Die grafische Prozessoreinheit (Graphics Processing Units, GPU), auch als visuelle Prozessoreinheit (VPU) bekannt, ist ein spezialisierter Mikroprozessor, der das 2D- und 3D- Rendering beschleunigt und damit die eigentliche CPU des Systems entlastet. In virtuellen Maschinen (VM) ist so eine GPU nicht vorhanden und die Grafikkarte eher rudimentär. Citrix ermöglicht mit dem Pass-Through ein Durchreichen oder Durchgreifen auf die physikalisch vorhandene Grafikkarte des Hypervisor, also des Host. Damit erhält eine virtuelle Maschine unter XenServer 5.6 – die Funktion ist hier als technische Preview implementiert – direkten Zugriff auf die Grafik-Hardware.

Die Standard-Serverhardware hat jedoch typischerweise nur eine Grafikkarte, die nicht viel besser ist als die in der virtuellen Maschine. Also ist eine zusätzliche, extrem leistungsfähige Grafikkarte mit mehreren GPUs ist notwendig, um mehr als nur eine virtuelle Maschine auf dem Host zu betreiben. Hersteller wie NVIDIA bieten eine Produktreihe, die auch von Citrix' technischem Preview unterstützt wird. Die Serie "Quadro FX" etwa ist mit der CUDA-Technologie (Compute Unified Device Architecture) von NVIDIA ausgestattet und bietet damit eine parallele Berechnungsarchitektur.

Auch Microsoft hat Remote-Grafik in der Schublade
Microsoft wird mit dem Service Pack 1 für Windows Server 2008 R2 die RemoteFX-Technologie einführen. Durch eine Erweiterung von Hyper-V können die virtuellen Maschinen und damit die Remote Desktop-Dienste direkt auf die Grafikkarte des Host zugreifen. Das Ziel der Entwicklung ist die Verbesserung von Multimedia-Inhalten und das Darstellen des Aero-Designs in einer LAN-Umgebung. Citrix wird RemoteFX unterstützen und bedingt nutzen. Mit der eigenen HDX-Technologie (High-Definition User Experience) verfügt Citrix jedoch bereits über eine WAN-optimierte Lösung für multimediale Inhalte. Microsoft wird langfristig für RemoteFX eine Hardware anbieten, um damit auch über WAN-Strecken eine optimale Darstellung zu erreichen. Es bleibt jedoch festzuhalten, dass Citrix mit Multi GPU Pass-Through und HDX 3D Pro Graphics (eine sehr spezielle Komponente aus der HDX-Reihe) ein anderes, weiteres Ziel verfolgt als Microsoft mit RemoteFX.

Der Nutzen von Multi GPU Pass-Through
Citrix hat zur Bereitstellung von High-End-Grafikarbeitsplätzen über das ICA-Protokoll HDX 3D Pro Graphics entwickelt. Die Lösung muss auf den physikalischen Endgeräten wie etwa Blade-Servern installiert werden, um die GPU-Hardware nutzen zu können. Citrix rühmt sich, damit derzeit am Markt die einzige tragbare Lösung für professionelle 3D-Grafikanwendungen über WAN-Strecken anzubieten. Anwendungen wie CAD/CAM, die oft OpenGL oder Direkt-X verwenden, kommen dadurch flüssig zur Ausführung. Durch GPU Pass-Through ermöglichen es die Citrix-Entwickler, virtuellen Maschinen eine vGPU – also eine virtuelle GPU – bereitzustellen, die sich durch HDX 3D Pro Graphics ansprechen lässt. Damit entfällt der Zwang, physikalische Hardware zu nutzen. Stattdessen lassen sich über XenServer 5.6 mehrere High-End Grafikarbeitsplätze zentralisieren. Hinzu kommt der generelle Mehrwert durch die Virtualisierung der Arbeitsplätze.

Gerade die Automobilindustrie in Deutschland hat ein starkes Interesse an der Zentralisierung und Virtualisierung von High-End 3D-Anwendungen. Desktop- Pools bieten eine Reduzierung der notwendigen Lizenzen für die 3D-Anwendung und zudem Sicherheit für die hochsensiblen Daten durch Zentralisierung. So bleiben die 3D-Konstruktionen in der Zentrale des Unternehmens, während Mitarbeiter etwa in Indien oder China über Citrix XenDesktop damit arbeiten. Auch Krankenhäuser haben etwa im Bereich der Tomografie einen hohen Bedarf an High-End 3D-Anwendungen. Ärzte können mit einem mobilen Endgerät auf Visite gehen und trotzdem über XenDesktop auf die Schichtaufnahmen des Patienten zugreifen.

Technische Umsetzung von Multi GPU Pass-Through
Nur mit XenServer 5.6 lässt sich das technische Preview von GPU Pass-Through aktivieren. Für den produktiven Betrieb gibt es noch keine Unterstützung. Zusätzlich wird eine Grafikkarte mit mehreren GPUs benötigt, zum Beispiel eine NVIDIA Quatro FX4800. Nach dem Einbau der Karte in den XenServer ist dann zunächst im BIOS die Aktivierung von "VT for direct I/O" nötig. Danach folgt eine Reihe von Änderungen am XenServer, damit der Direktzugriff auf die Hardware möglich wird:

1. Das Kommando #echo modprobe pciback >> /etc/rc.local aktiviert das PCI Pass-Through Modul.
2. Im Verzeichnis "/boot/extlinux.conf" aktiviert der Zusatz iommu=1 iommu_inclusive_mapping=1 den Zugriff auf die PCI Geräte.
3. Der Befehl #extlinux /boot regeneriert den Bootloader.
4. Neustart des XenServer.
5. Das Kommando #lspci zeigt die verfügbaren PCI-Geräte an. Notieren Sie die ID (Beispiel: 07:00.0) und finden Sie die PCI-ID des Grafikgerätes.
6. Führen Sie #xe vm-listaus, um die UUID der virtuellen Maschine (vm-uuid) zu ermitteln. Finden Sie die UUID der VM, die direkten Zugriff auf die Grafikkarte haben soll.
7. Führen Sie den Befehl #xe vm-param-set other-config:pci=0/0000:07:00.0 uuid={vm-uuid} den Zugriff auf die PCI Geräte aus, um das PCI-Gerät an die virtuelle Maschine anzubinden.

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ln/Dipl. Ing. Thomas Kötzing