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Der GPU-Zugriff in VMware wird niemals automatisch aktiviert. Ohne korrekte Host-Konfiguration, Lizenzen und VM-Einstellungen erkennt das Gastbetriebssystem keine physische Grafikhardware. Unabhängig davon, ob Sie GPU-Passthrough in VMware ESXi aktivieren oder einen gemeinsamen Zugriff für mehrere virtuelle Maschinen einrichten möchten, hängt die passende Vorgehensweise von Ihrem Hypervisor und den Anforderungen der Workloads ab.
Dieser Leitfaden beschreibt drei Methoden zur Aktivierung des GPU-Zugriffs in VMware-Umgebungen:
Jede Methode weist unterschiedliche Hardwarevoraussetzungen, Lizenzimplikationen und Vor- und Nachteile je nach Anwendungsfall auf, die in den folgenden Abschnitten erläutert werden.
Standardmäßig greifen VMware ESXi und Workstation auf einen softwareemulierten SVGA-Treiber zurück. Physische Grafikhardware wird virtuellen Maschinen nicht automatisch bereitgestellt. Wenn eine VM GPU-intensive Aufgaben ausführen soll, muss der Zugriff explizit konfiguriert werden.
VMware unterstützt drei voneinander abgegrenzte Ansätze, die jeweils für unterschiedliche Umgebungen und Anforderungen geeignet sind.
Vergleich: GPU-Passthrough, NVIDIA vGPU und Workstation-3D-Beschleunigung
Die nachfolgende Tabelle fasst die zentralen Unterschiede zusammen.
| Passthrough (DirectPath I/O) | NVIDIA vGPU | Workstation 3D | |
|---|---|---|---|
| Plattform | ESXi / vSphere | ESXi + NVIDIA-Lizenz | VMware Workstation |
| GPU pro VM | 1:1 dediziert | 1 GPU für mehrere VMs | Virtuell (gemeinsam mit Host) |
| CUDA / KI-Workloads | Vollständig unterstützt | Nur C-Serien-Profile | Nicht unterstützt |
| VDI / Mehrbenutzer | Nein | Ja | Nein |
| Live-Migration von VMs | Nicht unterstützt | Unterstützt | Nicht zutreffend |
| Kosten | Niedrig (nur Hardware) | Hoch (Lizenz erforderlich) | Niedrig |
| Optimal für | KI/ML, Rendering, Hochleistungsrechnen | Unternehmens-VDI, Remote-Arbeit | Entwicklung, Tests, einfache 3D-Anwendungen |
Bevor Sie Ihre Virtualisierungsumgebung konfigurieren, prüfen Sie, ob Hardware, Host-Firmware, Hypervisor-Version und Lizenzen alle erforderlichen Bedingungen erfüllen. Das Auslassen dieser Prüfungen ist der häufigste Grund für fehlgeschlagene GPU-Virtualisierungs-Setups.
Um einer VM den GPU-Zugriff zu gewähren, müssen Host-CPU und Motherboard hardwaregestütztes Directed I/O unterstützen.
Konfigurieren Sie zuerst die Host-Firmware, bevor VMware mit der GPU interagieren kann:
Verschiedene VMware-Versionen handhaben PCIe-Passthrough unterschiedlich:
NVIDIA und AMD unterteilen ihre Produktlinien in Consumer- und Enterprise-Klassen, die die Virtualisierungsunterstützung bestimmen:
NVIDIA vGPU erfordert zusätzlich zur Hardware eine abonnementbasierte Lizenz. Die wichtigsten Optionen lauten:
Sobald Hardware und Lizenzen geprüft sind, können Sie mit der Konfiguration des Hypervisors beginnen.
GPU-Passthrough (VMDirectPath I/O) gewährt einer VM exklusiven direkten Zugriff auf eine physische PCIe-GPU und umgeht vollständig die Übersetzungsebene des Hypervisors. Das Gastbetriebssystem erkennt die Karte wie bei Bare-Metal-Betrieb und eignet sich daher für KI/ML, Rendering und CUDA-Workloads.
Befolgen Sie diese vier Schritte, um Passthrough auf Ihrem ESXi-Host zu konfigurieren und die GPU einer VM zuzuweisen.
Bevor eine VM die GPU nutzen kann, muss ESXi die Kontrolle über das PCIe-Gerät abgeben.
NVIDIA-GeForce-Treiber erkennen, wenn sie in einer VM ausgeführt werden, und verweigern die Initialisierung – dies führt zu einem Fehler „Code 43“ im Gastbetriebssystem. Dieser Parameter verbirgt die Präsenz des Hypervisors und verhindert diesen Fehler.
lspci | grep -i nvidia
Sobald die GPU fehlerfrei erkannt wird, ist die VM für GPU-beschleunigte Workloads einsatzbereit.
Im Gegensatz zu Passthrough ermöglicht NVIDIA vGPU die gleichzeitige Nutzung einer einzelnen physischen GPU durch mehrere VMs. Dies ist praktisch für VDI-Bereitstellungen, Ingenieurcluster und KI-Pipelines, bei denen die Zuweisung einer dedizierten Karte pro Benutzer nicht durchführbar ist.
1. Melden Sie sich beim vSphere Client an und wählen Sie Ihren ESXi-Host aus.
2. Wechseln Sie zur Registerkarte Konfigurieren, erweitern Sie Hardware und wählen Sie Grafik aus.
3. Klicken Sie unter Host-Grafik auf Bearbeiten und legen Sie den Standard-Grafiktyp auf Shared Direct fest.
4. Aktivieren Sie SSH auf dem Host und stellen Sie eine Verbindung per Secure-Shell-Client her.
5. Versetzen Sie den Host in den Wartungsmodus:
esxcli system maintenanceMode set --enable true6. Kopieren Sie das vGPU-Hosttreiber-VIB-Paket auf einen Datastore, auf den der Host zugreifen kann.
7. Installieren Sie den Treiber über den absoluten Pfad zur VIB-Datei:
esxcli software vib install -v /vmfs/volumes/Ihr-Datastore/NVIDIA-VMware_ESXi_Driver.vibesxcli software vib install veraltet. Verwenden Sie stattdessen esxcli software component apply. Genauere Befehlssyntax entnehmen Sie den NVIDIA vGPU-Versionshinweisen.8. Starten Sie den Host neu, verlassen Sie den Wartungsmodus und führen Sie folgenden Befehl aus, um zu bestätigen, dass der Treiber geladen wurde:
nvidia-smiVerständnis der NVIDIA vGPU-Profilbezeichnungen
NVIDIA-Profile folgen einer standardisierten Namenskonvention. Beispielsweise gliedert sich NVIDIA A40-4Q wie folgt auf:
Auswahl der passenden Workload-Klasse
nvidia-smi
Die Ausgabe sollte das zugewiesene virtuelle Profil, dessen VRAM-Zuweisung und alle aktiven Prozesse anzeigen.
VMware Workstation läuft auf einem Host-Betriebssystem und nicht direkt auf Hardware. Dadurch funktioniert der GPU-Zugriff anders als unter ESXi – dieser Unterschied ist vor der Konfiguration unbedingt zu berücksichtigen.
VMware Workstation unterstützt kein PCIe-Passthrough. Dies ist eine architekturbedingte Einschränkung von gehosteten Hypervisoren und kein Konfigurationsfehler.
Stattdessen nutzt Workstation Virtualisierungs-Übersetzungs-APIs, um Grafikbeschleunigung bereitzustellen:
nvidia-smi im Gast liefert keine Ausgabe.
Im Folgenden werden gängige Fehler und deren Behebung beschrieben:
Vulkan-Renderer-Konflikt bei Laptops mit Dual-GPU
Auf Laptops mit integrierter Intel-Grafik und diskreter NVIDIA-Karte kann die VM abstürzen oder einen schwarzen Bildschirm anzeigen. Fügen Sie folgenden Parameter zur .vmx-Datei der VM hinzu, um das Vulkan-Rendering zu deaktivieren:
mks.enableVulkanRenderer = "FALSE"
Grafikverzerrungen nach einem Workstation-Update
Flackernde Fenster oder verschobene Mauszeiger nach einem Workstation-Update deuten darauf hin, dass der SVGA-Treiber im Gast nicht mit der neuen Host-Version übereinstimmt. Deinstallieren Sie VMware Tools im Gastbetriebssystem, starten Sie neu und installieren Sie das aktualisierte VMware-Tools-Paket erneut.
Die Option „3D-Grafik beschleunigen“ ist ausgegraut
Überprüfen Sie, ob hardwarebasierte Virtualisierungserweiterungen (Intel VT-x oder AMD-V) im Host-BIOS/UEFI aktiviert sind. Ohne diese CPU-Funktionen kann Workstation keine hardwaregestützte Grafikbeschleunigung bereitstellen.
Die GPU-Virtualisierung erfordert eine enge Abstimmung zwischen Host-Hardware, Hypervisor, Gastbetriebssystem und Treiberstack. Nachfolgend werden die häufigsten Fehler und deren Lösungen erläutert.
1. „Passthrough kann erst nach Host-Neustart aktiviert werden“ (Status bleibt nach Neustart auf „Neustart erforderlich“)
Dieser Fehler tritt meist auf, wenn der ESXi-Kernel die GPU weiterhin für die eigene Konsolenausgabe reserviert und nicht an die Passthrough-Ebene übergibt.
Lösung: Starten Sie den Host neu, wechseln Sie zu PCI-Geräte und schalten Sie Passthrough einmal aus und wieder ein. Ändert sich der Status trotzdem nicht auf Aktiv, stellen Sie eine SSH-Verbindung her und führen Sie folgenden Befehl aus:
esxcli system settings kernel set -s vga -v FALSE
Führen Sie nach Ausführung des Befehls einen weiteren Host-Neustart durch und prüfen Sie den Passthrough-Status.
2. „Modul ‚DevicePowerOn‘ Start fehlgeschlagen“ (VM lässt sich nach Hinzufügen eines PCI-Geräts nicht starten)
PCIe-Passthrough-Geräte erfordern eine dauerhafte Festlegung des VM-Speichers im Arbeitsspeicher. Standardmäßig kann ESXi VM-Speicher auf die Festplatte auslagern, was mit der direkten Gerätezuweisung unvereinbar ist.
Lösung: Öffnen Sie Einstellungen bearbeiten für die VM, erweitern Sie den Bereich Speicher und aktivieren Sie Gesamten Gastspeicher reservieren (vollständig gesperrt). Speichern Sie die Einstellungen und starten Sie die VM.
3. GPU-Treiber nicht erkannt / Windows-Geräte-Manager zeigt „Code 43“
Consumer-GPUs (wie NVIDIA-GeForce-Karten) erkennen, wenn sie in einer VM ausgeführt werden, und deaktivieren sich absichtlich.
Lösung: Fügen Sie folgenden Parameter zur VM-Konfiguration hinzu, um die Hypervisor-Signatur vor dem Gastbetriebssystem zu verbergen:
Navigieren Sie zu Einstellungen bearbeiten > VM-Optionen > Erweitert > Konfigurationsparameter > Konfiguration bearbeiten und fügen Sie hinzu:
hypervisor.cpuid.v0 = FALSE
Speichern Sie die Einstellungen, starten Sie die VM und installieren Sie den GPU-Treiber im Gastbetriebssystem neu.
4. „Modul ‚MKS‘ Start fehlgeschlagen“
Dieser Fehler tritt typischerweise bei der Einrichtung von NVIDIA vGPU auf einer VM auf, auf der gleichzeitig die virtuelle 3D-Beschleunigung von VMware (vSGA) aktiviert ist. Beide Komponenten kollidieren auf der virtuellen Anzeigeschicht.
Lösung:
Nach Deaktivierung von vSGA übernimmt der NVIDIA-Gasttreiber die 3D-Beschleunigung vollständig.
5. nvidia-smi liefert „Keine Geräte gefunden“ in VMware Workstation
Dieses Verhalten ist erwartet. VMware Workstation stellt dem Gastbetriebssystem keine physische GPU zur Verfügung. Die VM nutzt stattdessen einen virtuellen VMware SVGA 3D-Adapter – folglich funktionieren nvidia-smi, CUDA und weitere GPU-Compute-Tools nicht im Gast.
Für CUDA- oder Compute-Workloads verwenden Sie stattdessen ESXi mit GPU-Passthrough oder NVIDIA vGPU.
GPU-Passthrough blockiert die vSphere-Live-Migration (vMotion). Wenn einer VM ein physisches PCIe-Gerät direkt zugewiesen ist, steht der Standardmigrationspfad nicht zur Verfügung. Dies stellt ein erhebliches Problem bei Hardware-Upgrades, Host-Ausmusterungen oder Rechenzentrumskonsolidierungen dar, bei denen diese VMs verschoben werden müssen.
Das Verschieben einer VM mit GPU-Passthrough erfordert üblicherweise das Herunterfahren der VM, das Entfernen der PCI-Gerätezuweisung, die Migration der VM und die erneute Konfiguration von Passthrough auf dem neuen Host. Bei Umgebungen mit zahlreichen GPU-beschleunigten Workloads ist diese manuelle Vorgehensweise im großen Maßstab zeitaufwendig und fehleranfällig.
i2Migration wurde genau für solche komplexen Migrationsszenarien entwickelt. Das Tool unterstützt unterbrechungsfreie Komplettmaschinenmigration mittels hybrider Block- und Dateiebener-Replikation, sodass Produktionsworkloads während der Übertragung weiterlaufen. Nach Abschluss der Migration kann das GPU-Passthrough auf dem Zielhost neu konfiguriert werden, während das System bereits verfügbar ist.
Für Teams, die neben GPU-Workloads auch VMware HA-Konfigurationen betreiben, bietet die Kombination von i2Migration und i2Availability eine umfassende Lösung: i2Migration übernimmt die einmalige Systemverschiebung, während i2Availability Echtzeit-Replikation und automatischen Failover für dauerhaften Hochverfügbarkeitsschutz bereitstellt.
Der GPU-Zugriff in VMware hängt davon ab, die passende Methode an Ihre Umgebung anzupassen. Passthrough liefert volle Hardware-Leistung für eine einzelne VM. NVIDIA vGPU teilt diese Hardware auf mehrere Benutzer auf. Die Workstation-3D-Beschleunigung deckt Entwicklungs- und Testaufgaben ohne spezielle Enterprise-Hardware ab.
Wenn VMs mit aktiviertem Passthrough später verschoben werden müssen, planen Sie im Voraus. Tools wie i2Migration von Info2soft meistern die Komplexität der Migration von GPU-konfigurierten Workloads zwischen Hosts und Umgebungen ohne Unterbrechung der Produktionsabläufe.
