L'usage direct du GPU de l'hôte par la VM (GPU passthrough) permet d'obtenir le plus haut niveau de performance exigé par certaines applications s'exécutant sur un système virtualisé ayant besoin d'exploiter au maximum les capacités du GPU comme le rendu 3D ou le machine learning.

Le GPU et les contrôleurs intégrés à la carte graphique de l'hôte (contrôleur audio, parfois usb et série) seront dédiés à l'usage exclusif de la VM : le système invité les pilote directement.

• Ubuntu 25.10 (questing)
• Linux 6.17.0-8-generic
• libvirtd (libvirt) 11.6.0
• AMD AMD Ryzen 7 7800X3D ; 32 GO RAM ; carte-mère Asus TUF GAMING X670E-PLUS WIFI

Pour que cela soit possible, le PCI passthrough doit être supporté matériellement :

• Côté processeur : avec les fonctionnalité VT-d pour Intel ou AMD-IOV/AMD-Vi pour AMD ;
• Côté carte mère : le IOMMU¹⁾ intégré au chipset permet aux périphériques qui en sont capables (GPU, contrôleur réseau, contrôleur de stockage) d'accéder directement à la mémoire (Direct Memory Access ou DMA) sans solliciter le CPU. Il assure également un rôle d'isolation des entrées/sorties et des accès à la mémoire pour éviter qu'une machine virtuelle ne fasse une attaque DMA sur le matériel du serveur physique.

C'est dans le BIOS de l’hôte qu'il faudra activer ces options.

Pour vérifier que les options de virtualisation nécessaires sont présentes sur le CPU de l’hôte :

Via la commande lscpu :

lscpu | grep "Virtualisation"

La commande doit retourner :

Virtualisation: VT-x   # Intel
Virtualisation: AMD-V  # AMD

Via le fichier /proc/cpuinfo :

• Pour les processeurs Intel la fonctionnalité de vmx doit être listée ;
• Pour les processeurs AMD la fonctionnalité de virtualisation du processeur est désignée SVM ²⁾.

# La commande doit retourner une valeur supérieure à 0
egrep -c '(vmx|svm)' /proc/cpuinfo

Vérifier que l'IOMMU est détecté :

journalctl -b 0 --grep "IOMMU"

On cherche d'abord à déterminer l'ID du GPU et des périphériques associés au même groupe IOMMU.

# Lister les périphérique PCI en affichant leurs IDs (ID Vendor:ID Device) et le groupe IOMMU
lspci -nn -vmm

Dans l'exemple ci-dessous, un extrait du retour de la commande lspci. La carte graphique 10de:2786 et le contrôleur audio 10de:22bc font parti du même groupe IOMMU, ils seront donc paramétrés ensembles.

...
Slot:   01:00.0
Class:  VGA compatible controller [0300]
Vendor: NVIDIA Corporation [10de]
Device: AD104 [GeForce RTX 4070] [2786]
SVendor:        Gigabyte Technology Co., Ltd [1458]
SDevice:        Device [40ed]
Rev:    a1
ProgIf: 00
IOMMUGroup:     13  
 
Slot:   01:00.1
Class:  Audio device [0403]
Vendor: NVIDIA Corporation [10de]
Device: AD104 High Definition Audio Controller [22bc]
SVendor:        Gigabyte Technology Co., Ltd [1458]
SDevice:        Device [40ed]
Rev:    a1
ProgIf: 00
IOMMUGroup:     13 
...

Les identifiants des périphériques correctement déterminés, on peut à présent modifier la configuration de l’hôte afin de forcer le chargement des pilotes VFIO en leiu et place des pilotes initiaux.

Affiche les pilotes utilisés par l’hôte avant modification :

lspci -kd 10de:2786
01:00.0 VGA compatible controller: NVIDIA Corporation AD104 [GeForce RTX 4070] (rev a1)
        Subsystem: Gigabyte Technology Co., Ltd Device 40ed
        Kernel driver in use: nvidia
        Kernel modules: nvidiafb, nouveau, nvidia_drm, nvidia

Ici on peut voir qu'on utilise le pilote propriétaire nvidia.

On met à jour grub via le fichier /etc/default/grub. on inclus les paramètres ci-dessous en fonction de l'architecture dans la variable GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT sans écraser les valeurs pré-existantes.

# Mettre à jour la variable sans écraser le contenu existant
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="intel_iommu=on iommu=pt vfio-pci.ids=10de:2786,10de:22bc"  # Intel

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="amd_iommu=on iommu=pt vfio-pci.ids=10de:2786,10de:22bc"    # AMD

update-grub

Modifier la configuration de modprobe en éditant le fichier /etc/modprobe.d/vfio.conf, insérer le contenu suivant :

options vfio-pci ids=10de:2786,10de:22bc

Empêcher le chargement des pilotes nvidia en créant le fichier /etc/modprobe.d/disable‑nvidia.conf avec le contenu suivant

blacklist nouveau
blacklist nvidia
blacklist nvidia_drm

Redémarrer le système

systemctl reboot

Après redémarrage vérifier les pilotes chargés pour le GPU sur le système hôte

lspci -kd 10de:2786

On doit obtenir un retour de la forme :

01:00.0 VGA compatible controller: NVIDIA Corporation AD104 [GeForce RTX 4070] (rev a1)
        Subsystem: Gigabyte Technology Co., Ltd Device 40ed
        Kernel driver in use: vfio-pci
        Kernel modules: nvidiafb, nouveau, nvidia_drm, nvidia

Dans un premier temps, on essaie de modifier la configuration de modprobe en tentant de charger le pilote vfio au moment où udev charge les pilotes du GPU. C'est la méthode recommandée car ainsi on n’agrandit pas initramfs en y ajoutant des pilotes.

Dans le fichier /etc/modprobe.d/vfio.conf ajouter la directive selon le pilote utilisé :

softdep drm pre: vfio-pci

Pour les pilotes propriétaires nvidia :

softdep nvidia pre: vfio-pci

Pour exemple le fichier après modification :

softdep nvidia pre: vfio-pci
options vfio-pci ids=10de:2786,10de:22bc

Si après redémarrage les pilotes vfio ne sont toujours pas chargés pour le GPU, il faudra modifier initramfs.

Ubuntu utilise dracut pour générer/modifier le fichier initramfs. Créer le fichier de configuration /etc/dracut.conf.d/10-vfio.conf avec le contenu suivant :

force_drivers+=" vfio_pci vfio vfio_iommu_type1 "

Mettre à jour initramfs :

update-initramfs -u
systemctl reboot

• https://infotechys.com/gpu-passthrough-on-kvm/
• https://github.com/HarbourHeading/KVM-GPU-Passthrough?tab=readme-ov-file
• https://www.informatiweb.net/tutoriels/informatique/bios/activer-iommu-ou-vt-d-dans-le-bios.html
• https://itsfoss.gitlab.io/blog/how-to-enable-iommu-vt-d-from-the-bios-uefi-firmware-of-your-motherboard/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Input%E2%80%93output_memory_management_unit
• https://wiki.archlinux.org/title/PCI_passthrough_via_OVMF#Isolating_the_GPU