Meta分享云游戲的挑戰(zhàn)與基礎(chǔ)設(shè)施，為AR/VR云游戲打基礎(chǔ)

　　云游戲的承諾即是人人皆可游戲的承諾。無(wú)論身在何處，無(wú)論是否擁有最新最昂貴的游戲設(shè)備，任何熱愛(ài)游戲的人士都應(yīng)該能夠享受游戲并與朋友分享體驗(yàn)。FacebookGaming于2020年推出了云游戲平臺(tái)，從而允許Facebook用戶通過(guò)任何屏幕和瀏覽器即時(shí)訪問(wèn)本機(jī)Android和Windows游戲。

　　創(chuàng)造云游戲提出了前所未有的訪問(wèn)要求，這意味著Meta的工程師需要應(yīng)對(duì)全新的挑戰(zhàn)，并開(kāi)發(fā)不斷增長(zhǎng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施，從而向世界各地的人們提供高質(zhì)量的游戲體驗(yàn)。

　　但游戲本身同樣在不斷發(fā)展。從AR和VR等3D體驗(yàn)到最終將的元宇宙體驗(yàn)，世界各地的人們都希望盡可能無(wú)縫、輕松地暢玩越來(lái)越多的沉浸式游戲。盡管整個(gè)行業(yè)都需要付出巨大的努力才能實(shí)現(xiàn)元宇宙，但Meta相信，創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施和解決云游戲的挑戰(zhàn)同樣為其指明了元宇宙解決方案的方向。

　　日前，團(tuán)隊(duì)撰文介紹了選擇云游戲的原因，以及背后的云游戲基礎(chǔ)設(shè)施。

　　1. 為什么選擇云游戲?

　　云游戲是關(guān)于可達(dá)性。不管使用的是什么設(shè)備，不管身處世界什么地方，云游戲的承諾是人人皆可游戲。將游戲應(yīng)用放在云端可以免除人們購(gòu)買(mǎi)額外的硬件，同時(shí)無(wú)需下載文件或等待更新。它支持桌面和移動(dòng)設(shè)備之間的無(wú)縫交叉開(kāi)玩，以及靈活的應(yīng)用分發(fā)。

　　云游戲同時(shí)承諾為開(kāi)發(fā)者提供更為輕松的體驗(yàn)，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)者不需要為多個(gè)硬件平臺(tái)優(yōu)化游戲。在理想情況下，開(kāi)發(fā)者只需構(gòu)建一次，就可以將其分發(fā)到多個(gè)設(shè)備，無(wú)需多個(gè)二進(jìn)制文件。

　　對(duì)于關(guān)心安全和完整性的玩家和開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，云游戲意味著對(duì)作弊和盜版的擔(dān)憂更少。

　　2. Meta云游戲基礎(chǔ)設(shè)施

　　在Meta實(shí)現(xiàn)云游戲意味著開(kāi)發(fā)全新的硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施，從而應(yīng)對(duì)云游戲固有的挑戰(zhàn)。為提供快速而流暢的游戲體驗(yàn)，基于云端的游戲需要較低的端到端延遲。在這種情況下，你必須以盡可能小的抖動(dòng)傳輸高質(zhì)量的視頻和音頻。

　　為了實(shí)現(xiàn)高經(jīng)濟(jì)效益，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)需要能夠在單個(gè)云游戲服務(wù)器運(yùn)行多個(gè)游戲。另外，所有這一切都必須防止各種網(wǎng)絡(luò)攻擊，并且保持強(qiáng)大和高效。

　　2.1 邊緣計(jì)算、GPU和虛擬化

　　對(duì)于Meta的云游戲基礎(chǔ)設(shè)施，為玩家提供延遲優(yōu)化的最佳方式是在網(wǎng)絡(luò)距離方面盡可能接近他們。Meta的數(shù)據(jù)中心本身無(wú)法提供云游戲所需的超低延遲水平。因此，Meta依賴(lài)通過(guò)部署在靠近大量人口的大都市地區(qū)邊緣的邊緣計(jì)算，從而令云游戲基礎(chǔ)設(shè)施更接近玩家。

　　隨著邊緣計(jì)算站點(diǎn)數(shù)量的增加，這可以改善玩家的延遲。

　　每個(gè)邊緣計(jì)算站點(diǎn)的目標(biāo)是擁有一個(gè)統(tǒng)一的托管環(huán)境，以確�？梢员M可能順利地運(yùn)行盡可能多的游戲。今天的游戲是為GPU設(shè)計(jì)，所以Meta與英偉達(dá)合作，在基于NVIDIA Ampere架構(gòu)的GPU之上構(gòu)建托管環(huán)境。隨著游戲的圖形化程度和復(fù)雜性不斷提高，GPU將提供加載、運(yùn)行和流媒體游戲所需的高保真度和低延遲。

　　為了自己運(yùn)行游戲，團(tuán)隊(duì)在邊緣計(jì)算操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使用了集群管理系統(tǒng)Twine。Meta構(gòu)建編排服務(wù)來(lái)管理流信號(hào)，并使用Twine來(lái)協(xié)調(diào)邊緣的游戲服務(wù)器。

　　他們?yōu)閃indows和Android游戲構(gòu)建并使用了容器技術(shù)，為兩者提供了不同的托管解決方案。Meta構(gòu)建了一個(gè)整合的編排系統(tǒng)，用于管理和運(yùn)行兩種操作系統(tǒng)的游戲。這意味著我們可以在不同平臺(tái)更靈活地交付游戲和管理容量。

　　2.2 視頻和音頻流

　　最終，提供流暢的視頻和音頻是云游戲體驗(yàn)最重要的環(huán)節(jié)之一。任何玩過(guò)網(wǎng)絡(luò)游戲的人都熟悉延遲可能導(dǎo)致的沮喪。

　　在考慮到所述技術(shù)的成熟性和兼容性后，Meta將WebRTC與Secure Real-Time Transport Protocol(SRTP)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，作為流式用戶輸入和游戲視頻/音頻幀解決方案。以這種方式，團(tuán)隊(duì)能夠隨時(shí)間推移顯著提高視頻和音頻流性能。

　　每當(dāng)玩家單擊以執(zhí)行游戲中的某個(gè)動(dòng)作(例如令角色跳躍)，系統(tǒng)都會(huì)捕獲單擊事件并將其發(fā)送到服務(wù)器。游戲在這里接收所述事件。然后，游戲渲染了一個(gè)包含所述動(dòng)作結(jié)果的幀(即角色跳躍)。捕獲渲染幀，將其復(fù)制出來(lái)，并使用視頻編碼器對(duì)其進(jìn)行編碼。然后對(duì)幀進(jìn)行打包，以便將其放入U(xiǎn)ser Datagram Protocol (UDP)包中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給玩家。最后，在玩家方面，有一個(gè)抖動(dòng)緩沖區(qū)來(lái)幫助平滑播放數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)包解碼為幀，然后為玩家渲染幀。

　　這一切發(fā)生的速度非常快。然而，每一步都需要一點(diǎn)時(shí)間。所以當(dāng)時(shí)間累積起來(lái)時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致玩家出現(xiàn)更高的延遲。

　　Meta當(dāng)前的模型在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行了顯著改進(jìn)，并使用GPU編碼改善了延遲。使用GPU進(jìn)行編碼意味著當(dāng)游戲渲染幀時(shí)，它將在GPU中渲染，并且在編碼之前不會(huì)離開(kāi)GPU的內(nèi)存。這個(gè)過(guò)程效率更高，并且不需要在GPU和主服務(wù)器之間使用大量PCI總線帶寬。編碼幀最終會(huì)比原始幀小。

　　當(dāng)前的視頻和音頻流模型通過(guò)使用GPU編碼顯著改善了延遲

　　在網(wǎng)絡(luò)方面，靠近玩家的邊緣計(jì)算站點(diǎn)同樣有助于減少視頻和音頻延遲，甚至比將整個(gè)流媒體管道移動(dòng)到GPU所節(jié)省的成本更為顯著。

　　在玩家方面，Meta現(xiàn)在同時(shí)使用硬件解碼來(lái)減少解碼時(shí)間。視頻和音頻通常同步在一起，但可以在音頻之前發(fā)送視頻，以改善延遲。另外，可以利用玩家PC顯示器或手機(jī)屏幕的固有延遲。屏幕以一定的速率個(gè)顯示幀，例如30fps或60fps�？梢允褂脦�間不易察覺(jué)的間隔來(lái)幫助吸收一定的抖動(dòng)，并平滑視頻。對(duì)于支持更高FPS的設(shè)備，延遲可能會(huì)進(jìn)一步降低。

　　2.3 確保云游戲安全

　　玩家和開(kāi)發(fā)者需要確保任何云游戲體驗(yàn)的安全。玩家需要知道他們的數(shù)據(jù)是安全的，開(kāi)發(fā)者則需要確保他們的產(chǎn)品不會(huì)受到盜版和其他安全漏洞的影響。

　　結(jié)合邊緣計(jì)算、GPU虛擬化和視頻/音頻流，這令云游戲基礎(chǔ)設(shè)施非常復(fù)雜。這種復(fù)雜性帶來(lái)了獨(dú)特的安全挑戰(zhàn)。作為一個(gè)基于Windows和Android的系統(tǒng)，系統(tǒng)固有地承擔(dān)著所述環(huán)境的安全挑戰(zhàn)，需要從DDOS攻擊等威脅得到保護(hù)。

　　為了識(shí)別和解決安全問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)在從設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)到測(cè)試的每個(gè)階段都會(huì)評(píng)估安全性。這包括威脅建模、安全代碼審查、模糊測(cè)試和安全測(cè)試。Meta表示不希望云游戲成為攻擊其他元系統(tǒng)的切入點(diǎn)，所以云游戲基礎(chǔ)設(shè)施與元的核心數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施完全隔離。內(nèi)部安全團(tuán)隊(duì)會(huì)與外部公司合作，定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)估。

　　3. 云游戲和元宇宙

　　元宇宙對(duì)游戲的未來(lái)有著重大的影響，不僅在游戲類(lèi)型方面，而且包括在游戲?qū)⑷绾谓桓督o玩家方面。元宇宙將進(jìn)一步推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接需求。團(tuán)隊(duì)今天所做的基礎(chǔ)工作將在幫助行業(yè)創(chuàng)建云基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮重要作用，云基礎(chǔ)設(shè)施將用于處理創(chuàng)建元宇宙體驗(yàn)所需的復(fù)雜計(jì)算。

　　就像3A游戲一樣，未來(lái)的元宇宙體驗(yàn)將需要盡可能高的保真度和最低的延遲。換句話說(shuō)，云游戲網(wǎng)絡(luò)必須具有超低延遲、高可擴(kuò)展性、高吞吐量和統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　無(wú)論這種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是什么樣子，其都需要對(duì)當(dāng)今的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行逐步的改進(jìn)。它將需要一個(gè)可靠的的對(duì)等通信鏈路和協(xié)議，以便在相同距離的人員之間交換信息。它需要一個(gè)統(tǒng)一且無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪?lái)限制全球范圍內(nèi)的延遲、抖動(dòng)和丟包。

　　圍繞提高延遲、可靠性和吞吐量以及開(kāi)發(fā)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的挑戰(zhàn)可能迫使工程師在端到端通信網(wǎng)絡(luò)中重新設(shè)計(jì)和分配計(jì)算和路由資源。然后，元宇宙將需要在其網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)網(wǎng)段，以及垂直的每個(gè)應(yīng)用程序/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層(即從堆棧頂部的應(yīng)用程序?qū)拥蕉褩５撞康牟僮飨到y(tǒng)層)采用無(wú)處不在的端到端QoS管理策略。

　　Meta現(xiàn)在正在研究所述問(wèn)題的解決方案，并在與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和運(yùn)營(yíng)商、硬件芯片組制造商以及其他合作伙伴合作，共同創(chuàng)建滿足元宇宙需求的解決方案。

　　4. 云游戲的近期前景如何?

　　大多數(shù)人將通過(guò)游戲首次進(jìn)入元宇宙。隨著Meta努力實(shí)現(xiàn)metaverse的長(zhǎng)期愿景，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)構(gòu)建新的體驗(yàn)，以幫助縮小與未來(lái)元宇宙的差距。

　　隨著這家公司不斷擴(kuò)展云游戲平臺(tái)，他們正在不斷升級(jí)和改進(jìn)我們的云游戲基礎(chǔ)設(shè)施。在接下來(lái)的兩到三年里，團(tuán)隊(duì)將致力于更多的國(guó)際擴(kuò)張，將游戲帶給全世界更多的人。他們同時(shí)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和運(yùn)營(yíng)商合作，共同顯著改善其接入網(wǎng)絡(luò)的延遲。在硬件方面，他們正在與芯片組制造商合作，以改善用戶設(shè)備的延遲。另外，他們已經(jīng)在研究新的容器技術(shù)，從而提供更好的流媒體效率。當(dāng)然，隨著系統(tǒng)的發(fā)展和改進(jìn)，安全性同樣會(huì)不斷提高。

　　開(kāi)發(fā)者可以期待顯著的改進(jìn)，包括改進(jìn)系統(tǒng)的兼容性，并為他們提供更好的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、調(diào)試、實(shí)驗(yàn)和分析工具。作為我們?cè)朴螒蚬ぷ髦凶钪匾�的部分，玩家可以期待新的、更具沉浸感的游戲體驗(yàn)即將到來(lái)。

　　這家公司最后總結(jié)道：“幫助人們隨時(shí)隨地一起暢玩精彩游戲的目標(biāo)不會(huì)改變，而我們對(duì)云游戲的持續(xù)努力將確保相關(guān)體驗(yàn)只會(huì)變得更好。”