VDI für CAD-Arbeitsplätze

High Performance Computing mit schlanken Clients

| Autor / Redakteur: Dr. Frank Lampe / Andreas Donner

Insbesondere bei grafikintensiven CAD-Arbeitsplätzen waren Thin- und Zero-Clients bisher chancenlos – bisher...
Insbesondere bei grafikintensiven CAD-Arbeitsplätzen waren Thin- und Zero-Clients bisher chancenlos – bisher... ( © industrieblick - Fotolia)

Ein Flaschenhals weniger: Mithilfe virtualisierter, geteilter Grafikressourcen (vGPU) lassen sich auch besonders leistungshungrige Arbeitsplätze in Architektur, Engineering, Planung und Design effizient und sicher über einen Thin Client bereitstellen.

Der Trend zur IT-Standardisierung ist ungebrochen. Anwendungen und Desktops werden zunehmend virtualisiert und zentral bzw. Cloud-gehostet bereitgestellt. Anstelle von PCs nutzen die Anwender dabei verstärkt energie- und kosteneffiziente Thin oder Zero Clients. Nach den Bereichen Office- und Standardarbeitsplätze bröckelt nun eine weitere, noch existierende PC-Domäne: Arbeitsplätze mit hohen Ansprüchen an die Grafik- und Videoperformance. Möglich wird dies durch geteilte Grafikressourcen im Rechenzentrum. Die Technik ist zwar noch relativ teuer, dennoch ist das Interesse von Unternehmen und Behörden hoch.

Hoher Bedarf an Datenschutz und IT-Effizienz

Arbeitsplätze, die eine hohe Grafikleistung erfordern, sind meist mit sensiblen oder sicherheitsrelevanten Daten verbunden. Dies gilt insbesondere für das Produktdesign oder das Engineering von Maschinen, Bauteilen und Werkzeugen. Typische Anwendungsbereiche finden sich aber auch in der Architektur und der Gebäudeplanung inklusive Verkabelung und Verrohrung oder auch in der Filmbearbeitung. Für die effiziente Arbeit im Team sollen darüber hinaus Unified-Communications-Lösungen eingebunden werden.

Schützenswerte Informationen wie CAD-Zeichnungen, unveröffentlichte Produktvideos und Konferenzen stellen ein potentielles Angriffsziel für Industrie-Spionage dar. Gleichzeitig wächst aber auch der Bedarf nach IT-Standardisierung. Als logische Konsequenz aus beiden Motivationen entscheiden sich immer mehr Unternehmen, ihre IT-Systeme in einem entsprechend gesicherten Rechenzentrum zu hosten – entweder innerhalb der eigenen Organisation oder im Inland (bzw. in einem Land mit strengen gesetzlichen Datenschutzauflagen).

Konsolidierung und Kostentransparenz

Mit dem Grad der Konsolidierung im Rechenzentrum steigen auch die Kostenvorteile. Je mehr Anwendungen zentral oder als Cloud-Service bereitgestellt werden, desto einfacher wird das IT-Management. Folgerichtig ist das Bestreben, verbleibende Insellösungen mit Fat Clients ebenfalls durch Thin oder Zero Client-Arbeitsplätze abzulösen, um so auch den Client-seitigen Aufwand für Management, Service und Support dauerhaft zu senken. Dabei ist auch ein Trend zum Outsourcing zu beobachten. Im Rahmen von Client-as-a-Service-Angeboten (ClaaS) offerieren viele Dienstleister mittlerweile auch grafikintensive Anwendungen wie CAD oder GIS inklusive Thin Client-Leasing und Management als kostentransparentes Mietangebot je Arbeitsplatz.

Schlüsseltechnologie Grafik-Sharing

Die größten Hindernisse für eine zentrale bzw. Cloud-basierte Bereitstellung grafikintensiver Anwendungen stellten in der Vergangenheit einerseits Latenzen bei der Übertragung der Inhalte dar, andererseits die fehlende Möglichkeit, physische Grafikressourcen im Datencenter zu virtualisieren und aufzuteilen. Bis dahin ließen sich hohe Anforderungen nur über 1:1-Verbindungen erfüllen.

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7 Gründe für High-End-Grafik mit Thin Clients

Die wenig performante und unwirtschaftliche Grafikkartenemulation durch die Server-CPUs (Soft GPU) kam beispielsweise für 3D-Anwendungen nicht in Frage. Mit der Hardware-basierten Grafikbeschleunigung durch geteilte Grafikprozessoren (vGPU) besteht nun ein dritter Weg, um Anwendern Grafikleistung zuzuweisen. In den entsprechend weiterentwickelten IT-Umgebungen von Citrix, VMware und Microsoft können so virtuelle Anwendungen oder Desktops einen diskreten Grafikspeicher und die hohen Leistungsstandards von DirectX und OpenGL nutzen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Mit der GRID vGPU Technologie von NVIDIA werden die Grafikanweisungen jedes virtuellen Systems direkt an den Grafikprozessor weitergegeben, ohne vom Hypervisor verarbeitet zu werden. So kann die Grafikhardware allen Systemen in jeweils zugeteilten Zeitscheiben maximale virtuelle Grafikleistung liefern.
Abbildung 1. Mit der GRID vGPU Technologie von NVIDIA werden die Grafikanweisungen jedes virtuellen Systems direkt an den Grafikprozessor weitergegeben, ohne vom Hypervisor verarbeitet zu werden. So kann die Grafikhardware allen Systemen in jeweils zugeteilten Zeitscheiben maximale virtuelle Grafikleistung liefern. (Bild: NVIDIA)

Bis zu 32 User pro Grafikkarte

Bei den Grafikkarten des Technologievorreiters NVIDIA lassen sich jedem Grafikprozessor bis zu acht Anwender zuweisen. Weil beispielsweise eine NVIDIA GRID K1 Karte vier physikalische GPUs besitzt, können bis zu 32 Anwender gemeinsam darauf zugreifen. Bezüglich der Zuweisung werden dabei drei Arten von Hardware-basierter Grafikbeschleunigung unterschieden, die nicht in jedem Ökosystem zur Verfügung stehen (siehe Tabelle 1).

Beim GPU Sharing wird die GPU mehreren virtualisierten Anwendungen (Citrix XenApp) oder Desktops (VMware vSGA [Virtual Shared Graphics Acceleration]) bereitgestellt. Für virtuelle Desktops mit besonders hohen Anforderungen (z.B. für 3D) kommt eine 1:1-Beziehung in Frage (Dedicated GPU für Citrix XenDesktop bzw. VMware vDGA [Virtual Dedicated Graphics Acceleration]).

Ungleich flexibler ist die 1:n-Zuweisung zu virtuellen Desktops über virtualisierte GPUs (vGPU). In Kombination mit den passenden Hypervisoren unterstützt NVIDIA mit vGPU sowohl Citrix XenDesktop als auch VMware Horizon.

Anforderungen an den Thin Client

Für die performante Übertragung an den Thin Client entwickelten die führenden Softwareanbieter Citrix, VMware und Microsoft jeweils neue High-Performance-Protokolle (siehe Tabelle 2). Dies sind HDX 3D Pro für Citrix XenApp und XenDesktop, das „Pixel Perfect“-Protokoll PCoIP in Kombination mit der Build-to-Lossless-Funktion für VMware Horizon sowie RemoteFX für die Remote Desktop Services von Microsoft Windows Server (ab Version 2008 R2).

Um die entsprechenden Anforderungen zu erfüllen, entwickelten auch die Thin Client-Hersteller ihre Lösungen weiter und nehmen an entsprechenden Zertifizierungsprogrammen wie z.B. Citrix HDX Ready bzw. HDX Ready Premium teil. Dank der Leistungsfähigkeit der Thin Client-Hardware lässt sich ein 2D-Arbeitsplatz heute schon recht kostengünstig über einen Standard-Thin Client mit Doppelkernprozessor abbilden, beispielsweise einen IGEL UD5. Für den professionellen 3D-Bereich gibt es besonders performante Hardware wie den IGEL UD6 mit Quadcore CPU und 2 GB RAM.

Mit Thin Clients Mehrkosten kompensieren

Natürlich verursachen die speziellen Server-Karten von NVIDIA, AMD oder Intel, die eine hardwarebasierte Grafikbeschleunigung mittels GPU-Virtualisierung erlauben, zusätzliche Kosten im Datencenter. Je mehr User sich eine Karte teilen, desto wirtschaftlicher ist die Lösung aber.

Ein absoluter High-End-User kann jedoch unter Umständen auch eine Karte und zwei Server im Backend für sich alleine benötigen. Die Mehrkosten im Rechenzentrum gegenüber einer lokalen PC-Lösung lassen sich dann aber zumindest teilweise durch die Einsparungen der erweiterten Thin Client-Infrastruktur ausgleichen. Werden Insellösungen mit PCs durch eine Kombination aus Thin Client und Private Cloud ersetzt, sinken die arbeitsplatzbezogenen IT-Gesamtkosten im Durchschnitt noch weiter.

Eine kostengünstige Migration können Unternehmen und Behörden mithilfe von Software Thin Clients realisieren, die dann als Übergangslösung sehr performant auf der leistungsstarken PC-Hardware laufen. Weitere Kostenvorteile ergeben sich durch eine höhere Arbeitsmobilität. Mit einem Thin Client-Konzept sind die Anwender – im Rahmen der Verfügbarkeit geeigneter Hardware – nicht mehr an einen bestimmten Platz im Büro gebunden (Desk Sharing). Eine ausreichende Bandbreite vorausgesetzt, kommen Thin Clients auch für sichere Heimarbeitsplätze in den Bereichen Entwicklung und Design in Frage. Und last but not least erhöhen Thin Clients den für viele Unternehmen nicht unerheblichen Datenschutz.

Kriterien zur Anbieterauswahl

Wie hoch der Gewinn an Effizienz und Sicherheit letztendlich ist, hängt vom gewählten Thin Client-Anbieter und dessen Lösungen ab. Den entscheidenden Unterschied macht dabei häufig die Software. So gestattet beispielsweise die bei IGEL Technology im Lieferumfang enthaltene Universal Management Suite (UMS) über alle Betriebssysteme (Windows Embedded und IGEL Linux) und Formfaktoren hinweg ein übergreifendes Remote-Management, das vom einfachen Zero Client, über den Software Thin Client UDC2 bis zum hoch performanten Multiprotokoll-Thin Client UD6 reicht. Mit ihrem profilbasierten Aufbau punktet die UMS insbesondere in Verbindung mit Dualview-Arbeitsplätzen. Darüber hinaus integriert IGEL zahlreiche Funktionen, um den Datenschutz zu optimieren, beispielsweise ein zertifikatbasiertes, verschlüsseltes Remote-Management, Unterstützung für diverse VPN- und Authentifizierungslösungen oder eine erweiterte USB-Kontrolle.

Fazit

Mit GPU-Virtualisierung und leistungsstarken Thin Clients lassen sich grafikintensive Arbeitsplätze sicher und performant bereitstellen, um damit je nach Bedarf die Arbeitsplatzstandardisierung, die Mobilität oder das IT-Outsourcing voranzutreiben.

Dr. Frank Lampe
Dr. Frank Lampe (Bild: IGEL/Tobias Hoops)

Angesichts des noch hohen Investitionsniveaus gilt es allerdings genau hinzuschauen, welche zusätzlichen Einsparpotentiale und Sicherheitsfeatures die Thin Client-Lösung bietet.

Über den Autor

Dr. Frank Lampe kam 2004 zu IGEL und verantwortete zunächst das EMEA-Marketing bevor er Marketing Director wurde. Er ist Autor und Herausgeber mehrerer Fachbücher und promovierte im Bereich Internationales Management und Internationale Marktexpansion.

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