伴隨著新興應用的興起以及數(shù)字化程度越來越高，已有的成熟處理器在性能、效率以及成本上的優(yōu)勢相較自研芯片的優(yōu)勢越來越小，因此借助成熟的第三方 IP 以及 EDA 工具和代工廠，科技巨頭們紛紛開始自研芯片，其中最有代表性的就是谷歌 TPU，除此之外，谷歌 Argos VCU 也值得關注。
谷歌設計了自己的新處理器 Argos 視頻(轉(zhuǎn))編碼單元(VCU)，其目的只有一個：處理視頻。高效的新芯片使這家技術巨頭能夠用自己的芯片替換數(shù)千萬顆英特爾 CPU。
多年來，英特爾內(nèi)置于其 CPU 中的視頻編解碼引擎一直主導著市場，因為它們提供了領先的性能和功能，并且易于使用。但是定制的專用集成電路 (ASIC) 的性能往往優(yōu)于通用硬件，因為它們僅針對一種工作負載而設計。因此，谷歌轉(zhuǎn)而為 YouTube 的視頻處理任務開發(fā)自己的專用硬件，并取得了很好的效果。
不過，英特爾可能會利用其最新技術來贏回谷歌的專業(yè)視頻處理業(yè)務。
谷歌為什么自研 VCU?
數(shù)據(jù)顯示，用戶每分鐘向 YouTube 上傳超過 500 小時的各種格式的視頻內(nèi)容。Google 需要將該內(nèi)容快速轉(zhuǎn)碼為多種分辨率(包括 144p、240p、360p、480p、720p、1080p、1440p、2160p 和 4320p)和數(shù)據(jù)高效格式(例如，H.264、VP9 或 AV1)，這需要強大的編碼能力。
過去，谷歌有兩種轉(zhuǎn)碼 / 編碼內(nèi)容的選擇。第一個選項是英特爾的視覺計算加速器 (VCA)，它包含三個 Xeon E3 CPU，內(nèi)置 Iris Pro P6300/P580 GT4e 集成圖形內(nèi)核和先進的硬件編碼器。第二種選擇是使用軟件編碼和通用英特爾至強處理器。
谷歌認為，對于 YouTube 的工作負載來說，這兩種選擇都不夠節(jié)能。視覺計算加速本身就相當耗電，而至強 CPU 的數(shù)量本質(zhì)上要增加服務器的數(shù)量，這意味著額外的功率和數(shù)據(jù)中心占用空間。因此，谷歌決定采用自研的定制硬件。
谷歌的第一代 Argos VCU 并沒有完全取代英特爾的 CPU，因為服務器仍然需要運行操作系統(tǒng)并管理存儲驅(qū)動器和網(wǎng)絡連接。在很大程度上，谷歌的 Argos VCU 就像一個總是需要一個 CPU 的 GPU。
谷歌的 VCU 與 GPU 中的流處理器不同，它集成了 10 個 H.264/VP9 編碼器引擎、幾個解碼器內(nèi)核、4 個 LPDDR4-3200 內(nèi)存通道(具有 4x32 位接口)、1 個 PCIe 接口、1 個 DMA 引擎和 1 個用于調(diào)度目的的小型通用內(nèi)核。
VCU 除了自研的編碼器 / 轉(zhuǎn)碼器外，大多數(shù) IP 都從第三方獲得許可，以降低開發(fā)成本。每個 VCU 還配備了 8GB 的可用 ECC LPDDR4 內(nèi)存。
實際上，谷歌研發(fā) VCU 的理念是將盡可能多的高性能編碼器 / 轉(zhuǎn)碼器放入單個硅片中(同時保持節(jié)能)，然后將 VCU 的數(shù)量與所需的服務器數(shù)量分別擴展。谷歌在一塊板上放置兩個 VCU，然后在每個雙插槽英特爾至強服務器上安裝 10 個卡，大大提高了每個機架的解碼 / 轉(zhuǎn)碼性能。
VCU 加速替代 CPU
谷歌表示，與英特爾 Skylake 驅(qū)動的服務器系統(tǒng)相比，其基于 VCU 的設備在性能、TCO(總體擁有成本)、計算效率方面實現(xiàn)了 7 倍(H.264)和高達 33 倍(VP9)的提升。這樣的提升帶來的成本優(yōu)勢(VCU 與英特爾的 CPU 相比)，使得 VCU 成為視頻巨頭 YouTube 的更好選擇。
CPU、GPU 和配備 VCU 的系統(tǒng)離線雙通道單輸出 (SOT) 吞吐量
從谷歌分享的性能數(shù)據(jù)看，很明顯單個 Argos VCU 僅比 H.264 中的 2 路 Skylake 服務器 CPU 快。但是，由于可以在單個服務器中安裝 20 個 VCU，從效率的角度來看，VCU 勝出。但對于要求更高的 VP9 編解碼器，谷歌的 VCU 似乎比英特爾的雙路至強快五倍，有令人印象深刻的效率優(yōu)勢。
自從谷歌擁有 Argos VCU，它用自己芯片取代了許多基于至強的 YouTube 服務器。很難估計谷歌實際更換了多少至強系統(tǒng)，但一些分析師認為，這家科技巨頭本可以將 3300-4000 萬個英特爾 CPU 換成自己的 VCU，即使第二個數(shù)字被高估了，單位仍然是數(shù)百萬個。
由于谷歌的其他服務需要大量處理器，因此該公司從 AMD 或英特爾購買的 CPU 數(shù)量可能仍然非常高，并且不會很快減少，因為谷歌自己的數(shù)據(jù)中心級芯片的使用需要數(shù)年時間。
還值得注意的是，目前谷歌為了嘗試使用創(chuàng)新的編碼技術(例如，AV1)，YouTube 需要使用通用 CPU，因為 Argos 不支持新編碼技術的編解碼。此外，隨著更高效的編解碼器的出現(xiàn)，這些編解碼器對計算能力的要求往往更高，谷歌將不得不繼續(xù)使用 CPU 進行部署。
但具有諷刺意味的是，專用硬件的優(yōu)勢在未來只會越來越大。谷歌已經(jīng)在開發(fā)支持 AV1、H.264 和 VP9 編解碼器的第二代 VCU，因為它需要進一步提高其編碼技術的效率。目前尚不清楚谷歌何時會部署新的 VCU，但很明顯該公司希望盡可能使用自己的處理器而不是通用處理器。
英特爾并未停滯不前
不過，英特爾并沒有停滯不前。該公司基于 DG1 Xe-LP 的四芯片 SG1 服務器卡可以解碼多達 28 路 4Kp60 流以及同時轉(zhuǎn)碼多達 12 路。本質(zhì)上講，英特爾的 SG1 與谷歌的 Argos VCU 所做的工作完全一樣：將視頻解碼和轉(zhuǎn)碼性能與服務器數(shù)量分開，從而減少用于視頻應用的數(shù)據(jù)中心所需的通用處理器數(shù)量。
憑借即將推出的 Xe-HP GPU，英特爾將同時提供 10 個高質(zhì)量 4Kp60 流的轉(zhuǎn)碼。請記住，某些 Xe-HP GPU 將擴展到四個區(qū)塊，并且每個系統(tǒng)可以安裝一個以上的 GPU，英特爾在領先的媒體解碼和編碼能力市場只會變得更加穩(wěn)固。
總結(jié)
Google 已成功構建了出色的 H.264 和支持 VP9 的視頻(轉(zhuǎn))編碼單元 (VCU)，與英特爾現(xiàn)有的 CPU 相比，它可以在視頻編碼 / 轉(zhuǎn)碼工作負載方面提供顯著更高的效率。此外，VCU 使 谷歌能夠獨立于服務器數(shù)量擴展其視頻編碼 / 轉(zhuǎn)碼性能。
然而，英特爾已經(jīng)擁有 Xe-LP GPU 和 SG1 卡，它們也提供了一些重要的視頻解碼和編碼功能，因此英特爾仍將在具有繁重視頻流工作負載的數(shù)據(jù)中心取得成功。此外，隨著英特爾 Xe-HP GPU 的出現(xiàn)，該公司有望鞏固其在該市場的地位。
