科技視頻網站（全球最大視頻網站加入）

芯片江湖可謂風起雲湧，如今就連全球最大的視頻網站都卷入進來瞭！自從人工智能（AI）的概念再度火熱起來後，作為智能時代的絕對基礎設施，芯片成瞭各大科技公司勢必要奪下的技術高地。在國內，除瞭BAT三傢都直接或間接的提出瞭“造芯”計劃外，針對汽車、物聯網等未來市場而興起的芯片創業公司更是不勝枚舉。而在全球范圍內，諸如谷歌的TPU、蘋果的M1以及亞馬遜AWS的Graviton芯片更是已經醞釀多年。現在這股“芯片風”又刮到瞭視頻領域。“油管”到底有多大？4月21日，全球知名的視頻網站YouTube（俗稱“油管”）在其官方博客分享瞭一篇文章，強調“重塑視頻基礎設施”（Reimagining video infrastructure），以此揭開瞭其建立自己服務器芯片的冰山一角。在博文中，YouTube解釋到，之所以要“自研”芯片，主要是為瞭解決YouTube上巨大的轉碼工作。對於YouTube稍稍瞭解的朋友應該知道，其是全球最大的視頻網站。自從2005年4月23日第一段視頻上傳到YouTube之後，截至2021年初，YouTube的月活躍用戶已經高達23億，79%的互聯網用戶擁有自己的YouTube賬戶。YouTube在100多個國傢進行瞭本地化，有80種語言版本。在YouTube上，觀眾每天要觀看超過10億小時的視頻，並產生數十億的瀏覽量。同時，全球每分鐘有500小時的視頻上傳到YouTube，即每天720,000小時。從這個角度來看，你需要花接近82年的時間才能看完這一天的YouTube上傳量。而更令人意想不到的是，YouTube還是全球第二大熱門社交網絡，唯一比YouTube擁有更多活躍用戶的平臺是Facebook。同時，YouTube還是僅次於谷歌的第二大最受歡迎的搜索引擎。不僅是個人用戶，62%的企業也會將YouTube作為發佈視頻內容的渠道， 90%的人說他們發現新的品牌或產品是在YouTube上。也許是早早便意識到YouTube的潛力，谷歌在2006年以16.5億美元收購瞭YouTube，現在YouTube作為谷歌的子公司之一運作。YouTube的“造芯運動”此番YouTube的芯片是谷歌開發的一種名為Argos的定制芯片，該芯片旨在提供最好的視頻質量。谷歌在本周三的ASPLOS會議上首次詳細介紹瞭其Argos芯片，讓人們罕見地看到瞭其數據中心的內部運作情況。負責監督YouTube基礎設施的谷歌工程副總裁斯科特·西爾弗（Scott Silver）)說，從2015年開始，一個由大約100名谷歌工程師組成的團隊設計瞭第一代Argos芯片。最近幾個月，谷歌開始逐步采用第二代Argos芯片，將視頻壓縮也向前推進瞭一步。YouTube基礎設施團隊利用Argos芯片創建瞭“視頻（轉）編碼單元”（Video (trans)Coding Unit，VCU） 。VCUYouTube的首席軟件工程師Jeff Calow說，“與我們之前運行在傳統服務器上的優化系統相比，它使計算效率提高瞭20-33倍。”舉個例子，當它處理高分辨率的4K視頻時，可以在幾個小時內就完成，而不是以前的幾天。從產品形態上來說，VCU包是一個全長的PCI-E卡，看起來很像一個顯卡。一塊板子上有兩個Argos ASIC芯片，埋在一個巨大的、被動冷卻的鋁制散熱器下面。甚至在末端還有一個看起來像8針的電源連接器，因為PCI-E的功率實在是不夠。谷歌提供瞭一個芯片圖，列出瞭每個芯片上的10個“編碼器核心”，谷歌的白皮書補充說，“所有其他元件都使用現成的IP。” 谷歌說，“每個編碼器核心都可以對2160p進行實時編碼，使用三個參考幀，最高可達60FPS（每秒幀數）。”Argos芯片的內核設計圖為瞭不必打開每臺服務器並為其裝載新卡，YouTube 系統中的每個計算機集群都將安裝一部分裝載瞭新卡的專用的“VCU 機器”。谷歌表示，這些卡類似於GPU，因為它們適合於其現有的加速器。考慮到芯片研發的因素，谷歌說VCU的這個計劃將為公司節省大量資金，即使低於基準顯示的TCO（總擁有成本），也比在英特爾Skylake芯片和Nvidia T4 Tensor核心GPU上運行其算法省錢。深不可測的大型轉碼問題由於YouTube是世界上最大的視頻網站，自2006年谷歌收購該公司那時起，谷歌一直在積極努力降低網站的成本，為瞭實現這一目標，谷歌需要經常重新改造互聯網基礎設施。以當下的眼光看，YouTube需要為終端用戶解決的主要基礎設施問題是提供適合你的設備和帶寬的視頻，同時保持視頻質量。這意味著使用你的設備所支持的編解碼器，並選擇一個與你的顯示器相匹配的分辨率。對於谷歌來說，這意味著將一個視頻轉碼成許多其他視頻。舉個例子，當你點擊一部8K視頻時，實際上你會看到一次上傳創建瞭9個總分辨率：144p、240p、360p、480p、720p、1080p、1440p、2160p和4320p。這些都是不同的視頻文件，每一個都需要從原始的8K上傳文件中創建。谷歌就需要為這9種分辨率提供多種編解碼器，這決定瞭視頻在互聯網上的壓縮方式。該公司自然是希望以最先進、最有效的編解碼器提供視頻，以節省帶寬，這是YouTube成本的一個重要部分。不過，解碼視頻編解碼器會消耗處理能力，在較便宜的移動設備上，如果沒有對每個新編解碼器的專用硬件加速支持，解碼就無法順利有效地進行。這意味著谷歌隻能在新設備上使用最好的編解碼器，而它需要為舊設備保留舊編解碼器的視頻副本。今天，現代設備通常采用高效的VP9編解碼器，而更具兼容性的H.264則被保留給那些不在尖端的設備。與H.264相比，在相同的視頻圖像質量下，VP9需要的數據量減少瞭約30%。左：H.264，右：VP9沒有人真正瞭解YouTube視頻編解碼器的選擇深度，根據ASPLOS（編程語言和操作系統的體系結構支持會議）的論文，該網站通常支持近10年前的設備，包括“低分辨率的翻蓋手機”。考慮到編解碼器不斷升級，谷歌的YouTube計算挑戰變得更加深不可測。而且，由於帶寬是運行網站的巨大成本，盡快推動和升級到這些新編解碼器對谷歌有利。升級到一個新的編解碼器意味著將每個視頻（或至少大部分視頻）轉碼到熱門的新編解碼器，而且，每隔幾年就需要對每個新編解碼器進行轉碼。因為YouTube上的視頻總數太大，是一個不可知的數字。這還不算YouTube直播（想象一下，所有這些轉碼都是在100毫秒的延遲內現場進行的），以及來自Drive和Google Photos的額外工作負荷。如此一來，谷歌一下子就要面對地球上最大的轉碼工作。編解碼器對YouTube至關重要，以至於谷歌實際上在開發編解碼器方面占據瞭領先地位。2009年，谷歌收購瞭編解碼器開發商On2 Technologies（該公司提供瞭Flash視頻中使用的VP6編解碼器，當時為YouTube提供支持），從那時起，這傢搜索巨頭一直是主要的編解碼器開發商。在推出和升級到VP8和VP9之後，谷歌正在轉向其下一個編解碼器，稱為“AV1”。這是由谷歌、Mozilla、思科、微軟、亞馬遜和Netflix等組成的開放視頻聯盟創建。AV1可以讓視頻的質量提高瞭30%，減少瞭網絡使用，或者讓YouTube發送4K流，而此前網絡隻支持1080p。Calow說：“AV1不是一個一次性的項目，我們在下一代芯片中所做的關鍵事情之一是加入AV1，這是一個新的高級編碼標準，比VP9的壓縮效率更高，編碼的計算負荷也更大。”目前，AV1隻在YouTube和其他幾個視頻網站上實驗性地使用，如Chrome、Firefox、Brave、Edge和三星互聯網，Netflix和Facebook等在線視頻巨頭現在也提供AV1視頻。但大規模使用仍受到客戶端支持的阻礙，讓AV1流行起來需要幾年時間，希望有一天能看到其得到廣泛的推廣。參考資料：[1]https://blog.youtube/inside-youtube/new-era-video-infrastructure[2]https://www.cnet.com/news/google-supercharges-youtube-with-a-custom-video-chip/[3]https://arstechnica.com/gadgets/2021/04/youtube-is-now-building-its-own-video-transcoding-chips/[4]https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3445814.3446723