18.11.2021 – Podcast

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GPU-Virtualisierung mit Nvidia: Voraussetzungen, Einsatz & Vorteile

GPU-Virtualisierung

Unsere Redakteurin Carolina Heyder hat mit dem Produktmanager Professional Solutions Frank Scheufens und dem Regional Marketing Manager Central Europe Manfred Pieper des Hardware-Herstellers PNY Technologies über die GPU-Virtualisierung mit Nvidia gesprochen.

Ziel der GPU-Virtualisierung ist es, relevante Einsparungen bei Hardware-Ausgaben zu erreichen. Durch die Erstellung einer virtuellen Geräteversion in einem Computersystem kann die Effizienz von Hardware-Ressourcen gesteigert, anfallende Kosten dagegen minimiert werden. Unsere Redakteurin Carolina Heyder hat mit dem Produktmanager Professional Solutions Frank Scheufens und dem Regional Marketing Manager Central Europe Manfred Pieper des Hardware-Herstellers PNY Technologies über die GPU-Virtualisierung mit Nvidia – einer der größten Entwickler von Grafikprozessoren und Chipsätzen – gesprochen. 

Carolina Heyder

Herr Pieper, um in das Thema einzusteigen, würde ich gerne von Ihnen wissen, welche Verbindung zwischen PNY und Nvidia besteht. 

Manfred Pieper

Unsere Partnerschaft mit Nvidia besteht seit mittlerweile über 20 Jahren – damals noch unter den Namen Quadro und Tesla. Wir können auf eine sehr enge und erfolgreiche Partnerschaft zurückblicken, die nach wie vor besteht und uns viele Vorteile verschafft. Neben einem eigenen Produktmanagement, das wir mit Herrn Scheufens haben, verfügen wir auch über ein Vertriebsteam, das durch Nvidia geschult wird. Dadurch können wir unseren Kunden einen ausgereiften Pre- und Aftersales sowie einen sehr guten technischen Support bieten. Das ist nicht nur für unsere Kunden, sondern auch für unsere Partner sehr interessant. 

Carolina Heyder

Also arbeiten Sie Hand in Hand?

Manfred Pieper

Richtig, wir verfolgen auch gemeinsame Projekte. Wenn Hilfe benötigt wird, haben unsere Partner von Nvidia immer ein offenes Ohr für uns. 

Dank GPU-Virtualisierung: 90% mehr Leistung

Carolina Heyder

Das klingt spannend. Unsere heutiges Thema ist die GPU-Virtualisierung mit Nvidia. Herr Scheufens, was genau kann man sich unter Virtualisierung vorstellen und welche Vorteile ergeben sich dadurch?

Frank Scheufens

Wenn Sie sich ein System oder eine Workstation am Arbeitsplatz anschauen, erkennen Sie, dass die tatsächliche Auslastung der Hardware meistens bei unter zehn Prozent liegt. Das ist vor allem bei Office-Systemen wie Windows der Fall. Folglich bedeutet das, dass 90 Prozent der Hardware am Arbeitsplatz nicht genutzt wird. Mit der GPU-Virtualisierung soll der Zugriff auf diese verfügbaren 90 Prozent ermöglicht werden. Dafür gibt es spezielle Betriebssysteme – sogenannte Hypervisoren – die das Aufteilen der entsprechenden Hardware (CPU, den Speicher oder Festplatten), die zur Erstellung eines virtuellen Systems benötigt wird, ermöglichen. Auf unser Beispiel mit den zehn Prozent Auslastung angewandt, könnten wir entsprechend zehn virtuelle Systeme erstellen. Damit erreichen wir, dass nicht nur eine Person, sondern zehn Menschen auf der gleichen Hardware arbeiten können. 

Carolina Heyder
Das klingt kompliziert, ist es in der Praxis denn auch so?

Frank Scheufens

Wenn man den Prozess einmal verstanden hat, ist es nicht mehr kompliziert.

Carolina Heyder

Und da kommen Sie wahrscheinlich ins Spiel?

Frank Scheufens

Ja, im Prinzip schon. Wir arbeiten natürlich auch hier mit vielen Partnern zusammen, die die Installation der virtuellen Systeme übernehmen können.

Die Vorteile einer GPU-Virtualisierung

Carolina Heyder

Aber was kann ich mir noch genauer unter GPU-Virtualisierung vorstellen und welche zusätzlichen Vorteile bietet sie?

Manfred Pieper
Da kann ich weiterhelfen. Wir betreuen Kunden aus verschiedenen Bereichen, zum Beispiel aus der Automobilindustrie oder der Manufacturing Industry, die mit diesem Serversystem und der Virtualisierung arbeiten. Der größte Vorteil ist, dass sich viele Arbeitsplätze die Rechenpower des Servers zunutze machen – und damit auch die Rechenleistung des Grafikprozessors (GPU). Daraus ergeben sich immense Vorteile: Die Datensicherheit bleibt im Unternehmen – das heißt, nicht jeder einzelne Mitarbeiter hat die Dateien auf seinem Rechner oder im schlimmsten Fall sogar noch auf einem USB-Stick. Per Profil wird die Rechenpower auf die einzelnen Mitarbeiter verteilt. Darüber hinaus haben wir schon die Erfahrung gemacht, dass Firmen, die ein Serversystem mit mehreren GPU-Karten (z. B. RTX-Karten) haben, im Vergleich zu einer einzelnen Workstation eine Leistungssteigerung von über 80 Prozent verzeichnen konnten. Das ist einer der großen Vorteile der GPU-Virtualisierung. 

Frank Scheufens

An dieser Stelle möchte ich gerne etwas ergänzen: Die Serversysteme solcher Firmen sind alle in einem Datencenter – das ermöglicht eine zentrale Verwaltung. Darum kümmert sich entsprechend die IT, die den Mitarbeitern dann nur die Desktops zur Verfügung stellt. Die Mitarbeiter bekommen im Grund lediglich einen Videostream und damit keine Daten mehr, was wiederum die Datensicherheit maximiert. User können sich über das interne Netzwerk oder Internet auf ihren Systemen einloggen. Hier greifen die Stichworte ‘Mobilität’ und ‘Remote-Arbeit’, die besonders in letzter Zeit wichtige Punkte für alle waren.  

Carolina Heyder

Ganz klar, das ist wirklich ein sehr aktuelles Thema. Aber warum sind solche Grafikkarten für die Virtualisierung überhaupt notwendig, Herr Scheufens? 

Frank Scheufens

Die Virtualisierung an sich gibt es schon ziemlich lange, wahrscheinlich weit über 20 Jahre. In den letzten Jahren ist die Grafik aber immer besser und viel ausgereifter geworden – und das benötigt Rechenleistung. Dementsprechend muss alles, was in dem virtualisierten System passiert, von der CPU berechnet werden. Schaut man sich Betriebssysteme wie Windows an, fällt auf, dass mit jedem neuen Systemupdate mehr von der Grafik bzw. der Grafikkarte, die bisher nicht physikalisch in die Virtualisierung eingebunden war, abverlangt wird. Von Windows 7 auf Windows 10 wurde beispielsweise ein Sprung von über 30 Prozent in der CPU-Auslastung gemacht. Auch Applikationen wie Browser, Office-Programme wie Excel, PowerPoint oder Office als E-Mail-Programm brauchen heute die Grafikbeschleunigung. Aber auch ein PDF Viewer, Photoshop etc. kommen nicht mehr ohne Beschleunigung aus. Das hat zur Folge, dass die CPU deutlich mehr Rechenarbeit leisten muss und so die Anzahl der möglichen User auf einem Server sinkt. Werden Grafikkarten eingesetzt, können diese die Last übernehmen und dadurch wieder mehr Server-Nutzer ermöglichen. Darüber hinaus beschleunigt eine Grafikkarte deutlich effektiver. Heutzutage ist der Unterschied zwischen lokalem und virtualisiertem System, das im Serverraum steht, kaum mehr zu bemerken.

GPU-Virtualisierung: Diese Voraussetzungen gilt es zu erfüllen

Carolina Heyder

Sie haben das Thema ‘Rechenleistung’ angesprochen. Da stellt sich mir die Frage, welche Systemvoraussetzungen die Unternehmen für die GPU-Virtualisierung erfüllen müssen? 

Frank Scheufens

Die Voraussetzung für die GPU-Virtualisierung liegt erstmal im Netzwerk-Bereich. Bei der Einrichtung wird sichergestellt, dass der Datentransfer ausreichend schnell funktioniert. Das ist heute in den meisten Firmen zwar schon gegeben, kann dann aber auch entsprechend angepasst werden. Des Weiteren müssen die eingesetzten Server gemäß dem Workload, der abgedeckt werden soll, aufgesetzt werden. Das heißt, es muss genügend Speicher für den Server und die benötigten virtuellen Maschinen vorhanden sein. Auch die CPU wird entsprechend der Arbeitslast ausgewählt. Hierbei gilt es, spezielle Anforderungen zu erfüllen. Eine Applikation braucht entweder eine hohe Frequenz, um schnell arbeiten zu können oder sie benötigt mehrere CPU-Kerne. Vorab muss erörtert werden, was genau das System leisten soll – es wird dann exakt auf diesen Workload ausgerichtet.

Carolina Heyder

Welche verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten und -gebiete gibt es?

Manfred Pieper

Die Anwendungsgebiete sind sehr vielfältig und beschränken sich nicht nur auf Entwicklung und Design. Sie fangen an bei Finanzdienstleistungen über Government, Fertigung, Gesundheitswesen und Bildung bis hin zu Datenwissenschaften und Media Entertainment. Für die verschiedenen Bereiche gibt es jeweils unterschiedliche, spezifische Applikationen. Natürlich kommt es immer darauf an, was genau benötigt wird, aber Unternehmen können so ausgerüstet werden, dass allen Mitarbeitern exakte Profile zugewiesen werden, die sie für ihre Arbeit benötigen. Angefangen beim Empfang, wo wahrscheinlich nur ein einfaches Office System benötigt wird, bis hin zum Entwickler, der die Grafikpower des Systems braucht und ganz andere Anforderungen hat. Das Ganze kann von A bis Z individuell ausgeschmückt und mit Profilen eingestellt werden.

„In Zeiten des Home Offices ist es wichtig, dass Mitarbeiter auch von zu Hause aus auf hochperformanten Systemen arbeiten können”

Carolina Heyder

Und bezüglich der Firmengröße: Ist Virtualisierung ausschließlich etwas für größere Unternehmen oder können auch Mittelständler virtualisieren?

Manfred Pieper

Nein, eigentlich können alle Unternehmen – unabhängig von der Größe – virtualisieren. Natürlich muss auch hier unterschieden werden: Bei großen Firmen oder Enterprises steht in erster Linie die Kostenstruktur im Fokus, denn vor der Installation wird ein Investment getätigt. Daneben gilt es auch den Arbeitsaufwand bzw. den Workload der Administration zu beachten. Für Enterprise-Firmen ist es zu Beginn essentiell zu wissen, wie hoch die Administrations- und Service-Kosten ausfallen. Diese sind extrem niedrig, da der Admin nur noch Profile einstellen muss, bevor sich die User mit ihrem Profil einloggen. Aber auch für kleine und mittelständische Unternehmen ist eine GPU-Virtualisierung sehr interessant – besonders im Bereich ‘Mobiles Arbeiten’. In Zeiten der Pandemie und des Home Offices ist es wichtig, dass Mitarbeiter auch von zu Hause aus auf hochperformanten Systemen arbeiten können. 

Letzten Endes kommt es immer darauf an, wie groß die Server sein müssen – aber das gilt sowohl für mittelständische Unternehmen als auch für Enterprise-Firmen. Der einzige Unterschied liegt in der Hardware-Ausstattung im Server-Bereich.

Diese Kosten fallen bei der GPU-Virtualisierung an

Carolina Heyder

Herr Scheufens, mit welchen Kosten ist bei so einem Vorhaben zum Beispiel in Bezug auf Lizenzen zu rechnen?

Frank Scheufens

Neben der nötigen Server-Hardware benötigen Sie die Lizenzen für die GPU-Virtualisierung. Die gibt es in verschiedenen Abstufungen, je nachdem, was genau virtualisiert werden soll. Beim Terminal-Server stellt man den Usern beispielsweise nur spezielle Applikationen zur Verfügung. Hier beginnen die Lizenzgebühren bei ungefähr zehn Euro pro Jahr. Dann geht es weiter zum Virtual PC: In diesem Fall sollen die User einen komplett eigenen PC bekommen. Die höchste Ausstattung ist die virtuelle Workstation. Diese kann im Prinzip alles und noch dazu in der gleichen Geschwindigkeit, die mit einer professionellen Grafikkarte in der eigenen Workstation möglich wäre. Hier liegen wir bei jährlichen Lizenzgebühren in Höhe von etwa 250 Euro.

Proof of Concepts – Ein Praxis-Beispiel

Carolina Heyder

Können Sie mir vielleicht ein erfolgreiches Beispiel-Projekt aus der Praxis nennen, das sie betreut haben?

Manfred Pieper

Wir haben zum Beispiel in der Automobilindustrie schon erfolgreiche Proof of Concepts (POC) mit Partnerfirmen erstellt und durchgeführt. Diese wurden alle erfolgreich abgeschlossen.

Carolina Heyder

Kann man sagen, wie lange so ein Projekt geht oder ist das von Unternehmen zu Unternehmen komplett unterschiedlich?

Manfred Pieper

Der zeitliche Umfang ist unterschiedlich und abhängig von den Bedingungen und Anforderungen, die das Unternehmen stellt. Ein Projekt kann nach drei Monaten schon abgeschlossen werden, es kann aber auch ein halbes Jahr dauern.

Carolina Heyder

So kurz?

Manfred Pieper

Nun, es ändert sich im Prinzip nicht viel. Sowohl für die Entwickler und die Ingenieure als auch für die Kreativen bleibt erst einmal alles gleich. Nur die Infrastruktur, in der gearbeitet wird, ändert sich. In der Regel braucht ein POC ungefähr sechs Monate.

Frank Scheufens

Wobei das natürlich auch vom Umfang und der Tatsache, was genau installieren werden soll, abhängig ist. Übrigens gibt es auch eine 90-Tage-Evaluierungslizenz. Je nach Projekt kann man diese nochmals abschließen, um in der POC-Phase zumindest auf Seite der Lizenzen keine Kosten zu verursachen.

„Diese Virtualisierung wird sich in Zukunft noch weiter ausbreiten”

Carolina Heyder

Würden Sie sagen, dass die GPU-Virtualisierung mit Nvidia nur Vorteile hat oder gibt es dabei auch Nachteile oder Einschränkungen?

Manfred Pieper

Ein Nachteil kann ich jetzt nicht sehen, ich sehe eher Vorteile. Um ein Beispiel zu nennen: Wir waren vor zwei oder drei Jahren bei der Autodesk University in Darmstadt. Von dort aus haben wir mit einem Microsoft Surface Pro, das nur ein Tablet mit angeschlossener Tastatur ist, auf unseren fertigen Server in unserem Headquarter in Bordeaux zugegriffen. Somit konnten wir den Interessenten zeigen, wie schnell und effektiv man damit arbeiten kann. Der Surface diente in diesem Moment nur als Ausgabe-Bildschirm, sämtliche Arbeiten wurden auf dem Server gemacht, was natürlich ein großer Vorteil ist.

Ich denke, diese Virtualisierung wird sich in Zukunft noch weiter ausbreiten, weil sie doch sehr viele Vorteile bietet – sowohl in Bezug auf die Kostenstruktur und Datensicherheit als auch hinsichtlich der Produktivität. 

Frank Scheufens

Um einen möglichen Nachteil zu nennen: Wenn einen Server, der 50 Personen bedient, ausfällt, dann können auch tatsächlich 50 Mitarbeiter nicht mehr arbeiten. Ich weiß allerdings nicht, ob das wirklich ein Nachteil ist, da für diesen Fall immer entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. Wichtig ist an dieser Stelle, dass eine entsprechende Backup-Lösung zur Verfügung steht.

Carolina Heyder

Heute haben wir einiges über die Vorteile der GPU-Virtualisierung mit Nvidia und darüber, wie man sie am besten einsetzt, gelernt. Ich bedanke mich bei unseren heutigen Gästen, Herrn Pieper und Herrn Scheufens, für die vielen Tipps und die umfassenden Einblicke.


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