移动云中国电信研究院摩尔线程CHINA TELECOMCAICT中国信通院MOORE THREADS新型GPU云桌面发展白皮书加速传统云桌面迈入GPU时代运动中移（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2023年5月前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。目录一、云桌面发展概述(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PC6(三)产业链协作持续加深，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四、基于GPU的新型云桌面应用场景,18.191、Office办公场景.2、视频会议场景…3、高清视频播放场景，224、网页浏览场景….25(二)教育行业…五、总结与展型.29(一)技术方面，提升自研水平加快技术攻坚(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.30(五)市场方面，拓宽适用场景加速落地推广…31新型GPU云来面发展白皮书运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动脉运营动运营动新型GPU云来面发展白皮书一、云桌面发展概述(一)数字模式兴起，云桌面大幅提升数字时代生产效率全球数字经济发展进入快车道。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%，我国数字经济规模达45.5万亿元，占GDP比重的39.8%。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。疫情催生旺盛的数字化办公需求。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，在疫情的驱动下得到进一步推广应用。云桌面优势显著有助于提升效率。云桌面是一种基于云计算的数据来源：《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云来面发展白皮书桌面交付模式，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：一是提升灵活性，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；二是保障安全性，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；三是增强可维护性，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；四是节约成本，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)增长步伐趋缓，传统云桌面技术底座升级迫在眉睫云桌面市场增长面临危机。云桌面的技术架构主要包括VDI(Virtual Desktop Infrastructure,虚拟桌面基础架构)、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DV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P℃(Personal Computer,个人电脑)市场的出货量达5700万台4，从市3来源：GB/T37950-2019《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，Canalys新型GPU云来面发展白皮书场规模看，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。传统云桌面仍存诸多不足。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P℃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。云桌面底座升级势在必行。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职能过重的缺陷亟待解决，云桌面底座升级迫在眉睫。(三)突破性能瓶颈，GPU技术驱动云桌面发展进入新拐点GPU发挥并行计算优势前景广阔。GPU(Graphics Processing新型GPU云来面发展白皮书Unit,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，目前已应用于人工智能、自动驾驶、金融分析等领域。自研GPU全面发力快速发展。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32.82%5。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GU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。云桌面融合GPU将成为新业态。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。s数据来源：GPU全球市场规模预测，Verified Market Research新型GPU云来面发展白皮书二、基于GPU的新型云桌面概述(一)全面拉齐行业认知，准确定义新型GPU云桌面新型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%5。同时，在教育、医疗、数字办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云来面发展白皮书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)GPU云桌面价值凸显，核心能力全面对标物理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GU云桌面的核心价值如下：1、最大化硬件效用：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CU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。云桌面并发路数40404040302520135视频播放WebGL AquariumPowerPoint播放Tello EDU■传统云桌面■新型GPU云桌面图1新型GPU云桌面与传统云桌面性能评测对比2、提升用户操作体验：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GPU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、扩大应用适配范围：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云来面发展白皮书户体验，这使得传统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Tllo,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)产业链协作持续加深，合力构筑GPU云桌面新生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、硬件供应商：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、虚拟化软件提供商：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、云桌面解决方案提供商：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、