社會視頻化“狂飆”，倒逼視頻云技術加速迭代

以技術驅(qū)動創(chuàng)新，以芯力量擁抱數(shù)智未來。平頭哥《芯事》訪談對話科技創(chuàng)新者、引領者，探索創(chuàng)芯之路，共建硬核算力，賦能科技創(chuàng)新。

本期《芯事》人物：致凡 —— 阿里云視頻云技術團隊負責人

視頻云和倚天710的結合是一段美好的旅程

2022年北京冬奧會，阿里云承接了一項重要的任務，那就是支撐冬奧全面上云。為此，阿里云視頻云推出了全新的云上創(chuàng)新解決方案——阿里云聚“Alibaba Cloud ME”，這也是全球第一次在奧運會上實現(xiàn)異地全息會面，是一次打破時空之距的革命性創(chuàng)新。

在感嘆云上沉浸之旅的精妙之余，我們不禁要問，阿里云視頻云上路即狂奔的硬實力是什么？除了使命必達的奮斗精神和強大的軟件、算法支撐能力以外，阿里云視頻云總經(jīng)理致凡還提到了倚天710。

當我們將目光投射到倚天710上，會發(fā)現(xiàn)它誕生于2021年，是一款由平頭哥自研的云芯片，經(jīng)過一年多時間的硬件部署和業(yè)務驗證，倚天710實例已成功應用到阿里巴巴集團的核心業(yè)務中，并服務多家知名互聯(lián)網(wǎng)及科技公司。正是基于前期優(yōu)良的表現(xiàn)，阿里云在2022年的云棲大會上宣布：未來2年，阿里云20%的新增算力將使用自研CPU。

當然，沒有一款芯片生來就如此強大，致凡告訴與非網(wǎng)：“視頻和倚天710的結合是一段美好的旅程，但中間還是經(jīng)歷了非常多的事情?！?/p>

致凡解釋：“由于視頻業(yè)務的增長速度是非?？斓?，而要研制一顆視頻芯片的周期卻非常長，所以在一開始的時候大家是抱著試一試的心態(tài)，配合來做這件事。當?shù)谝话嫘酒?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%B5%81%E7%89%87/">流片回來后，沒有做過任何優(yōu)化跑出來的性能和速度都跟不上傳統(tǒng)架構CPU，但由于Arm架構帶來的原生優(yōu)勢，再加上阿里云和平頭哥的同學雙方坐在一起，在了解芯片內(nèi)部構成的基礎上去做了很多算法調(diào)優(yōu)后，能夠讓代碼在芯片上跑得更快。同時，倚天710還針對特定算法場景進行了指令集加速與優(yōu)化，比如像SVE等矢量計算技術，其中BF16/INT8 mmla指令可實現(xiàn)高效的矩陣乘法運算，還支持Hash、CRC32等加速指令，可以讓單條指令并行處理更多數(shù)據(jù)，大幅提升視頻編解碼、AI編解碼增強等場景性能，這是一個兩邊一起迭代的過程?！?/p>

所以，從最早的性能不如傳統(tǒng)架構CPU，到現(xiàn)在已經(jīng)遠遠的超過傳統(tǒng)架構CPU，倚天710的“蛻變”是一步一個腳印走過來的。致凡認為：“這是一個非常好的案例，阿里視頻云的業(yè)務跟平頭哥的芯片設計能夠完美地結合在一起，利用各自的優(yōu)勢讓芯片設計出來，在視頻行業(yè)中發(fā)揮更大的作用?！?/p>

談起平頭哥和阿里云視頻云業(yè)務的這次合作，就不能不提到一個大的產(chǎn)業(yè)背景，即視頻云的爆發(fā)式增長。至于什么是視頻云？“視頻云就像是音視頻行業(yè)的水和電，是底層的基礎設施，可以大大簡化視頻從采集、處理、編碼、傳輸?shù)椒职l(fā)的鏈路?！敝路残蜗蟮谋扔髟偾‘敳贿^。

社會視頻化是一種大趨勢

從2017年開始，短視頻的熱度持續(xù)上升，加上近三年疫情下直播、視頻會議、線上教學等領域的崛起，社會視頻化成為一種大趨勢。

根據(jù)CNNIC發(fā)布的第50次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》數(shù)據(jù)顯示，截至2022年6月，我國移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量達1241億GB，同比增長20.2%；另根據(jù)思科發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，視頻內(nèi)容約占互聯(lián)網(wǎng)總流量的90%，占移動網(wǎng)絡總流量的64%。

結合這兩組數(shù)據(jù)，我們可以得出視頻正在成為互聯(lián)網(wǎng)流量的主角。而爆炸性的數(shù)據(jù)量又將會對算力和存儲提出更大的挑戰(zhàn)。于是視頻云的價值被凸顯出來，并呈現(xiàn)出了一種不可逆的發(fā)展態(tài)勢。在這樣的大背景下，全球以互聯(lián)網(wǎng)公司為主的科技企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)型，開啟視頻云技術的探索之旅，并在安防監(jiān)控、遠程醫(yī)療、零售電商以及金融機構等典型場景中得到落地。

當前，視頻云產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的頭部戰(zhàn)隊，包括國外的微軟、AWS，以及國內(nèi)的阿里云、騰訊云、華為云、百度云、金山云、字節(jié)、快手、深網(wǎng)等。

關于國內(nèi)視頻云的市場體量方面，根據(jù)IDC發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2022上半年中國視頻云市場規(guī)模達到50.5億美元，同比增長15.7%，預計到2026年，市場規(guī)模接近300億美元。值得一提的是，該報告同時還指出，阿里視頻云連續(xù)4年蟬聯(lián)中國視頻市場份額第一，并且滲透率還在不斷增加。

視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，倒逼技術快速迭代

對于視頻云產(chǎn)業(yè)來講，以在線視頻為例，從最早國外的Livestream、國內(nèi)的斗魚直播到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了25年的歷史，其實從技術的角度來看，整個行業(yè)發(fā)展的速度沒有想象中的快。比如，視頻編碼從H.264到H.265，再到H.266，平均10年升級一代。為什么速度不是很快？因為它要解決的問題比較多：算力、網(wǎng)絡傳輸、標準等等。

但是，我們看到今天的視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅猛，這也倒逼技術要去完成快速迭代。這幾年已經(jīng)初顯效果，比如現(xiàn)在編碼器的升級迭代速度是5年，以前是10年，預計后面可能是3年。

為什么這里要強調(diào)編碼？事實上，視頻云是一個算力密集型行業(yè)，視頻信息量很大，假如采用和文本、圖片一樣的壓縮模式，那么還原度是不夠的，所以視頻必須進行編碼處理。編碼要是做不好，不僅會損失視頻質(zhì)量，還會帶來傳輸難度高的問題。

從MPEG2開始，每一代視頻編碼的升級，其壓縮率大約可以提升50%，遠低于視頻分辨率每更新一代提升4倍的速度，即使這樣，每一代升級對CPU算力的需求，以及算法復雜度都會提高至少10倍以上，這對芯片的架構、芯片底層的指令集優(yōu)化、芯片的存儲器和CASH結構都會帶來新的挑戰(zhàn)，很多核心的算法要用新的指令集重新寫一遍，這意味著視頻編碼和芯片成長是需要同步的。

視頻云需要怎樣的CPU?

通過前面的介紹，我們了解到視頻編碼對算力的要求很高，因為我們常常試圖用算力換存儲，用算力換傳輸帶寬，所以我們希望算力越高越好。

那么如何提升CPU的算力？首先要選擇好的內(nèi)核架構。在視頻領域，傳統(tǒng)架構已經(jīng)有三十幾年的歷史了，目前市占率依然能達到90%以上的份額，但裹挾著沉重的向后兼容包袱。而Arm作為一種精簡指令集，不僅沒有歷史包袱，還可以根據(jù)需求增加很多寄存器，同時從內(nèi)存CASH結構的設計和指令集的設計上面，能夠更貼合需要大算力的視頻處理需求。

此外，不管是Hyper-Threading還是其他，采用傳統(tǒng)架構的CPU走的都是提高主頻的路子，在視頻處理時就會遇到一些問題，比如視頻壓縮的時候會分成I幀、P幀、B幀，每一幀的算力并不是平均分配的，就會帶來對算力需求不穩(wěn)定的問題。所以為了讓芯片不跑超頻，就可能會做一些降頻處理，這時候它的算力就可能達不到相應的編碼需求。在實際業(yè)務中，由于視頻業(yè)務不是單機運行的，會有很多的服務器集群配合來處理，為了防止CPU跑超等復雜情況的出現(xiàn)，就不得不把服務器集群的水位降低，這是傳統(tǒng)架構CPU比較大的問題。

然而Arm整體的設計是比較穩(wěn)定的，不管任務有多復雜，都能實現(xiàn)穩(wěn)定輸出，做到良好的資源調(diào)配和水位調(diào)配，不用預留很多冗余來防止芯片跑超，這對于to B業(yè)務來說非常重要。

除了主頻高以外，傳統(tǒng)架構CPU的核不多，通常是兩個vCPU/HT共享一個物理核、1份ALU，但Arm可以實現(xiàn)128/256/512或更多的核，類似GPU的設計，如此一來，對于不同應用場景而言，就可以用少核應對低算力需求的場景，多核應對高算力需求的場景，實現(xiàn)更優(yōu)的業(yè)務調(diào)配，降低投入成本。以倚天710為例，它采用了ARMv9架構，內(nèi)含128核CPU，主頻最高可達3.2GHz，可適配云的不同應用場景。

與此同時，隨著數(shù)據(jù)上云越來越多，對于數(shù)據(jù)中心而言，功耗性能也是非常重要的，對運營者來說，低功耗就意味著低成本，在這方面，Arm相比于傳統(tǒng)架構也有著獨特優(yōu)勢。這也是除了軟件層面的優(yōu)化以外，為什么倚天710能同時兼顧性能和功耗的重要原因之一。

以上要素疊加，就讓視頻云的頭部企業(yè)阿里云與倚天710 的結合看起來水到渠成。當前，倚天710已大規(guī)模部署并提供云上服務，根據(jù)實踐反饋，倚天710讓阿里云平臺的算力性價比提升了超30%，單位算力功耗降低了60%，這是一個相當大的進步。

寫在最后

縱觀視頻云產(chǎn)業(yè)，人們對體驗的極致追求，將成為視頻云持續(xù)深耕的動力。在云應用場景下，CPU的發(fā)展之路將循著算力、I/O、網(wǎng)絡協(xié)議適配、推理能力、從無到有的創(chuàng)造能力不斷演進下去。

未來，Arm會成為視頻云中一種重要的架構，整體份額一定會增加，但不會是唯一的架構，傳統(tǒng)架構、異構的ASIC和FPGA都會有一席之地。而對于Arm架構而言，未來的改進方向是降低功耗、提高算力、做好專用性和通用性的選擇平衡。

同時，我們要意識到，未來視頻對算力的挑戰(zhàn)是非常高的，簡單地靠 CPU的升級已經(jīng)滿足不了需求，需要一些特殊的處理，包括越來越多的AI算法、專用算法，比如模型搜索的算法等，再把通用的模塊部分地固化在芯片里面，極大地提升視頻處理的效率。

所以在視頻云市場，人們總是在做權衡，云芯片廠商要處理好芯片能效和通用性的關系，云服務商要在算力有限的情況下使用很多快速算法。而正如致凡強調(diào)的：“我們的愿景都是一樣的，就是讓視頻普惠各行各業(yè)，從而反哺視頻行業(yè)，實現(xiàn)更茁壯的發(fā)展。