Meta分享云游戏的挑战与基础设施,为AR/VR云游戏打基础

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团队撰文介绍了选择云游戏的原因,以及背后的云游戏基础设施

映维网Nweon 2022年06月16日)云游戏的承诺即是人人皆可游戏的承诺。无论身在何处,无论是否拥有最新最昂贵的游戏设备,任何热爱游戏的人士都应该能够享受游戏并与朋友分享体验。Facebook Gaming于2020年推出了云游戏平台,从而允许Facebook用户通过任何屏幕和浏览器即时访问本机Android和Windows游戏。

创造云游戏提出了前所未有的访问要求,这意味着Meta的工程师需要应对全新的挑战,并开发不断增长的硬件基础设施,从而向世界各地的人们提供高质量的游戏体验。

但游戏本身同样在不断发展。从AR和VR等3D体验到最终将的元宇宙体验,世界各地的人们都希望尽可能无缝、轻松地畅玩越来越多的沉浸式游戏。尽管整个行业都需要付出巨大的努力才能实现元宇宙,但Meta相信,创建基础设施和解决云游戏的挑战同样为其指明了元宇宙解决方案的方向。

日前,团队撰文介绍了选择云游戏的原因,以及背后的云游戏基础设施。

1. 为什么选择云游戏?

云游戏是关于可达性。不管使用的是什么设备,不管身处世界什么地方,云游戏的承诺是人人皆可游戏。将游戏应用放在云端可以免除人们购买额外的硬件,同时无需下载文件或等待更新。它支持桌面和移动设备之间的无缝交叉开玩,以及灵活的应用分发。

云游戏同时承诺为开发者提供更为轻松的体验,因为开发者不需要为多个硬件平台优化游戏。在理想情况下,开发者只需构建一次,就可以将其分发到多个设备,无需多个二进制文件。

对于关心安全和完整性的玩家和开发者来说,云游戏意味着对作弊和盗版的担忧更少。

2. Meta云游戏基础设施

在Meta实现云游戏意味着开发全新的硬件和软件基础设施,从而应对云游戏固有的挑战。为提供快速而流畅的游戏体验,基于云端的游戏需要较低的端到端延迟。在这种情况下,你必须以尽可能小的抖动传输高质量的视频和音频。

为了实现高经济效益,相关基础设施同时需要能够在单个云游戏服务器运行多个游戏。另外,所有这一切都必须防止各种网络攻击,并且保持强大和高效。

2.1 边缘计算、GPU和虚拟化

对于Meta的云游戏基础设施,为玩家提供延迟优化的最佳方式是在网络距离方面尽可能接近他们。Meta的数据中心本身无法提供云游戏所需的超低延迟水平。因此,Meta依赖通过部署在靠近大量人口的大都市地区边缘的边缘计算,从而令云游戏基础设施更接近玩家。

随着边缘计算站点数量的增加,这可以改善玩家的延迟。

每个边缘计算站点的目标是拥有一个统一的托管环境,以确保可以尽可能顺利地运行尽可能多的游戏。今天的游戏是为GPU设计,所以Meta与英伟达合作,在基于NVIDIA Ampere架构的GPU之上构建托管环境。随着游戏的图形化程度和复杂性不断提高,GPU将提供加载、运行和流媒体游戏所需的高保真度和低延迟。

为了自己运行游戏,团队在边缘计算操作系统的基础上使用了集群管理系统Twine。Meta构建编排服务来管理流信号,并使用Twine来协调边缘的游戏服务器。

他们为Windows和Android游戏构建并使用了容器技术,为两者提供了不同的托管解决方案。Meta构建了一个整合的编排系统,用于管理和运行两种操作系统的游戏。这意味着我们可以在不同平台更灵活地交付游戏和管理容量。

2.2 视频和音频流

最终,提供流畅的视频和音频是云游戏体验最重要的环节之一。任何玩过网络游戏的人都熟悉延迟可能导致的沮丧。

在考虑到所述技术的成熟性和兼容性后,Meta将WebRTC与Secure Real-Time Transport Protocol(SRTP)技术结合起来,作为流式用户输入和游戏视频/音频帧解决方案。以这种方式,团队能够随时间推移显著提高视频和音频流性能。

每当玩家单击以执行游戏中的某个动作(例如令角色跳跃),系统都会捕获单击事件并将其发送到服务器。游戏在这里接收所述事件。然后,游戏渲染了一个包含所述动作结果的帧(即角色跳跃)。捕获渲染帧,将其复制出来,并使用视频编码器对其进行编码。然后对帧进行打包,以便将其放入User Datagram Protocol (UDP)包中,并通过网络发送给玩家。最后,在玩家方面,有一个抖动缓冲区来帮助平滑播放数据包。系统将数据包解码为帧,然后为玩家渲染帧。

这一切发生的速度非常快。然而,每一步都需要一点时间。所以当时间累积起来时,这可能会导致玩家出现更高的延迟。

Meta当前的模型在这一基础上进行了显著改进,并使用GPU编码改善了延迟。使用GPU进行编码意味着当游戏渲染帧时,它将在GPU中渲染,并且在编码之前不会离开GPU的内存。这个过程效率更高,并且不需要在GPU和主服务器之间使用大量PCI总线带宽。编码帧最终会比原始帧小。

当前的视频和音频流模型通过使用GPU编码显著改善了延迟

在网络方面,靠近玩家的边缘计算站点同样有助于减少视频和音频延迟,甚至比将整个流媒体管道移动到GPU所节省的成本更为显著。

在玩家方面,Meta现在同时使用硬件解码来减少解码时间。视频和音频通常同步在一起,但可以在音频之前发送视频,以改善延迟。另外,可以利用玩家PC显示器或手机屏幕的固有延迟。屏幕以一定的速率个显示帧,例如30fps或60fps。可以使用帧间不易察觉的间隔来帮助吸收一定的抖动,并平滑视频。对于支持更高FPS的设备,延迟可能会进一步降低。

2.3 确保云游戏安全

玩家和开发者需要确保任何云游戏体验的安全。玩家需要知道他们的数据是安全的,开发者则需要确保他们的产品不会受到盗版和其他安全漏洞的影响。

结合边缘计算、GPU虚拟化和视频/音频流,这令云游戏基础设施非常复杂。这种复杂性带来了独特的安全挑战。作为一个基于Windows和Android的系统,系统固有地承担着所述环境的安全挑战,需要从DDOS攻击等威胁得到保护。

为了识别和解决安全问题,团队在从设计和实现到测试的每个阶段都会评估安全性。这包括威胁建模、安全代码审查、模糊测试和安全测试。Meta表示不希望云游戏成为攻击其他元系统的切入点,所以云游戏基础设施与元的核心数据基础设施完全隔离。内部安全团队会与外部公司合作,定期对系统进行安全评估。

3. 云游戏和元宇宙

元宇宙对游戏的未来有着重大的影响,不仅在游戏类型方面,而且包括在游戏将如何交付给玩家方面。元宇宙将进一步推动网络连接需求。团队今天所做的基础工作将在帮助行业创建云基础设施方面发挥重要作用,云基础设施将用于处理创建元宇宙体验所需的复杂计算。

就像3A游戏一样,未来的元宇宙体验将需要尽可能高的保真度和最低的延迟。换句话说,云游戏网络必须具有超低延迟、高可扩展性、高吞吐量和统一数据存储。

无论这种全新的网络架构是什么样子,其都需要对当今的整体网络架构进行逐步的改进。它将需要一个可靠的的对等通信链路和协议,以便在相同距离的人员之间交换信息。它需要一个统一且无处不在的网络拓扑来限制全球范围内的延迟、抖动和丢包。

围绕提高延迟、可靠性和吞吐量以及开发统一数据库的挑战可能迫使工程师在端到端通信网络中重新设计和分配计算和路由资源。然后,元宇宙将需要在其网络的每个网段,以及垂直的每个应用程序/网络协议层(即从堆栈顶部的应用程序层到堆栈底部的操作系统层)采用无处不在的端到端QoS管理策略。

Meta现在正在研究所述问题的解决方案,并在与移动网络运营商和运营商、硬件芯片组制造商以及其他合作伙伴合作,共同创建满足元宇宙需求的解决方案。

4. 云游戏的近期前景如何?

大多数人将通过游戏首次进入元宇宙。随着Meta努力实现metaverse的长期愿景,团队将继续构建新的体验,以帮助缩小与未来元宇宙的差距。

随着这家公司不断扩展云游戏平台,他们正在不断升级和改进我们的云游戏基础设施。在接下来的两到三年里,团队将致力于更多的国际扩张,将游戏带给全世界更多的人。他们同时与移动网络运营商和运营商合作,共同显著改善其接入网络的延迟。在硬件方面,他们正在与芯片组制造商合作,以改善用户设备的延迟。另外,他们已经在研究新的容器技术,从而提供更好的流媒体效率。当然,随着系统的发展和改进,安全性同样会不断提高。

开发者可以期待显著的改进,包括改进系统的兼容性,并为他们提供更好的开发、测试、调试、实验和分析工具。作为我们云游戏工作中最重要的部分,玩家可以期待新的、更具沉浸感的游戏体验即将到来。

这家公司最后总结道:“帮助人们随时随地一起畅玩精彩游戏的目标不会改变,而我们对云游戏的持续努力将确保相关体验只会变得更好。”

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