视频直播大潮下的FPGA生意经

作者:张健keya
来源:半导体行业观察

2000年之前,我们看的视频大部分是从电视上获得的,在2000~2012年间,出现了网络平台上的视频播放,主要是以文件为基础,播放系统用的主要是CPU和相应的软件,那时,无线网络主要是3G或者是早期的LTE,那样的网络没有办法支持直播,只能放一些比较短的视频。

2013年之后,视频直播出现了,这时,系统使用的是CPU+GPU+FPGA。而当下的5G网络有能力实现无瑕疵的直播,这时候的计算能力也提升了很多,特别是GPU和FPGA性能的提升,可以和5G网络实现完美的配合,使视频直播可以完美呈现在手机上。

目前,在直播系统当中,不同技术融合之后,在市场上催生了一些新的应用,实现了百花齐放。对此,赛灵思视频与图像处理高级市场营销经理Sean Gardner先生表示,如果你的工具箱里只有一种工具,效果就不是很好,但是如果我要做一件事情,工具箱有各种各样的工具,灵活度就会更高一些。CPU、GPU和FPGA有各自的优势,所以,在各种应用当中,工具箱里的工具越多越好。

赛灵思视频与图像处理高级市场营销经理Sean Gardner先生

目前,赛灵思正在向平台性公司过渡,并将业务重点聚焦在了数据中心上,而视频就是其中的一个重要板块。对此,赛灵思数据中心高级销售总监William Zhong先生表示,中国市场增长很快,短视频很流行。而美国的情况有所不同,美国视频市场被那几家巨头把持着,而中国除了华为、阿里、腾讯,还有很多直播平台,如YY、虎牙、斗鱼,还有快手等,这些都是年轻人的活动空间,这一块很有发展空间,而且他们的动力十足,所以,这种速度和效率不久以后就可以展现出来。

赛灵思数据中心高级销售总监William Zhong先生

视频和图像有着不同的应用,但是在所有应用当中有一个共同点,那就是数据中心和云扮演着越来越重要的角色。在视频,特别是直播应用领域,赛灵思采取的是双管齐下的发展策略,以解决市场应用痛点。双管齐下的战略包括两个部分:一是该公司传统的软IP解决方案,二是赛灵思最新视频Zynq UltraScale+ EV战略,EV代表的是视频器件。

如果从宏观层面来看行业的话,现在的市场和客户的痛点主要有两个,分别是公司的资本开支和运营开支。资本开支就是CAPEX,主要是公司平时需要进行一些基础设施建设费用。运营开支是OPEX,主要是日常运营所需要的费用。

CAPEX方面,服务器、硬件以及基础设施的体量越来越大,所以开支越来越多。OPEX方面,一般性的运营费用当中,越来越多的CDN,也就是内容分发网络成本的占比越来越高。

还是回到视频直播,虽然视频直播的体量比文件视频的体量小,但是增长速度非常快。据统计,到2021年,该市场规模将会达到700亿美金。

视频的量在不断增长,清晰度也在不断提高。10年前,大多数电视的分辨率是480P,有些可以达到720P,但是,最近华为推出了一个5G的TV,清晰度达到了8K。与此同时,算法也越来越复杂,因为我们需要这些复杂的算法对视频进行压缩。

目前,很多视频网站平台要花很多成本在带宽上。而这些平台最为关心的就是如何降低OPEX和CAPEX。要降低OPEX,就要降低单一频道的每bit成本,而要降低CAPEX,则是要提升压缩效率,以降低每一个频道的成本。

在解决以上问题方面,FPGA是有优势的,因为它是可编程的,它和软件一样,如Virtex VU9P,如下图所示,左边是帮助平台客户管理他们的运营开支,并且管理他们的带宽。还有高密度的产品Zynq MPSoC,用于降低CAPEX。


目前,这些视频基本都是通过软件进行处理的,以英特尔的XEON加速器为例,我们可以把下图中每个柱状当成带宽,当压缩比较好的时候,速度就会变慢,如果压缩做的不到位或者不进行压缩的话,成本就会很高。在压缩的效率和处理速度之间,总归要做一个权衡。如果想要速度快的话,压缩的效率就会降低。所以,现在很多公司被迫去选择效率较低的压缩,因为他们想要速度。


传统的软件x265 medium处理出来的效果是很好的,但是时间很长。赛灵思HEVC可以将处理的时间变短,质量也不错。

如果压缩的效率是相等的,赛灵思的产品比传统方案速度快很多,Sean Gardner表示,我们比较了Libvpx,我们还和x265、x264进行了比较,赛灵思的速度可以是竞争方案的12倍和20倍。同时,压缩的效率也不错。

我们在比较视频压缩的时候,通常会比较压缩的扭曲或者失真的程度,比如,我们会比较英伟达和英特尔的产品。在这当中,会看PSNR值,就是峰值信噪比,如果PSNR高的话,说明压缩更好。赛灵思的产品可以达到同水平的PSNR,但是赛灵思的比特率却降低了40%。


虎牙直播在2018年三季度的财报当中指出,他们在一个季度当中花了2530万美金,用于让视频直播质量能够有所提高。对此,Sean Gardner表示,如果我们可以帮它省40%或者30%的话,会是什么样的结果呢?我们可以看一下和英伟达的比较,拿我们的产品和他们比较的话,他们的直播必须到4Mbps的速度,我们只需要2.8Mbps。通过使用赛灵思的产品,我们可以帮助虎牙这样的直播平台每年省下2100万美金的带宽费用。

“因为我们的产品就像软件一样,是可编程的,所以我们有着多种多样的解决方案,这些解决方案都是我们和我们的合作伙伴一起创建的,这样,我们可以支持不同芯片密度的要求”,Sean Gardner说:“Socionext一直是我们非常好的合作伙伴,他们用赛灵思产品做了新的视频系统,这些视频系统和技术不仅在公共云上,同时也可以在本地实现。”

据悉,赛灵思与V-Nova正在研发一项新技术,该技术将推动一个新的标准,标准的名字叫低复杂度编码增强。有了这样一个技术,甚至可以在赛灵思原来的技术和产品上进一步提高,使得平台资本开支和运营开支都减少25%。


下面谈一下降低CAPEX,赛灵思的另外一个合作伙伴是Aupera,他们有三层高密度的机架,机架上一共有48个赛灵思的Zynq MPSoC,三层高密度的机架可以代替30个服务器,机架当中有384个频道,总功耗只有750瓦。通过这样一个解决方案,不仅实现了成本的最优化,同时在密度和能耗上也实现了最优。

Sean Gardner表示,这个产品和英特尔、英伟达的比较,不管是在体积还是能耗上,都有明显的优势,与英特尔相比,赛灵思的图像清晰度和质量会高很多。因为FPGA是可编程的,也会随着时间的推移不断进步,我们一直以来在优化FPGA,希望不断提高压缩的效率。虽然我们每年提高5%,这个数字看上去好像很小,然而,细算一下,只要省下30%,就等于帮助公司省了2000万美金,所以,5%的提高也可以为客户节省几百万美金。


另外,通过Zynq产品可以实现不同程度的延时,对于很多应用来说,低延时对他们来说非常重要,比如视频的合作,还有监控录像,包括直播游戏等等,很多都需要超低延时。

Sean Gardner表示,对于客户来说,他们要控制的是运营开支和资本开支,他们只要用一套软件就可以实现这两个目标。现在已经有了不断扩大的硬件生态系统,我们有很多合作伙伴,比如inspur,该公司正在中国展销新的加速卡。我们有相同的器件,但是它的配置是不一样的。我们不仅和加速卡制造商合作,同时,这些器件也可以在公共云当中看到,比如亚马逊、华为、百度、阿里巴巴等。

总之,通过这种双管齐下的策略和解决方案,不仅可以帮助客户减少运营开支,还可以减少资本开支,帮助公司大量减少他们采购的服务器数量,因为FPGA方案可以提高它的密度。另外,通过对运营开支的管理,也就是对于带宽的管理,可以帮助客户大量减少OPEX开支,帮助行业节省更多资源。

本文转自:半导体行业观察,作者:张健keya,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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