Google postanowiło poprawić jakość filmów i zmniejszyć wykorzystanie sieci dzięki nowemu układowi wideo.
Aby YouTube działał jak należy, firma Google opracowała niestandardowy układ o nazwie Argos, który ma zapewniać najlepszą jakość wideo i zapobiegać przekroczeniu miesięcznych limitów danych w sieci szerokopasmowej lub komórkowej.
Tysiące chipów działa teraz w centrach danych Google. Jeśli prześlesz dziś wideo, jest prawie pewnym, że chip Argos przetworzy go, aby film mogli oglądać ludzie na całym świecie. Najważniejszą zaletą takiego rozwiązania jest prędkość. Gdy YouTube przetwarza wideo 4K o wysokiej rozdzielczości, przeważnie zajmowało to kilka dni. Obecnie może być dostępny do oglądania w ciągu kilku godzin.
Google szczegółowo opisał swoje chipy Argos po raz pierwszy na konferencji ASPLOS w środę, oferując, co rzadko się zdarza, wgląd w wewnętrzne funkcjonowanie swoich centrów danych. Zespół około 100 inżynierów Google zaprojektował chipy pierwszej generacji począwszy od 2015 roku - powiedział Scott Silver, wiceprezes Google ds. Inżynierii, który nadzoruje ogromną infrastrukturę YouTube. W ostatnich miesiącach Google zaczął wprowadzać kolejne chipy Argos drugiej generacji, które również stawiają kolejny krok naprzód w zakresie kompresji wideo.
„Klienci muszą w ten czy inny sposób płacić za przepustowość” - powiedział Silver. „Naszym celem jest zapewnienie użytkownikom dostępu do najwyższej jakości wideo na dowolnym urządzeniu”. Silver szczegółowo opisał również działanie układu Argos w poście na blogu.
Projektowanie niestandardowego chipa jest bardzo trudnym zadaniem. Ale w dzisiejszych czasach może to być ważny sposób na osiągnięcie postępów. Na przykład Apple przejął większą kontrolę nad swoimi urządzeniami dzięki procesorom M1, które zasilają MacBooki oraz nowe iPady Pro i iMac. Projekt M1 pozwolił Apple poprawić żywotność baterii, dodać akcelerator AI i inne obwody, których potrzebowała firma i postępować zgodnie z własnym harmonogramem produktów Apple zamiast Intela. Bardziej zbliżony do sytuacji YouTube jest układ Graviton 2 firmy Amazon Web Services, który obniża koszty obliczeniowe.
Obsługa wideo to monumentalne zadanie w YouTube. W każdej minucie przesyłamy 500 godzin filmów do YouTube. Oznacza to, że Google musi wykonać wiele transkodowania - konwertowanie oryginalnie przesłanych filmów do różnych formatów kompresji i dostosowywanie ich do różnych rozmiarów ekranu. To praca Argosa.
Ponieważ trudno jest poprawić wydajność chipów ogólnego przeznaczenia, chipy niestandardowe pozwalają firmom na wyznaczanie własnych priorytetów obliczeniowych. W przypadku Argos oznacza to, że Google może obniżyć koszty, uszczęśliwić użytkowników YouTube i ulepszyć preferowaną technologię wideo. Argos obsługuje wideo od 20 do 33 razy wydajniej niż tradycyjne serwery, jeśli weźmie się pod uwagę koszt zaprojektowania i zbudowania chipa, wykorzystania go w centrach danych Google oraz zapłacenia ogromnych rachunków YouTube za prąd i sieć.
Po przesłaniu filmu YouTube natychmiast potrzebuje nowych wersji opartych na oryginale. Na przykład z filmu 1080p tworzy wersje o niższej rozdzielczości 720p i 360p. Dzieje się tak, ponieważ osoby oglądające na telefonach mogą nie mieć rozdzielczości ekranu lub przepustowości sieci dla wersji w pełnej rozdzielczości. W pewnych obszarach, w których powszechne są powolne sieci komórkowe, YouTube tworzy również wersje o jeszcze niższej rozdzielczości i filmy z mniejszą liczbą klatek, dodał Silver. Całe to przetwarzanie jest zadaniem chipów Argos - stąd termin „jednostka kodowania wideo”. Każdy układ Argos ma 10 modułów do przetwarzania wideo, a Google umieszcza dwa układy Argos na każdej płytce drukowanej. Układy Argos tworzą również wersje zakodowane z różnymi formatami kompresji. Każdy oryginał zamienia się w 10 do 15 odmian, powiedział Silver.
Te formaty kompresji, zwane kodekami, są ogromnym punktem spornym w branży. Przez lata kodeki wideo premium pochodziły od Motion Picture Experts Group. Wiele firm technologicznych stworzyło formaty, a następnie udzieliło licencji na patenty niezbędne do korzystania z kodeka. To jest początek kodeka H.264, zwanego także AVC, który zapewnił pierwszą eksplozję wideo w Internecie i telefonach komórkowych. Niedawno grupa stworzyła HEVC (High Efficiency Video Coding, zwany także H.265) i VVC (Versatile Video Coding lub H.266). Problem patentowy okazał się drażliwy. Licencjonowanie może być kosztowne, a ograniczenia są sprzeczne z filozofią oprogramowania typu open source, którą preferuje Google. Firma oferowała kodeki VP8 i późniejsze VP9 nieodpłatnie jako oprogramowanie typu open source, aby spróbować przeciwdziałać temu trendowi. W porównaniu z H.264, VP9 potrzebuje około 30% mniej danych dla tej samej jakości obrazu wideo.
Jako następca VP9, Google i sojusznicy tacy jak Mozilla, Cisco, Microsoft, Amazon i Netflix utworzyli Alliance for Open Video. Stworzyli nowy kodek o nazwie AV1, który zdobył poparcie Apple, który dopiero teraz zaczyna zyskiwać na popularności. AV1 oferuje kolejną 30% poprawę jakości wideo, zmniejszając wykorzystanie sieci lub pozwalając YouTube na wysyłanie strumienia 4K, gdy sieć wcześniej obsługiwała tylko strumień 1080p.
AV1 jest teraz dostępny w niektórych przeglądarkach internetowych, takich jak Chrome, Firefox, Brave, Edge i Samsung Internet, a giganci wideo online, tacy jak Netflix i Facebook, oferują teraz wideo wykorzystujące nowy kodek. Niestety potrzeba lat, aby kodeki się przyjęły. Przykładem jest brak obsługi AV1 przez Qualcomm w nowym układzie Snapdragon 888, mimo że fani nowego kodeku obiecali obsługę AV1 w smartfonach 2020. Czip Argos drugiej generacji dodaje obsługę AV1, co jest główną zachętą dla producentów telefonów, by go wykorzystać.
Adrian Pluta
E-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
