新型GPU云桌面发展白皮书-2023.07-37页-WN7.pdf

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1、新型GPU云桌面发展白皮书加速传统云桌面迈入GPU时代 年 月中移（苏州）软件技术有限公司中国电信研究院中国信息通信研究院摩尔线程智能科技（北京）有限责任公司前前言言数字时代大背景下，云桌面的使用需求激增，行业接纳度攀升，正处于快速发展期。然而传统云桌面与物理 PC 之间的使用体验仍有差距，云桌面优化升级势在必行。技术的创新应用将全面提升云桌面竞争力，新型 GPU 云桌面将成为全新发展趋势。这本白皮书开创性地给出了新型 GPU 云桌面的准确定义，深入分析了其相较传统云桌面的核心价值，同时描绘了产业生态。在实践方面，重点介绍了新型 GPU 云桌面的技术架构与关键技术要点，并梳理了教育、泛行业办公

2、等典型场景的应用案例，通过量化数据直观展现这项技术的优势。最后，针对 GPU 的发展作出总结与展望。本书旨在分享对新型 GPU 云桌面的认知与研究，期望能够促进云桌面技术的深化发展，推动云桌面加速服务在更多行业场景的落地应用。目目录录一、云桌面发展概述.1（一）数字模式兴起，云桌面大幅提升数字时代生产效率.1（二）增长步伐趋缓，传统云桌面技术底座升级迫在眉睫.2（三）突破性能瓶颈，GPU 技术驱动云桌面发展进入新拐点.3二、基于 GPU 的新型云桌面概述.5（一）全面拉齐行业认知，准确定义新型 GPU 云桌面.5（二）GPU 云桌面价值凸显，核心能力全面对标物理 PC.6（三）产业链协作持续加

3、深，合力构筑 GPU 云桌面新生态.8三、基于 GPU 的新型云桌面技术方案.10（一）新型 GPU 云桌面技术需求.10（二）新型 GPU 云桌面技术架构解析.11（三）新型 GPU 云桌面关键技术研究.14四、基于 GPU 的新型云桌面应用场景.18（一）泛行业办公.191、Office 办公场景.192、视频会议场景.213、高清视频播放场景.224、网页浏览场景.25（二）教育行业.27五、总结与展望.29（一）技术方面，提升自研水平加快技术攻坚.29（二）标准方面，建立行业标尺引导规范化发展.29（三）生态方面，凝聚业界力量加强融合共建.30（四）应用方面，以用户为中心持续提升体验.

4、30（五）市场方面，拓宽适用场景加速落地推广.31新型 GPU 云桌面发展白皮书新型 GPU 云桌面发展白皮书1一一、云云桌桌面面发发展展概概述述（一一）数数字字模模式式兴兴起起，云云桌桌面面大大幅幅提提升升数数字字时时代代生生产产效效率率全全球球数数字字经经济济发发展展进进入入快快车车道道。2021 年全球 47 个国家的数字经济增加值规模为 38.1 万亿美元，占 GDP（Gross Domestic Product，国内生产总值）比重的 45.0%1，我国数字经济规模达 45.5 万亿元，占 GDP 比重的 39.8%2。数字产业化和产业数字化作为数字经济的两大组成部分，正在推动各行各业

5、深化转型。云计算、大数据、人工智能等先进数字技术的广泛运用显著提升了各行业的信息化、数字化发展水平，深刻改变了社会生产方式。疫疫情情催催生生旺旺盛盛的的数数字字化化办办公公需需求求。新冠疫情作为近年来最大的黑天鹅事件，极大影响了全球人民的工作与生活模式。事实证明，数字化水平越高的企业对抗未知风险的能力大大高于其他企业。疫情开启了大规模线上办公的新时代，大幅加快了数字化办公的脚步，后疫情时代，线上办公的需求将持续蓬勃增长。针对员工多且分散、办公终端不灵活、数据流转风险高等典型问题，企业亟需引入先进的数字化解决方案，充分提高生产效率。云桌面作为应对数字时代诸多办公诉求的典型解决方案，在疫情的驱动下

6、得到进一步推广应用。云云桌桌面面优优势势显显著著有有助助于于提提升升效效率率。云桌面是一种基于云计算的1数据来源：世界互联网发展报告 2022，中国网络空间研究院2数据来源：中国数字经济发展报告（2022），中国信息通信研究院新型 GPU 云桌面发展白皮书2桌面交付模式，在该模式下，通过将计算机桌面进行虚拟化，把个人计算环境集中存储于数据中心，为用户提供按需分配、快速交付的桌面，用户使用终端设备通过网络访问该桌面3。与传统电脑终端相比，云桌面存在如下优势：一一是是提提升升灵灵活活性性，云桌面能够突破地域与终端的限制，随时随处接入办公环境，满足数字社会旺盛的混合办公需求；二二是是保保障障安安全全

7、性性，采用云桌面能够将信息的全生命周期流转控制在安全范围内，同时人员的权限与操作将充分满足合规要求；三三是是增增强强可可维维护护性性，云桌面能够实现对应用的统一下发、更新与管理等操作，无需频繁维护大量终端软硬件，显著优化管理效率；四四是是节节约约成成本本，无需采购大量计算机终端，采购费用大大降低，同时借助云计算技术能够充分统筹闲置资源，有效提高全局资源利用率。（二二）增增长长步步伐伐趋趋缓缓，传传统统云云桌桌面面技技术术底底座座升升级级迫迫在在眉眉睫睫云云桌桌面面市市场场增增长长面面临临危危机机。云桌面的技术架构主要包括 VDI（Virtual Desktop Infrastructure，虚

8、 拟 桌 面 基 础 架 构）、IDV（Intelligent Desktop Virtualization，智 能 桌 面 虚 拟 化）、VOI（Virtual Operating System Infrastructure，虚拟操作系统基础架构）等，目前 VDI 与 IDV 是较为主流的解决方案。根据公开统计数据，2021 年中国云桌面整体解决方案销量近 300 万个，而中国 PC（Personal Computer，个人电脑）市场的出货量达 5700 万台4，从市3来源：GB/T 37950-2019 信息安全技术 桌面云安全技术要求4数据来源：PC 市场脉搏 2021 年，Canaly

9、s新型 GPU 云桌面发展白皮书3场规模看，云桌面的渗透率仍处于低位，有待进一步推广。以目前市场占有率最高的 VDI 为例，相关机构预测到 2026 年，VDI 云终端市场规模将突破 265 万台，五年复合增长率达 7.2%，然而 2023年开始 VDI 云终端增长率将出现明显下滑，整体增速放缓。传传统统云云桌桌面面仍仍存存诸诸多多不不足足。云桌面的理念与愿景虽然美好，但受制于技术水平、落地条件等因素，在操作流畅度、画面分辨率、网络连接、外设支持程度等方面，当前的云桌面方案暂无法提供与物理 PC 完全一致的用户体验。云桌面的认可度仍存在较大提升空间，若想打开存量市场、稳固增量市场，撬动甚至取代

10、量级庞大、根基深厚的本地 PC，云桌面仍有宽广的鸿沟需要跨越。在常见的学习、办公等场景之上，云桌面必须以用户为中心，探索并解决用户在体验方面的核心诉求，提升对各行业丰富场景的适配度。云云桌桌面面底底座座升升级级势势在在必必行行。大部分传统云桌面的虚拟化方案完全基于 CPU（Central Processing Unit,中央处理器）构建，鉴于 CPU在并行计算方面的劣势，视频处理、图像渲染、3D 建模等专用场景下 CPU 的占用率将一路飙升甚至达到满载水平，导致响应慢、延迟高、卡顿明显等用户诟病已久的问题，一系列短板局限了云桌面在各行业、场景的适用范围。传统解决方案中 CPU 职能过重的缺陷亟

11、待解决，云桌面底座升级迫在眉睫。（三三）突突破破性性能能瓶瓶颈颈，GPU 技技术术驱驱动动云云桌桌面面发发展展进进入入新新拐拐点点GPU 发发挥挥并并行行计计算算优优势势前前景景广广阔阔。GPU（Graphics Processing新型 GPU 云桌面发展白皮书4Unit，图形处理器）是一种专用的图形处理器，与 CPU 相比，GPU的优势主要体现在大规模并行计算领域，适用于处理类型相同且重复性较大的规模化任务。GPU 作为 CPU 在图像领域的有利补充，能够高效协助 CPU 完成多重并行任务。GPU 在诞生之初主要用于优化图形处理效率，随着数字化进程的深化，GPU 的潜力正在被逐步挖掘，目前

12、已应用于人工智能、自动驾驶、金融分析等领域。自自研研 GPU 全全面面发发力力快快速速发发展展。GPU 发展势头向好，据统计2020 年全球 GPU 市场规模为 254.1 亿美元，预计到 2027 年将达到1853.1 亿美元，复合年增长率高达 32.825。其中，国外老牌巨头英伟达（NVIDIA）、英特尔（Intel）、超威半导体（AMD）在全球 GPU 市场占据极大优势。随着我国政策的强力支持与技术领域的持续深耕，自研 GPU 水平正迎头赶上，摩尔线程、景嘉微等企业已推出多款商用 GPU 产品，以适配数字时代各领域旺盛的 GPU 使用需求，化解“卡脖子”危机。云云桌桌面面融融合合 GPU

13、 将将成成为为新新业业态态。GPU 在国内的大规模应用条件逐步成熟，在用户需求与技术革新的双轮驱动下，在现有云桌面方案中采纳 GPU 能够充分发挥其优势，显著提升图像、视频、渲染、浏览器等方面的处理效率，满足数字化场景下用户日益攀升的性能需求。可以预见，GPU 技术的创新应用将全面提升云桌面竞争力，缩小云桌面与物理 PC 之间的体验差异，驱动云桌面进入发展新阶段。5数据来源：GPU 全球市场规模预测，Verified Market Research新型 GPU 云桌面发展白皮书5二二、基基于于 GPU 的的新新型型云云桌桌面面概概述述（一一）全全面面拉拉齐齐行行业业认认知知，准准确确定定义义新

14、新型型 GPU 云云桌桌面面新型 GPU 云桌面是一种基于 GPU 虚拟化技术的云桌面，通过将一块物理 GPU 切分成多个虚拟 GPU，并发服务于多路云桌面负载，相当于让每一路传统云桌面能够享有独立的 GPU。与传统云桌面相比，新型 GPU 云桌面充分利用 GPU 强大的图形渲染、视频编解码、AI 计算等能力，性能更强、体验更佳，将全面提升用户的工作效率和使用体验。随着信息化技术的应用普及和应用程序对于高性能计算需求的增长，以 GPU 为核心的显卡（包括集成显卡）已经成为现代计算机的标配。与前一代操作系统相比，最新主流操作系统对于计算机图形加速的需求增加了 32%6。同时，在教育、医疗、数字办

15、公等典型领域的使用场景下，Web 浏览器、Office365、视频会议等应用软件对于图形渲染的需求日益增长，仅搭载 CPU 的传统云桌面变的力不从心。尤其是近期微软发布的 365 Copilot，将 AI 全面融入 Office 产品体系，释放出对人工智能的刚性需求。因此，基于 GPU 的新型云桌面被视作传统云桌面未来发展的必然方向。简单来说，新型 GPU 云桌面填补了传统云桌面在图形处理方面的缺陷，能够提供与物理 PC 相当的图形计算性能，使得用户无论在任何地方访问应用都可以享受更加流畅的图形体验。同时，GPU6数据来源：Lakeside Software 白皮书新型 GPU 云桌面发展白皮

16、书6云桌面最大的变革在于在不改变传统云桌面产品形态基础上，实现GPU 虚拟化技术在云桌面场景的创新应用。基于 GPU 虚拟化技术，可以将物理 GPU 实现一对一或一对多的灵活切分并分配给不同的虚拟机，以服务于不同的云桌面终端，大大降低 GPU 在传统云桌面普及应用的使用成本，为新型 GPU 云桌面的规模化普及提供可能。（二二）GPU 云云桌桌面面价价值值凸凸显显，核核心心能能力力全全面面对对标标物物理理 PC随着云计算的发展与 GPU 技术的进步，新型 GPU 云桌面的落地条件也趋于成熟。新型 GPU 云桌面技术能够将强大的图形加速技术利用于数据中心的各种工作任务，有助于集中应用和数据，并提供

17、高性能的数字工作空间，提高安全性、生产力和成本效益。可以预见，在旺盛的远程办公需求的驱动下，搭载 GPU 的云桌面将推动云桌面市场重焕生机，有望成为现代数字化工作的主流模式。与传统的云桌面服务器相比，新型 GPU 云桌面的核心价值如下：1、最最大大化化硬硬件件效效用用：带有图形界面的应用程序通常需要相关图形处理运算，如果没有 GPU 来协助 CPU 执行这些任务，CPU 会消耗大量的计算资源导致系统变慢，响应时间变长，影响用户体验。在 GPU 的协助之下，CPU 的负载将有效减轻，系统性能也将大幅提升。被解放出来的 CPU 算力，可用来支持更多的虚拟云桌面运行，从而减少硬件购买和维护成本。从常

18、用的视频播放、网页浏览、PPT播放、多媒体应用等方面对云桌面的性能进行评测，基于同样规格要求的 CPU 服务器，在主流用户体验基线值在 1080P 窗口分辨率25FPS 下，新型 GPU 云桌面最大并发数可以稳定支持 40 路，而传统新型 GPU 云桌面发展白皮书7云桌面在各类应用场景下均与新型 GPU 云桌面在最大并发支持路数上差距明显，在满足视频体验基线的情况下，只能支持 13 路用户。图 1 新型 GPU 云桌面与传统云桌面性能评测对比2、提提升升用用户户操操作作体体验验：利用 GPU 加速技术，新型 GPU 云桌面可以支持更复杂的图形应用程序和 3D 模型等,适用范围更广。同时新型 G

19、PU 云桌面具备更快的渲染速度、更好的图像质量和更流畅的运行效果，大大提升云桌面性能，能够全方位多维度提升用户体验，显著提高工作效率。通常，行业内将 PPT 播放 25FPS 作为流畅播放标准，新型 GPU 云桌面在并发数量为 40 的时候仍然能够达到26FPS，而传统的云桌面在并发数量为 40 的时候仅能达到 18FPS，图形质量和流畅度差距明显。3、扩扩大大应应用用适适配配范范围围：随着技术的进步，GPU 已成为物理机的标准配置，众多软件厂商在开发时都假设硬件具有足够的图形支持能力，因此编写的软件可以通过 GPU 并行计算能力进一步提升用新型 GPU 云桌面发展白皮书8户体验，这使得传统

20、CPU 云桌面无法较好支持现代软件的运行。新型 GPU 云桌面的出现补齐了传统云桌面相对于 PC 没有 GPU 加速的短板，为云桌面加入了专业级别的图形处理能力，显著提高云桌面的图形性能。很多以前只能在物理 PC 上运行的软件也可以在新型 GPU 云桌面上流畅的运行，从而更好地满足了用户需求。例如，少儿图形化编程工具源码编辑器 Tello,编程猫等在 GPU 云桌面中能够达到音视频同步的流畅运行效果，有效解决了传统云桌面中卡顿的痛点。（三三）产产业业链链协协作作持持续续加加深深，合合力力构构筑筑 GPU 云云桌桌面面新新生生态态云桌面经过多年发展，技术及产品不断丰富、落地、实践，云桌面已经进入

21、了稳定发展期，已广泛应用于政务、教育、金融、电信等行业，其产业链上下游生态发展不断成熟，主要包括：硬件供应商、虚拟化软件提供商、云桌面解决方案提供商等。新型 GPU 云桌面将推动传统云桌面性能升级，带来全新的工作体验，激活客户的数字生产力。但新型 GPU 云桌面本质上并未改变云桌面的产品形态，与传统云桌面一样，并非独立发展，必须与产业内上下游生态合作伙伴充分融合，从而面向用户提供更加完备、易用的应用级解决方案，最大化发挥云桌面的数字化服务价值。新型 GPU 云桌面的产业生态如下：1、硬硬件件供供应应商商：与传统云桌面不同，GPU 作为新型 GPU 云桌面最为关键的基础设施，是云桌面产业中的关键

22、参与者。NVIDIA、AMD、摩尔线程等厂商通过提供高性能的 GPU 芯片和驱动程序等新型 GPU 云桌面发展白皮书9技术支持，为云桌面提供了强大的图形性能和计算能力。从国外市场来看，NVIDIA 于 2012 年推出了全球首个虚拟 GPU解决方案，随后逐步推出一系列虚拟化 GPU 产品，广泛应用于云桌面市场，为云桌面带来了更佳的性能体验，但由于终端授权价格太高，主要定位于高端市场，无法满足普通客户对性价比的诉求。从国内市场来看，摩尔线程是国内首个具有 GPU 虚拟化技术的GPU 公司，基于其 GPU 虚拟化技术的云桌面解决方案已在党政、金融、能源、教育、企业等行业办公、多媒体演示、渲染等行业

23、得到应用。摩尔线程 GPU 虚拟化技术可实现动态弹性的资源切分功能，根据业务负载动态调配虚拟机 GPU 配置，无需重启主机即可实现算力按需调用、动态伸缩、用完释放，增加 GPU 资源利用率的同时，有效改善用户的使用体验。2、虚虚拟拟化化软软件件提提供供商商：桌面虚拟化技术是实现云桌面技术的核心技术，它可以将用户的桌面环境虚拟化到云端，然后通过网络将虚拟桌面传输到用户终端。海外市场上主要的桌面虚拟化技术及云桌面解决方案包括：QEMU-KVM、VMware Horizon、Citrix Virtual Apps and Desktops、Microsoft RDS 等。3、云云桌桌面面解解决决方方

24、案案提提供供商商：作为云桌面生态系统中重要整合者，云桌面解决方案提供商在发挥自身产品能力基础上，充分整合服务器、虚拟化软件、应用程序及工具等软硬件资源，形成完整的云桌面整体解决方案，充分发挥云桌面的应用价值，不断加深对教育、新型 GPU 云桌面发展白皮书10文娱、医疗、金融等行业用户的赋能力度。从国内市场看，天翼云、新华三、锐捷、深信服、联想 AIO 云计算、庭宇科技、华云、酷栈、麒麟信安、泽塔云、首都在线、云宏、安超云等均在推出国产云桌面的整体解决方案。综上，新型 GPU 云桌面作为传统云桌面的下一代技术演进，须更加重视与产业各方的合作对接，对下持续强化兼容能力，对上逐步优化服务水平，合力构

25、建新技术形态下的产业新生态。以行业专用软件为例，传统云桌面由于图形接口版本低、CPU 模拟图形计算性能差等原因无法支持行业专用软件对 GPU 加速处理的需求，在软硬件厂商的进一步配合下，加入 GPU 硬件加速的新一代云桌面能够显著补齐短板，支撑更多行业专用软件平滑运行于云桌面之上，培育良好的产业生态。三三、基基于于 GPU 的的新新型型云云桌桌面面技技术术方方案案（一一）新新型型 GPU 云云桌桌面面技技术术需需求求新型 GPU 云桌面宜满足以下四方面的需求：1、图图形形图图像像渲渲染染：新型 GPU 云桌面利用 GPU 强大的渲染功能可以为应用程序提供更优的图形性能和更高质量的视觉效果。在各

26、种专业领域，如教育、数字办公等行业，GPU 也可以大大提高图形图像渲染的效率和精度，从而提高工作效率和准确性。总的来说，GPU 在图形图像渲染方面的需求主要体现在提供更强大的图形计算能力、更高质量的图形图像渲染、更快的图形渲染速度以及提高工新型 GPU 云桌面发展白皮书11作效率和准确性等方面。2、智智能能多多媒媒体体编编解解码码：新型 GPU 云桌面利用 GPU 强大的智能多媒体解码功能，可分担 CPU 密集工作，视频解码速度更快，用户在远程访问虚拟桌面时能够获得与本地设备相同的视频观看体验；新型 GPU 云桌面利用 GPU 智能多媒体编码功能，可提高云桌面协议的传输性能和效率，实现更流畅、

27、更及时的用户体验，且经过流化的云桌面协议更适合在网速波动较大的广域网中传输。3、科科学学计计算算与与物物理理仿仿真真：新型 GPU 云桌面可以提供传统云桌面无法实现的科学计算与物理仿真功能，并提供高质量、流畅的物理仿真和计算体验，提高工作效率，同时在数据管理、分析和可视化方面也能提供更高的性能。4、人人工工智智能能深深度度学学习习：由于人工智能深度学习需要高效的计算和图形处理能力，新型 GPU 云桌面可以利用 GPU 硬件加速技术，提供更高效快速的计算能力。单一功能的 GPU 局限性较大，只有同时具备现代图形图像渲染、科学计算与物理仿真、智能多媒体编解码和人工智能深度学习四大完备功能的 GPU

28、 才能为新型 GPU 云桌面提供完整的硬件支持。（二二）新新型型 GPU 云云桌桌面面技技术术架架构构解解析析新型 GPU 云桌面发展白皮书12图 2 新型 GPU 云桌面技术架构图基于 GPU 的新型云桌面整体架构包含以下组件：1、服服务务器器：与传统云桌面不同，GPU 作为重要的算力被加入到云桌面解决方案中，并作为整个架构的关键部分，提供硬件的集群化功能。相较于 CPU 服务器能够提供更高性能的计算、图形和视频处理能力，显著提升云桌面的应用性能。2、虚虚拟拟化化层层：用于将物理硬件的算力分配给多个用户，并确保每个用户都可以独立地访问自己的虚拟桌面。同时，通过 GPU 虚拟化技术可以将 GP

29、U 以 1 对 1 或 1 对 N 的方式分配给不同的节点，以服务于不同的终端。达到服务器支持多路并行的计算能力。新型 GPU 云桌面发展白皮书133、连连接接层层：连接层是介于客户端和服务器之间的中间件，负责建立双方之间的通信连接，并确保数据传输的安全性和分定性。4、客客户户端端：客户端是运行在用户设备上的软件，用于连接到远程虚拟桌面。虚拟化是新型 GPU 云桌面的基础，物理 GPU 只有具备虚拟化功能才能满足数据中心的需求。虚拟 GPU 功能与物理 GPU 设备形态上完全一致，向上可以支持虚拟机中的业务运行。虚拟化系统的架构图如下所示：新型 GPU 云桌面发展白皮书14图 3 GPU 虚拟

30、化技术架构图GPU 虚拟机化主要由五部分构成：物理 GPU 设备、虚拟 GPU设备、GPU 驱动（GPU Host 驱动和 GPU Guest 驱动）、GPU 管理工具和屏幕抓取与编码一体开发接口。在带有物理 GPU 的服务器上，通过 GPU 驱动程序和 GPU 管理工 具 将 物 理 GPU 虚 拟 化，以 PCIe（Peripheral ComponentInterconnect Express，高速串行计算机扩展总线标准)方式添加至虚拟机中。在虚拟机中，配合 GPU 驱动程序使主流操作系统和应用软件对虚拟化无感知，与物理机使用体验一致。通过屏幕抓取与编码一体化开发接口，云桌面协议可以利用

31、 GPU 高效编码功能对整个协议进行流化以便提高云桌面协议传输效率和自适应网络能力。（三三）新新型型 GPU 云云桌桌面面关关键键技技术术研研究究新型 GPU 云桌面的关键技术包括 GPU 虚拟化、GPU 灵活切分、新型 GPU 云桌面发展白皮书15GPU 动态弹性切分、远程协议加速、渲染加速五部分。1、GPU 虚虚拟拟化化GPU 虚拟化技术即允许多个虚拟机实例共享同一个物理 GPU设备。通过将 GPU 资源逻辑地划分为多个可供不同虚拟机客户使用的 GPU 资源池，以满足更多用户同时访问 GPU 资源并共享 GPU 加速的能力。在虚拟机操作系统中，GPU 厂商提供 Windows10 等操作系

32、统的虚拟 GPU 驱动，兼容 DirectX 等渲染框架和 DXVA 等编解码框架，加速虚拟机中显示渲染、视频编解码等核心功能。通过实际的测试及应用表明，新型 GPU 云桌面可以有效加速数十款教育类主流应用，并且能够在视频播放、视频会议、日常办公等场景显著降低 CPU 的工作负载，提高云桌面的性能。图 4新型 GPU 云桌面 10 路并发播放视频2、灵灵活活切切分分技技术术传统的 GPU 虚拟化技术只能实现对 GPU 资源的均分，这对于使用 vGPU 的虚拟机来说性能需要保持一致，在一些应用场景下不新型 GPU 云桌面发展白皮书16能满足虚拟机灵活分配的需求。相比而言，灵活切分技术对应用场景支

33、持更加友好。从功能上来讲，灵活切分技术是在 GPU 的能力范围之内，提供不等分的 vGPU，满足不同业务负载的需求，同时使云平台对于 GPU 的资源做到更细程度的成本控制与纳管。GPU 的灵活切分按照显存的大小对算力、显存、编解码资源进行分割，同一张物理 GPU 可以根据应用场景要求分成若干个不同显存大小的虚拟 GPU，用户可以根据业务负载需要灵活地自主选择虚拟 GPU 的类型。3、GPU 动动态态弹弹性性切切分分GPU 动态弹性切分是一种云计算资源管理和调度技术，可以根据实际业务需求随时申请、分配、释放 vGPU 资源，以满足不同规模、不同时段的业务需求，实现资源按需调用、弹性分配。相较于传

34、统的 GPU 虚拟化技术仅支持固定比例分配，GPU 动态弹性切分需求能够在不重启服务器的情况下，根据业务负载的需求实现 GPU 资源灵活、自由分配，以支持云端纷繁复杂的应用需求，提高 GPU 算力利用率，减少闲置，最大化的利用硬件能力，降低整体成本。新型 GPU 云桌面发展白皮书17图 5GPU 动态弹性切分4、远远程程协协议议通过远程协议技术实现对云端桌面的访问和控制，与传统桌面相比新型 GPU 云桌面可以利用 GPU 编码功能对协议进行流化，以提高图像传输速度和质量。GPU 可为云桌面提供多路视频编码能力，帮助加速云桌面协议提供多路实时视频低延时交流的体验。GPU 在编码性能方面是 CPU

35、 的 10 倍，使得新型 GPU 云桌面能够提供足够的编码算力以支持协议流化的需求。新型 GPU 云桌面发展白皮书18图 6CPU 与 GPU 编码性能对比5、渲渲染染加加速速相比于 CPU，GPU 更适合处理 2D/3D 图形计算。标准的图形化应用通常使用 DirectX/OpenGL/Vulkan 等图形 API 开发，GPU 可以从硬件层面针对这些图形 API 开发的 2D/3D 图形应用进行加速，快速地进行渲染处理，同时也能够处理大规模场景、大量多边形、复杂材质和纹理等高强度的 3D 渲染任务，其渲染速度远超 CPU。新型 GPU 云桌面在同样环境运行多任务时候，可有效提高实时渲染的帧

36、率，降低 CPU 占用率高，使交互更加流畅。借助 GPU 的加速，可以实现更加丰富的交互方式，提升用户体验。四四、基基于于 GPU 的的新新型型云云桌桌面面应应用用场场景景云桌面目前已服务于政务、教育、金融、电信等重点行业，满足各行业的数字化办公需求。下面选取泛行业办公与教育行业应用作为典型场景，对比传统云桌面与新型 GPU 云桌面的应用效果。新型 GPU 云桌面发展白皮书19（一一）泛泛行行业业办办公公1、Office 办办公公场场景景背景：在办公场景下，Office 软件是办公场景中必备的生产力软件。随着软件对图形质量和用户体验追求的不断提升，越来越多的图形渲染功能被加入到软件当中。痛点：

37、以 PowerPoint 为例，在没有硬件加速的环境下，会在演示幻灯片时遇到性能低下或错误消息，如下图所示。图 7 PowerPoint 软件需要 GPU 进行加速解决方案：新型 GPU 云桌面通过 GPU 中的渲染引擎支持现代化的 3D 渲染框架实现了对办公软件的渲染加速的需求，改善使用体验提升办公效率。在新型 GPU 云桌面中使用 WORD，可以有效降低 CPU 的负载，新型 GPU 云桌面发展白皮书20增加单台服务器承载用户数。如下图所示，在使用 Word 进行文本编辑时分别采集传统云桌面和新型 GPU 云桌面中的 CPU 利用率进行对比。实际采集数据显示新型 GPU 云桌面可以有效降低

38、 30%左右的 CPU 负担。图 8 新型 GPU 云桌面有效卸载 CPU 负载使用虚拟 GPU 的图形加速可提高播放演示文稿时的性能、速度和体验。直观来看，以在 PowerPoint 中打开一个包含 3D 模型的幻灯片为例，带有 GPU 的云桌面 FPS（Frames Per Second，每秒钟播放帧数）可达到传统云桌面的 10 倍，大大提升用户的视觉体验。表 1 传统桌面与新型 GPU 云桌面运行 PowerPoint 系统环境和运行结果对比环境信息传统云桌面（上）新型 GPU 云桌面（下）CPU4C4CMEM4GB4GBGPU/vGPU 1.5GBDISK100GB100 GB应用信息

39、PowerPointFPS550新型 GPU 云桌面发展白皮书212、视视频频会会议议场场景景背景：疫情期间线下见面难度大，由于视频会议能够突破地域、空间、人数等限制，迅速成为线上办公期间的沟通利器。疫情退场后，人们仍然习惯于视频会议带来的便利，当前视频会议已成为办公场合下不可或缺的协作方式。痛点：传统云桌面场景下视频会议画质清晰度不高且会议过程中易卡顿，经常出现影音不同步现象，极大影响沟通效率。由于视频会议的渲染和解码都由 CPU 承担，造成无法在视频会议的同时进行其他一些工作，极大影响工作效率。解决方案：新型 GPU 云桌面通过 GPU 中的多媒体引擎支持现代化的视频加速框架，利用硬件对会

40、议音视频流的编解码操作，提高了整个视频会议软件的能效比。另外，整个视频显示的渲染也由GPU 渲染引擎承担，进一步节省了 CPU 的工作负载。视频会议已成为数字化办公的必要场景，对比传统云桌面与新型GPU 云桌面同时进行一场视频会议的表现。从下表可以看出，新型GPU 云桌面从渲染和视频编解码两个方面加速应用的运行，将 CPU平均负载从 88%有效降低至 43%，卸载 CPU 的负载 45%以上，从而把更多的 CPU 能力保留给用户用于逻辑运算，桌面操作等，大幅提升云桌面的性能表现。新型 GPU 云桌面发展白皮书22表 2 传统桌面与新型 GPU 云桌面运行视频会议系统环境和运行结果对比环境信息传

41、统云桌面（左）新型 GPU 云桌面（右）CPU4C4CMEM4GB4GBGPU/vGPU 1.5GBDISK100GB100 GB应用信息小鱼易连视频会议CPU 平均负载88%43%3、高高清清视视频频播播放放场场景景背景：视频播放是桌面应用中的重要场景之一，在 PC 端，无论是通过集成显卡还是通过独立显卡，甚至是 CPU 本身都引入了专门的视频编解码模块对视频播放进行硬件加速。痛点：传统云桌面模式下，通过 CPU 进行视频编解码将导致CPU 负载升高，对云主机的性能表现影响较大。而且当有其他逻辑计算同时运行时，视频播放的帧率波动将严重影响用户体验。同时，高 CPU 负载使得云主机设计时需要考

42、虑播放视频的高负载并发，从而减少单个服务器可服务的云桌面路数。解决方案：在新型 GPU 云桌面中，系统可以利用 GPU 的多媒体引擎进行硬件加速。使用硬件加速的好处主要有两点，第一是通过硬件模块工作节省 CPU 的工作负载，保持 CPU 的逻辑计算能力；第二是硬件模块相对于 CPU 来说能够提供更高能效比的编解码，保持视频播放的整机功耗保持在合理的水平。新型 GPU 云桌面发展白皮书23下面的实例展示了传统云桌面和 GPU 云桌面同时播放同一个视频文件的场景。图 9 新型 GPU 云桌面硬件解码播放视频实例（无其他负载）新型 GPU 云桌面发展白皮书24图 10 新型 GPU 云桌面硬件解码播

43、放视频实例（同时用 7zip 压缩文件）新型 GPU 云桌面发展白皮书25运行环境和结果如下表所示：表 3 传统桌面与新型 GPU 云桌面视频播放系统环境和运行结果环境信息传统云桌面（左）新型 GPU 云桌面（右）CPU2C2CMEM4GB4GBGPU/vGPU 1.5GBDISK100GB100 GB应用信息PotPlayerCPU 平均负载（无其他负载）100%20%性能对比（无其他负载）无其他逻辑计算时可正常播放无其他逻辑计算时可正常播放性能对比（同时压缩文件）视频帧率降低到 20FPS，卡顿视频正常播放4、网网页页浏浏览览场场景景背景：网页浏览是办公时的一大高频场景，随着用户对网页内容

44、丰富度的要求逐步提高以及相关技术的持续进步，网页早已不再局限于静态的文字、图片，而是通过加入动画、音频、视频等动态元素充分提升使用体验。痛点：由于对实时渲染要求较高，传统云桌面在浏览包含复杂元素、交互模式的网页时存在明显卡顿，无法还原网页应有的视觉体验。解决方案：新型 GPU 云桌面借助 GPU 的渲染引擎，在浏览器中可以实现丰富的表格样式和交互方式提高浏览器显示质量和响应新型 GPU 云桌面发展白皮书26速度，为用户提供更好的浏览体验。以 WebGL 的评测工具 WebGLAquarium7为例，下图展示了传统云桌面与新型 GPU 云桌面在实际运行效果方面的对比。不难发现，在同样默认 102

45、4*1024 像素的画面中，当画面须实时渲染处理 500条鱼时，传统云桌面播放的帧率仅有 3PFS 且 CPU 占有率高达100%，显示流畅度非常低、交互卡顿；而基于新型 GPU 云桌面播放更加流畅，帧率达到 41PFS 且 CPU 工作占有率仅有 33%，桌面显示与交互更加流畅。图 11 GPU 云桌面与传统云桌面渲染效果对比7https:/webglsamples.org/aquarium/aquarium.html新型 GPU 云桌面发展白皮书27相关配置信息和 CPU 平均负载数据如下表所示：表 4 传统桌面与新型 GPU 云桌面运行 WebGL 测试系统环境和运行结果环境信息传统云桌

46、面（上）新型 GPU 云桌面（下）CPU4C4CMEM4GB4GBGPU/vGPU 1.5GBDISK100GB100 GB应用信息WebGLAquariumCPU 平均负载94%35%FPS1560（二二）教教育育行行业业21 世纪后，国家高度重视计算机应用教育，各大中小学、大专院校都建立了计算机教室，云桌面因其易于维护、高灵活性、低成本等特性早已被教育行业广泛使用。背景：2022 年 4 月教育部印发义务教育课程方案和课程标准（2022 年版），新课标中将“信息技术课”更名为“信息科技课”，并将其从综合实践活动课中划分出来成为享有独立课时的必修课。新课改高度重视对学生科技素养的培育，积极推

47、动数据、算法、人工智能、编程设计等方面的普及教育。痛点：围绕新课标的最新指示，为提升学生实践动手能力，寓学于用，学校需要革新教学方式，开展如编程、视频剪辑等新型信息科技课程。传统云桌面已广泛应用于教学机房，然而由于性能限制，暂无法较好支撑此类教学场景。解决方案：相对于传统桌面无法满足人工智能和轻 3D 教育软新型 GPU 云桌面发展白皮书28件应用场景的劣势，新型 GPU 云桌面可以为图形化编程和视频剪辑等教学软件提供渲染和多媒体等多方面的支持，带来更丰富多彩的应用体验。以一款无人机图形编程软件为例，在传统云桌面运行其 FPS 只有 5，而在同等配置下新型 GPU 云桌面上运行，其 FPS 为

48、 41，其流畅度是传统桌面的近十倍。图 12 新型 GPU 云桌面与传统云桌面对比运行效果新型 GPU 云桌面发展白皮书29相对于传统云桌面模式，GPU 在新型云桌面中承担了图形图像渲染和编解码的计算负载，不仅提高了服务器并发量而且保证了在高并发下，视频播放和教育软件运行的效果。由于新型 GPU 云桌面提供了统一的硬件维护、配置、监管与更新等能力，机构或学生就不必花费大量精力来购买昂贵的物理设备，并节约大量电源资源和资金成本，同时数据安全和管理也有相应的保障。五五、总总结结与与展展望望（一一）技技术术方方面面，提提升升自自研研水水平平加加快快技技术术攻攻坚坚GPU 是新型 GPU 云桌面的核心

49、，然而近年来 NVIDIA、AMD等企业相继停止对中国出口高端 GPU 芯片，国内企业需加加大大研研发发投投入入，重重视视人人才才培培养养，全全面面提提升升自自研研水水平平，突突破破技技术术瓶瓶颈颈。国内 GPU厂商近年来在该方向已经实现突破，可以有效支持新型 GPU 云桌面产品。以自研 GPU 为核心，不断与国内的 CPU、操作系统、行业软件厂商加强合作，全面提升自研水平是产业发展的主要方向。同时上下游厂商紧密合作，优化 GPU 池化和动态热迁移等功能，进一步强化灵活弹性切分、智能感知等能力，提升服务密度，降低运营成本。（二二）标标准准方方面面，建建立立行行业业标标尺尺引引导导规规范范化化发

50、发展展新型 GPU 云桌面是发展中的新事物，业内具备解决方案的厂商新型 GPU 云桌面发展白皮书30仍属少数，暂未广泛推行。当前，新型 GPU 云桌面的概念与定义尚未形成业内共识，不利于其在业内的普及发展。亟需从技术方案、建设效果、用户体验等方面，围绕新型 GPU 云桌面建建立立相相关关行行业业标标准准，树树立立建建设设标标尺尺，抹抹平平认认知知鸿鸿沟沟，引引导导云云桌桌面面产产业业链链各各领领域域的的规规范范化化发发展展。行业标准的建立与推行能够有效促进业内各企业依据规范加快建设新型 GPU 云桌面解决方案，提升技术水平、建设水平与服务水平，快速满足用户使用需求，进一步降低用户使用成本。（三