Hyper-V GPU直通配置指南

虚拟机的图像由 CPU 渲染。然而众所周知，CPU 渲染的图形不仅不美观，实际上几乎无法观看。即便启用基于 RDP 的增强会话，图像清晰度的提升也极其有限。最初 DirectX 处于禁用状态；启用增强会话后，若进一步禁用 DirectDraw 和 AGP，则图像质量反而更差。因此，必须找到一种方法，使虚拟机能够使用 GPU。

什么是GPU直通？

GPU直通是指绕过操作系统层，直接将物理设备（此处为GPU）从PCI插槽分配给虚拟机。通常情况下，PCI设备通过宿主操作系统提供给虚拟机：操作系统先识别PCI设备，再为其向虚拟机提供模拟设备。而直通技术则直接将物理设备分配给虚拟机，使虚拟机将其识别为一块真实的显卡。常规的设备模拟过程涉及宿主操作系统的驱动程序、QEMU的虚拟驱动程序，再转发至客户操作系统驱动程序；而在直通情况下，虚拟机仅看到一个被模拟的设备。

GPU直通的优势

1. 性能损耗极小：无论是用于人工智能应用、深度学习还是科学计算，GPU直通都能实现GPU资源的最大化利用。由于无需经过模拟或转换过程，性能损耗几乎可以忽略不计。在直通虚拟机中，GPU性能可达物理机性能的95%以上。凭借数千个计算单元，GPU在并行计算方面表现卓越。

2. 强大的功能兼容性：与模拟或虚拟化的GPU不同，直通技术允许在虚拟机内直接安装制造商提供的驱动程序。这使得GPU的全部功能均可正常使用，包括3D图形渲染、硬件视频编解码、人工智能、机器学习，甚至最新的多GPU互连技术。

3. 无供应商锁定：将 GPU 服务器迁移至云端十分简便。得益于 GPU 直通技术，整个过程可在数天内完成。

如何将 GPU 连接到 Hyper-V 虚拟机？

1. 获取 GPU 信息

运行以下 PowerShell 命令（PowerShell 2.0 和 PowerShell ISE 均可，但必须以管理员身份运行）：

Get-VMHostPartitionableGpu

请记下您要连接的 GPU 的名称。AMD 的代码应类似于 VEN_1002。

2. 从虚拟机中移除原始GPU分区适配器（可能会出现错误，但可忽略）：

$vm = "001"Remove-VMGpuPartitionAdapter -VMName $vm

此处虚拟机命名为“001”。请将“001”替换为您的实际虚拟机名称。

3. 向虚拟机添加 GPU 分区适配器（以 RTX 4060 为例）并进行配置。

$vm = "Enter your VM name here"$gpu_path = "Enter the Name you just obtained"Add-VMGpuPartitionAdapter -VMName $vm -InstancePath $gpu_pathSet-VMGpuPartitionAdapter -VMName $vm-MinPartitionVRAM 80000000 -MaxPartitionVRAM 100000000 -OptimalPartitionVRAM 100000000-MinPartitionEncode 80000000 -MaxPartitionEncode 100000000 -OptimalPartitionEncode 100000000-MinPartitionDecode 80000000 -MaxPartitionDecode 100000000 -OptimalPartitionDecode 100000000-MinPartitionCompute 80000000 -MaxPartitionCompute 100000000 -OptimalPartitionCompute 100000000 Set-VM -GuestControlledCacheTypes $true -VMName $vmSet-VM -LowMemoryMappedIoSpace 1Gb -VMName $vmSet-VM -HighMemoryMappedIoSpace [Enter the amount of memory you allocated to the VM in GB]GB -VMName $vm

说明：

-MinPartitionVRAM、-MaxPartitionVRAM、-OptimalPartitionVRAM：设置GPU分区的最小、最大和最优显存分配量。

-MinPartitionEncode、-MaxPartitionEncode、-OptimalPartitionEncode：设置编码资源分配。

-MinPartitionDecode、-MaxPartitionDecode、-OptimalPartitionDecode：设置解码资源分配。

-MinPartitionCompute、-MaxPartitionCompute、-OptimalPartitionCompute：设置计算资源分配，单位为字节。

注意：数值不得超过 GPU 提供的限值。为简化设置，可将所有数值设为相同。

Set-VM -GuestControlledCacheTypes $true：允许客户操作系统控制缓存类型。

Set-VM -LowMemoryMappedIoSpace 1GB：将低内存映射 I/O 空间设置为 1 GB。

Set-VM -HighMemoryMappedIoSpace ……：设置高内存映射 I/O 空间，使其与虚拟机分配的内存相匹配。

4. 完成上述步骤后，启动虚拟机，它将识别出GPU。但此时仍缺少必要的驱动程序。

本质上，GPU 在宿主机上运行，而虚拟机接收直通信号。因此，虚拟机必须使用与宿主机相同的驱动程序，且驱动程序文件应放置在类似门户的文件夹中。

5. 找到驱动程序文件夹

按 Win + R，输入 dxdiag，然后生成报告。

6. 在报告中，按 Ctrl + F，搜索“显卡名称”，然后找到您的目标 GPU。

7. 将 NVIDIA 驱动程序文件夹复制到虚拟机的目录中：

C:\WINDOWS\System32\HostDriverStore\FileRepository

（如果文件夹不存在，请先创建。虚拟机应处于增强会话模式）。

然而，在实际操作中，该文件夹无法直接复制——原因可能是权限问题。主机的系统文件夹对虚拟机是隐藏的。解决方法如下：

将文件夹复制到主机的桌面 → 然后复制到虚拟机的桌面 → 最后将其移动到目标目录。

增强会话是一种基于RDP的交互技术，类似于流式传输，用于连接主机与虚拟机之间的可信部分。在此模式下，文件可在主机与虚拟机之间复制。

8. 重启虚拟机。此时GPU应已成功连接。

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然而，GPU 直通虽能显著提升虚拟机的图形性能与计算能力，但也带来了技术复杂性：它需要硬件支持（如 VT-d/IOMMU）、驱动兼容性、复杂的系统配置，且可能限制虚拟机在不同主机间的可移植性。对于管理大规模虚拟化环境或混合部署的企业而言，灵活性与强大的数据保护能力，与性能同样重要。

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为 Hyper-V 添加 GPU 常见问题解答

1. 什么是离散设备分配（DDA）？

DDA 是 Hyper-V 中的一项功能，允许将 PCIe 设备（例如 GPU）直接直通给虚拟机。它可提供接近原生的性能，非常适合需要 GPU 加速的工作负载，例如人工智能、计算机辅助设计或视频处理。

2. GPU 直通会影响宿主机性能吗？

是的。一旦通过 DDA 分配，宿主机将失去对该 GPU 的访问权限，无法将其用于本地显示或计算任务。该 GPU 完全由虚拟机控制。

结论

虽然基于CPU的渲染无法为虚拟机提供可用的图形性能，但GPU直通却提供了一种变革性的解决方案。通过将物理GPU资源直接分配给虚拟机，直通技术消除了仿真带来的瓶颈，实现了接近原生的性能、完整的功能兼容性以及厂商选择的灵活性。在Hyper-V环境中，配置GPU直通可能需要执行若干精确步骤，但其回报极为显著：GPU资源得以无缝利用、视觉输出质量得到提升，并可支持3D渲染和AI工作负载等高要求应用。借助正确的配置，虚拟机终于能够充分发挥现代GPU的全部性能——使虚拟化环境重新获得卓越的性能、清晰的画质与强大的功能。