60%到80%！麒麟軟件虛擬GPU方案進一步提升3D渲染性能

隨著云桌面技術的發展和廣泛應用，用戶在云桌面進行圖像處理、平面設計、3D建模以及游戲等場景需求增多，這對云桌面的圖像渲染能力提出了越來越高的要求。在2022年5月，麒麟軟件基于開源virtio-gpu半虛擬化顯卡技術和api轉發方案，開發了自己的虛擬GPU方案V1.0。該方案對virtio-gpu虛擬顯卡進行了深度優化，在有后端GPU支持的情況下，可將virtio-gpu的渲染性能提升到后端GPU性能的60%（采用glmark2渲染基準測試）。

然而，與GPU硬件虛擬化方案相比，麒麟軟件虛擬GPU方案V1.0的渲染轉發過程開銷仍比較大，后端物理GPU沒能得到充分利用，損失近40%的渲染性能。針對該問題，對虛擬GPU方案進一步升級優化，推出麒麟軟件虛擬GPU方案V2.0，使得渲染過程中的性能損耗降低到兩成以內，3D綜合渲染性能可以達到后端GPU性能的八成以上。

麒麟軟件虛擬GPU方案V2.0版技術框圖

GPU方案V2.0采用新技術框架，使用vhost-user-gpu虛擬顯卡（基于vhost-user技術實現）替換了V1.0方案采用的virtio-gpu虛擬顯卡。vhost-user-gpu虛擬顯卡無需經由宿主機內核kvm模塊和用戶態切換，可以通過共享內存直接與虛擬機進行數據面通信，減少了大量的用戶態（vm exit 和 vm entry）切換開銷，V1.0版本額外開銷更小，性能更好。

此外，GPU方案V2.0，還突破了渲染命令執行實時監聽技術與快速命令反饋技術，在渲染命令執行過程中，實現實時監聽，提升命令執行監聽精確度，減少物理GPU的空閑等待；在命令執行完畢前，預先準備好反饋數據，提升反饋速度和減少反饋時間開銷。實現了由完整桌面刷新改為動態區域刷新，即只刷新桌面顯示數據有變化的區域，降低云桌面刷新時，讀取物理GPU中未變化圖像數據所造成的額外開銷。

為驗證方案效果，基于Intel集顯、AMD RX550以及Nvidia RTX2060三種不同廠商的顯卡，以及glmark2和gputest兩種不同的基準測試程序對vhost-user-gpu的3d渲染性能進行了測試，結果如下：

在glmark2基準測試下，vhost-user-gpu在分別以三種不同類型的GPU作為后端渲染加速GPU的情況下，測試得分均達到甚至超過物理GPU的原始測試得分的80%。

glmark2基準測試性能測試數據

在gputest基準測試下，對比vhost-user-gpu與物理GPU在7個不同測試場景下的得分，結果顯示，在大多數情況下，優化后的vhost-user-gpu的性能同樣可以達到物理GPU原始性能的80%以上。

GPUTEST基準測試性能數據表

此外，麒麟軟件虛擬化GPU方案V2.0還進行了廣泛的架構適配和顯卡適配，在商用x86、arm架構下，采用主流顯卡廠商GPU作為后端GPU時，該方案均能正常運行，進一步提升了麒麟軟件虛擬GPU方案的商業競爭力。未來，麒麟軟件在創新之路上再接再厲，打造好用、易用的操作系統產品，為用戶帶來更好的使用體驗，助力我國數字經濟建設。