也許某些用功的科科，過去曾聽聞過和GPU虛擬化可扯上關係的幾個技術名詞，像SR-IOV、Fixed Pass-Through或Mediated Pass-Through等等，但這些名詞與其背後的觀念，早在2008年甚至更早，就被VMware一鎚定音，至今幾乎毫無任何改變。
VMware在2008年發表的GPU虛擬化技術白皮書 “GPU Virtualization on VMware’s Hosted I/O Architecture”，列出4個評鑑面向。
VMware更進一步的攤開整個GPU虛擬化手段的分類表，構成今日大部分GPU虛擬化的技術基礎，各位科科請先多看個幾秒，我會等你。圖中橘色的那個點，象徵著VMware SVGA的地位。
各位科科可能乍看之下摸不著頭緒，但筆者將其整理成下表，應該就可以馬上掌握重點了。值得注意的是，偏向軟體的「前端」和貼近硬體的「後端」，兩者並非互斥，實際上可以相輔相成。
我們先從前端看起，這裡可分成2種：遠端存取API (API Remoting，或稱為API Forwarding和Split Driver) 和裝置模擬 (Device Emulation)。
既然GPU底層硬體和驅動程式上頭還有OpenGL和Direct3D這些3D API，為何不乾脆讓虛擬機的應用程式，透過遠端程序呼叫 (RPC, Remote Procedure Call)，將其需求重新導入到擁有100%顯示卡使用權的機器上遠端執行不就搞定了？誰說3D應用程式只能在本機執行？
在2009年這個時間點，頗為知名的VMGL (也就是Xen GL) 和WireGL/Chromium，將用戶端虛擬機上的OpenGL命令，透過網路(或虛擬網路)轉移到遠端具備顯示卡的系統，讓虛擬機也能享受到OpenGL硬體加速的效果。換言之，變相虛擬化3D API，將每個OpenGL應用程式視為獨立的硬體裝置，只要顯示卡支援OpenGL，亦可相容來自不同廠商的不同GPU硬體。
頗有「射後不理」味道的API Remoting看似易於實作，但卻會犧牲掉附加功能性，如快速有效的收集運行狀態資訊。也因此，VMGL增加了狀態追蹤，以提供程式執行中止、回復、與將暫停狀態存入硬碟等功能，免得跑一跑就很難踩煞車。
此外，這種網路重定向的遠端API調用，須盡其所能的縮短網路延遲，這也是NVIDIA願意以70億美元併購Mellanox的主因，VMware和NVIDIA合作、可動態分配GPU資源的Bitfusion，就很仰賴良好的網路基礎架構。
前端GPU虛擬化的另一邊，則是模擬出完整功能的GPU，實現無懈可擊的附加功能性，怎樣上下其手都沒有關係，但缺點也很明顯，這樣作將極度消耗系統資源。
VMware的SVGA II虛擬GPU(2008年)，雖然概觀上屬於裝置模擬，但其實也融入了部份API Remoting(SVGA3D繪圖通訊協定)的概念，以降低系統資源需求和複雜度。
相較於「軟體的前端」，「硬體的後端」就比較容易理解了：「1顆GPU綁死在單一虛擬機上」的固定式導通(Fixed Pass-Through或Direct Pass-Through)與「GPU仍可被多個虛擬機共享」的協調式導通(Mediated Pass-Through)。更重要的是，這兩者都建立在現成硬體規範之上：IOMMU(如Intel VT-d)和PCI Express 3.0的SR-IOV (Single-Root I/O Virtualiztion)。
Fixed Pass-Through(固定直通模式)的應用場景很簡單：近似硬體分割區，假設你的電腦裡面裝了2張顯示卡，上頭跑2個虛擬機，就個別分配給單一虛擬機，不能切換，也不能將工作轉移到其他GPU上。Fixed Pass-Through讓虛擬機獨享GPU，可得到最好的效能及功能完整度，但犧牲多工性及附加功能性(如動態遷移和GPU分割)，當管理大量的GPU時，更是一場災難。
NVIDIA SLI Multi-OS是當時最常見的應用範例，例如：將2台只有1張顯示卡的繪圖工作站，整合成1台具有2張顯示卡的系統，簡化管理工作。因需IOMMU切割不同GPU所需的記憶體位址空間，NVIDIA SLI Multi-OS強制對應支援Intel VT-d的系統平台，相信科科不會忘記之前關於I/O虛擬化的內容。
但可讓GPU同時被複數虛擬機共享的Mediated Pass-Through(協調共享模式)，除了「可能」動用SR-IOV等外部I/O硬體虛擬化技術，也須進行某種程度的裝置模擬，與付出虛擬機Hypervisor須維護並快速載入所有虛擬GPU狀態的額外成本。
簡而言之，Mediated Pass-Through和Fixed Pass-Through最大的不同點，在於前者類似x86指令集虛擬化的VT-x和AMD-V，把影響性能的工作(如密集運算)，直接 “Pass Through” 給虛擬機，而和性能無關的部份(主要是特權模式的作業，像重新映射記憶體位址)等，則「攔截」下來，透過模擬層來處理。如同筆者在前面所述，軟體的前端與硬體的後端並非油水分離，實為魚水共生。
相信現在各位科科在腦海中已經建立起GPU虛擬化的全貌。
接著我們就來瞧瞧，NVIDIA和AMD這些年來究竟幹了哪些好事。啊，筆者差點就不小心忘記Intel了，但請別小看Intel，他們一開始在GPU虛擬化的領域，可是走得很前面的。科科。
