不知從什么時(shí)候開(kāi)始,人們的工作和生活都開(kāi)始變得離不開(kāi)手機(jī),手機(jī)幾乎握在每個(gè)人的手里。云+AI+5G技術(shù)加持下的新時(shí)代,有沒(méi)有可能讓手機(jī)不僅可以握在手里,更可以放在云上呢?華為云鯤鵬云手機(jī),就是這樣一個(gè)具有跨時(shí)代意義的創(chuàng)新產(chǎn)品。

在本次華為開(kāi)發(fā)者大會(huì)HDC.Cloud的開(kāi)發(fā)者沙龍上,我們有幸邀請(qǐng)到華為云鯤鵬云手機(jī)解決方案架構(gòu)師陳佳敦,為我們廣大的開(kāi)發(fā)者朋友們?cè)敿?xì)介紹了華為云鯤鵬云手機(jī)以及其背后獨(dú)有的Monbox軟件架構(gòu)的前世今生。

華為云鯤鵬云手機(jī)解決方案架構(gòu)師陳佳敦

既然手機(jī)已經(jīng)如此優(yōu)秀,為何還需要云手機(jī)?

首先,云手機(jī)并不是說(shuō)取代我們正在使用的手機(jī)終端,而是一種延展和補(bǔ)充。更多的是使用它的智能運(yùn)行、彈性發(fā)放和集群控制等能力,讓移動(dòng)應(yīng)用從手機(jī)終端運(yùn)行,進(jìn)化到可以在云端智能運(yùn)行。面向越來(lái)越多的,如自動(dòng)化仿真測(cè)試、數(shù)據(jù)采集分析和新媒體營(yíng)銷等場(chǎng)景,單臺(tái)手機(jī)的處理效率非常有限,通過(guò)云手機(jī)的方式,可以顛覆式地提升處理效率,幫忙企業(yè)大幅降本增效。

此外,通過(guò)云手機(jī)技術(shù),還可以為游戲,直播等行業(yè)提供全新的互動(dòng)體驗(yàn)方式,開(kāi)拓新的商業(yè)模式和市場(chǎng)。以云手游場(chǎng)景為例,因?yàn)橛螒虻膬?nèi)容實(shí)際上是在云上虛擬手機(jī)上運(yùn)行,所以游戲?qū)τ谧罱K玩家來(lái)說(shuō),無(wú)需下載,即點(diǎn)即玩,大幅提高玩家轉(zhuǎn)換率。同樣道理,以直播場(chǎng)景為例,傳統(tǒng)直播為主播一人控制,觀眾僅限于觀看和文字層面互動(dòng),基于云手機(jī)開(kāi)發(fā)的直播應(yīng)用,控制權(quán)可以在多人之間靈活切換轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)更深層次的互動(dòng)體驗(yàn)。

為何華為云可以做到公有云業(yè)界獨(dú)家?

硬件層面,Powered By Kunpeng,端云同架構(gòu)

目前,全球一共有500多萬(wàn)移動(dòng)APP,這些應(yīng)用都是基于ARM指令集進(jìn)行開(kāi)發(fā)的,海量移動(dòng)應(yīng)用在向云上遷移的過(guò)程中,以前通常采用在通用CPU服務(wù)器上增加實(shí)時(shí)指令翻譯來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是這會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題:一是會(huì)有40%的性能損失,二是還有大約20%的代碼庫(kù)無(wú)法實(shí)時(shí)翻譯。

鯤鵬處理器兼容ARM指令集,與移動(dòng)APP天然同構(gòu),可支持移動(dòng)APP無(wú)縫遷移到云上,性能零損失且無(wú)法二次開(kāi)發(fā)工作量,為云手機(jī)奠定了硬件層面的基礎(chǔ)。

軟件層面,獨(dú)有Monbox架構(gòu),打通云手機(jī)商用任督二脈

云手機(jī)想要實(shí)現(xiàn)商用,單有硬件層面的基礎(chǔ)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,Monbox軟件架構(gòu)正是打通云手機(jī)商用任督二脈的重要一步。

挑戰(zhàn)1:單服務(wù)器云手機(jī)密度提升100%

前面提到,我們選擇兼容ARM的鯤鵬服務(wù)器來(lái)運(yùn)行云手機(jī),免去指令集的翻譯性能損耗。但這只解決了CPU的部分,業(yè)界開(kāi)源的虛擬化和容器方案,都沒(méi)有解決GPU性能問(wèn)題。

Android應(yīng)用,特別是游戲,都是使用OpenGL ES來(lái)做渲染加速。開(kāi)源非直通方案,實(shí)現(xiàn)方式如圖1。軟件傳輸和翻譯等處理會(huì)帶來(lái)CPU、內(nèi)存等資源額外的開(kāi)銷,導(dǎo)致性能、兼容性等問(wèn)題。

華為云鯤鵬云手機(jī)將其徹頭徹尾的進(jìn)行調(diào)整改進(jìn),采用GPU直通方案,通過(guò)容器的方式,將GPU設(shè)備直接暴露給Android,驅(qū)動(dòng)直接對(duì)接到Android的渲染框架,大幅提升了渲染的性能。同時(shí)結(jié)合相關(guān)的驅(qū)動(dòng)優(yōu)化、綁核調(diào)整、容器隔離優(yōu)化等一系列調(diào)優(yōu)手段,實(shí)現(xiàn)單服務(wù)器云手機(jī)并發(fā)提升100%。

2:媲美真機(jī)的端到端接入時(shí)延

何為端到端時(shí)延,我們這樣舉例,比如客戶端接入到了一臺(tái)云手機(jī),打開(kāi)了一個(gè)游戲。當(dāng)這個(gè)用戶,點(diǎn)擊了游戲里面的一個(gè)按鈕,比如攻擊,那么從點(diǎn)擊的這一瞬間,到用戶看到游戲角色做出攻擊動(dòng)作的第一幀畫面,就是端到端延時(shí)。我們一般用高速攝像機(jī)來(lái)測(cè)量這個(gè)延時(shí)。目前真機(jī)是100ms級(jí)別的,業(yè)界做到的平均水平是150ms。這個(gè)延時(shí)越低,用戶的體驗(yàn)越順暢。

華為云將端到端的延時(shí),拆解成指令輸入、上傳、GPU渲染、視頻編碼、回傳圖像、圖像解碼和顯示到屏幕。這其中占了很大一部分延遲,消耗在將云手機(jī)渲染出來(lái)的每一幀圖像,編碼成視頻流,傳輸并在對(duì)端進(jìn)行解碼。雖然使用軟件編碼,編碼幀率也能達(dá)到60FPS,但非常耗CPU資源。多用一個(gè),用來(lái)跑應(yīng)用的CPU就少一個(gè),服務(wù)器上云手機(jī)的并發(fā)數(shù)量就會(huì)下降。其實(shí)x86上的GPU編碼其實(shí)很成熟了,但是ARM上的還不行,因此華為云引入編碼芯片來(lái)減輕CPU的負(fù)載。

華為在編碼和傳輸?shù)募夹g(shù)上也做了很多優(yōu)化,比如將要編碼的圖像,按照一定的規(guī)則做分層,當(dāng)帶寬高的時(shí)候,用更高清的編碼方式,傳更多的高清內(nèi)容過(guò)去。帶寬低的時(shí)候,就只傳粗糙的畫面,動(dòng)態(tài)適配帶寬。

此外,傳統(tǒng)圖像編碼傳輸過(guò)程中,每幀畫面?zhèn)鬏斒谴械?渲染的時(shí)候,編碼就需要等待,編碼的時(shí)候,傳輸同樣需要等待。通過(guò)pipeline技術(shù),把單幀又做了拆分,拆成了一條一條,渲染出一條的時(shí)候,編碼就把這一條拿過(guò)來(lái)開(kāi)始編碼,編完了就交給傳輸。這樣,一幀畫面渲染完,編碼、傳輸和解碼也都同步完成。客戶端把這一條一條重新拼在一起,渲染到屏幕上即可。這樣預(yù)期最高可降低40%編解碼延時(shí),且圖像分辨率越高,降低越明顯,整個(gè)過(guò)程對(duì)比如圖2。

不僅如此,有了這些技術(shù),再疊加上華為的網(wǎng)絡(luò)加速技術(shù),比如Link Turbo,復(fù)用WIFI、4G雙通道,以及邊緣云+5G的方案,進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲,最終達(dá)到媲美真機(jī)的使用體驗(yàn)。

3:大幅降低接入流量,為客戶節(jié)省更多成本

除了性價(jià)比、端到端延時(shí),還有很重要的一部分是接入的流量。某些場(chǎng)景下,流量的成本甚至占到八成。所以降低流量成本,可以說(shuō)是很多業(yè)務(wù)商業(yè)能走通的很大的一個(gè)因素,而且需要大幅降低。

當(dāng)前編碼主流還是用H.264,華為通過(guò)編碼芯片加速向H.265演進(jìn),它的壓縮比相比H.264高50%,可直接省一半流量。此外我們還可以從內(nèi)容壓縮策略上做文章,核心思想就是不降低主觀感知,盡量減少圖像大小。衡量圖像質(zhì)量的率失真數(shù)學(xué)模型是連續(xù)的,但其實(shí)人眼主觀感知是一個(gè)階梯性的(如圖3紅黑曲線),也就是說(shuō),圖像的畫質(zhì)降到某一個(gè)臨界點(diǎn),我們才會(huì)看的出來(lái)明顯的變化,如果看的還是一個(gè)視頻,影響會(huì)更小?；谥饔^感知的大原則,加上SCC算法,把圖像中重復(fù)的元素做壓縮,對(duì)App界面這種類型效果非常好,接近一半。游戲這種動(dòng)態(tài)的也有近7%。以及基于AI的,用特定場(chǎng)景圖像預(yù)先訓(xùn)練好編碼的模型,來(lái)提升壓縮率。

這些都是視頻流的一些優(yōu)化,當(dāng)內(nèi)容分辨率提升的時(shí)候,需要的算力和帶寬也是成倍增長(zhǎng)。因此我們也在研究指令流,這種方式是傳輸原始渲染指令和數(shù)據(jù)的,好處是畫質(zhì)不會(huì)有損失,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量跟分辨率也沒(méi)有關(guān)系,在高分辨率的情況下,帶寬節(jié)省優(yōu)勢(shì)會(huì)很明顯。

圖3生態(tài)層面,更懂Andriod和終端

華為本身也是業(yè)界領(lǐng)先的終端研發(fā)制造商,在基礎(chǔ)硬件、攝像頭、基礎(chǔ)傳感器、位置傳感器以及網(wǎng)絡(luò)制式方面都有深厚的技術(shù)積累,華為云和終端的結(jié)合,可以為客戶提供更接近真實(shí)手機(jī)的云手機(jī)使用體驗(yàn)。在Android手機(jī)系統(tǒng)方面,華為也投入了大量的研發(fā)資源,面對(duì)億級(jí)規(guī)模代碼量的系統(tǒng),華為可根據(jù)業(yè)務(wù)需求變化提供系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化和運(yùn)維能力。同時(shí)嚴(yán)選應(yīng)用可借助華為終端應(yīng)用市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)商業(yè)快速變現(xiàn)。