三维设计场景云计算特点
发布者：纵骥信息 时间：2024年2月5日
三维设计工作场景是指使用三维设计和其他相关软件作为主要生产工具的工作场景，三维设计工作场景主要存在于“高端制造业”、“工程设计业”和“科研院所”。
目前，在三维设计场景中，主要的硬件设备是PC和图形工作站（图形工作站是具有较强图形计算能力的PC），设计人员一人一机甚至一人二机，大量的PC和工作站带来了两方面的问题，一是PC长时间处于低负载状态，算力大量闲置、浪费巨大，这点在昂贵的服务器硬件上尤甚；二是大数量的PC给企业带来巨大的IT维护、管理工作量。以上不仅仅是这两个行业的困境，更是PC时代所有行业都面临的问题，虚拟化技术就是在这样的需求背景下产生的：在一台硬件设备上，利用闲置的CPU算力和虚拟层软件，可以模拟出多个虚拟机，每个虚拟机都模拟一套独立的硬件设备，这样，一方面以一低多，硬件的利用率大大提高，另一方面，由于虚拟机完全是用软件来表达的，因此运维的工作量也大为减少。
由于虚拟化技术在大部分的办公工作场景中都得到了良好的应用，例如：呼叫中心、银行柜台系统、企业办公环境等，因此很多设计企业也想尝试把虚拟化技术和产品应用到设计工作场景中，但结果却大多不理想，总结起来基本有以下表现：
①设计软件运行卡顿，尤其是三维设计软件，在虚拟机上运行卡顿，鼠标延迟明显，鼠标抖动无法准确捕捉对焦，无法达到设计工作要求；
②总体造价不低，基于虚拟化的远程桌面系统，平均每个桌面的投资费用甚至超过一个物理图形工作站的价格。
以上的表现，让大部分设计企业在云计算应用的尝试中，感到非常困惑，期望和结果差距巨大，差强人意的使用体验和高昂的投资费用，最终让大部分设计企业浅尝辄止，将系统束之高阁。
是什么原因造成了虚拟化技术在设计工作场景的应用遭遇困境呢？
其实，每一项技术都有其特点和适用范围，要找出原因，首先要分析清楚设计工作场景对算力要求的特点：
①设计工作场景中对算力要高，尤其是三维设计软件，对CPU、GPU、内存的要求都比较高，相比办公环境中的应用软件，三维设计软件是“重应用”，运行时需要消耗大量CPU、GPU、内存资源，
②设计工作场景中对算力储备要求高，三维设计软件对对算力峰值要求高，也就是需要比较大的算力储备，才能保证流畅运行，
③设计工作场景中对图形算力要求高，图卡不仅需要有强大的计算力，还需要能支持open GL/Direct X图形库指令全集，
以上是三维设计工作场景有别于一般办公场景的特点，以虚拟化技术为基础的远程桌面系统，在匹配这些需求特点上，出现了不适应的情况，具体表现为：
①CPU性能特性不适配: 三维设计软件80%左右的功能是以单进程方式运行的，也就是说三维设计软件运行流畅与否，主要依赖CPU单核性能，而CPU单核性能的主要指标是基准频率，一般CPU的基准频率要达到3.0GHz以上，三维设计软件才能较流畅地运行。虚拟化技术一般采用服务器平台，其性能取向为高并发和高可靠性， CPU核数较多而主频不高（主频高核数必然少），因此三维设计软件对CPU性能特点的要求，跟虚拟化服务采用的CPU有很大偏差，这是造成三维设计软件在虚拟技术使用体验不流畅的主要原因。
②虚拟化对CPU算力的分割降低了算力上限: 三维设计软件尽管大部分功能是运行在单进程状态下，但少部分功能，例如模型的转换、渲染等，能调动多核甚至全部核心参与计算，所以三维设计软件需要高的算力上限，或者说需要较大的算力储备，才能应对算力需求的峰值，但虚拟化技术对CPU算力分割后，大大降低了每台虚拟机的算力上限，这也是三维设计软件在虚拟机上卡顿，造成使用体验不佳的一个重要原因。
③虚拟化对GPU算力的分割限制了算力储备: 跟CPU类似，在虚拟化方案中，GPU也被分割成若干个虚拟GPU，造成单个虚拟GPU的峰值算力大大到降低，因此三维设计软件在进行渲染等需要峰值算力支持时，卡顿情况就会比较严重。
④虚拟化对算力有相当的消耗: 如前所述，虚拟化技术是以CPU算力的富余和闲置为前提的，以消耗一部分算力为代价来实现闲置算力的充分利用，这对于算力需求不大的办公或其他轻应用软件而言，这部分的算力消耗对其性能几乎无任何影响，但对于三维设计软件而言，其运行的流畅程度高度依赖于CPU/GPU的算力支持，15%～20%左右的算力损耗，对三维设计软件这样的“重应用”，影响是比较显著的。
⑤GPU虚拟化的软硬件成本高: 目前支持GPU虚拟化的图卡，都是最高端的产品，一般5～6万元起步， GPU虚拟化的授权费用基本和图卡硬件价格相当，两者相加就达到10～12万，在三维工作场景中，图卡是必备项，因此，将虚拟化技术应用到三维设计场景中，单GPU虚拟化一项就大大提高其推广应用的投资门槛
综上所述，面向一般办公和计算场景需求而起源发展的虚拟化技术，在设计场景中，没有获得良好的使用效果，主要是虚拟化技术和设计场景的需求特点有较大不相适应，要达到和本地工作站基本相同的设计体验，虚拟化远程桌面系统平均成本往往要高于采购图形工作站。“性能低、价格高”成为了虚拟化技术在设计工作场景，尤其是三维设计工作场景中应用的诟病。
纵骥信息针对设计场景中三维设计软件的计算需求特征，研发了“基于物理计算的云架构”——3DCloud™三维设计私有云，其“基于应用预估的负载均衡算法”能很好地匹配三维设计软件的计算需求特征，使三维设计软件移植到3DCloud™三维设计私有云上，设计人员能获得等同于本地图形工作站的“流畅、鼠标跟随无延迟、鼠标对焦快速准确”的使用体验。