.к. они больше применимы для big data и data science — областей, в которых у нас пока немного запросов.  В IBS DataFort провели тестирование и распределение ПО с разбивкой по картам. В плане остального железа выбор пал на исключительно rack-сервера Cisco UCS (почему не блейды, см. выше), которые дают возможность установить от двух до шести карт NVIDIA в один корпус. Это позволяет организовать VDI с высокой плотностью рабочих мест на сервере, но при этом накладывает свои ограничения и требования по ЭП и тепловыделению для ЦОД, где все это установлено. На этом моменте мы финализировали формирование сервиса и выпустили его на рынок. Сейчас мы находимся в поиске ниши, где IBS DataFort предельно эффективно задействует карту NVIDIA T4, выпущенную в конце 2018 — начале 2019. Эта карта максимально оптимизирована с точки зрения потребления питания, тепловыделения и места, которое она занимает в сервере (одно посадочное место PCI вместо двух, как у М10 и Р40). Новинка способна решить вопросы с ЭП и относительно небольшой плотностью карт на один сервер (возникают при использовании тех же M10 и Р40). Таким образом, для IBS DataFort работа с T4 — возможность оформить более привлекательное с точки зрения цены и производительности решение, чем мы предлагали рынку ранее. |
Вместо вывода
Виртуальные рабочие места — это централизация и защита пользовательских данных, возможность быстрого и бюджетного подключения новых пользователей, например, при расширении компании, исключение простоем в случае выхода из строя оборудования (можно сразу же возобновить работу на другом устройстве без потери данных. Можно интегрировать и стандартизировать бизнес-процессы в удаленных филиалах, стандартизировать и унифицировать рабочие места, повысить стабильность рабочих процессов. Главное — выбрать надежного провайдера с подходящими тарифными планами.
