抖音,、快手等等短視頻平臺(tái)近些年爆發(fā)式增長(zhǎng)，視頻處理芯片也因此被各大互聯(lián)網(wǎng)公司熱追,。

過(guò)去幾年來(lái),，在需求的推動(dòng)下,，互聯(lián)網(wǎng)造芯早已家喻戶曉。尤其是過(guò)去幾年云計(jì)算,、數(shù)據(jù)中心和人工智能的火熱,，全球領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)似乎都殊途同歸，走向了AI芯片,、CPU和DPU等芯片的自研道路,。與此同時(shí)，他們還會(huì)根據(jù)各自業(yè)務(wù)的不同,，針對(duì)性地打造了不同的芯片矩陣,。

　　在我們還對(duì)互聯(lián)網(wǎng)造芯近年發(fā)展之快感到驚嘆之余，諸如谷歌,、Meta,、字節(jié)跳動(dòng)和騰訊等互聯(lián)網(wǎng)公司又都無(wú)一例外地盯上了一款芯片：那就是視頻處理芯片VPU（Video Processing Unit）。

　　谷歌,、騰訊,、字節(jié)和Facebook

　　均已著手自研

　　2021年4月，谷歌發(fā)布了自研的Argos VCU（VCU是谷歌的稱法）,。Argos有10個(gè)用于處理視頻的內(nèi)核，這些內(nèi)核放置在一個(gè)相當(dāng)大的散熱器下,，每塊板上放置兩個(gè)芯片,。谷歌聲稱它可以將計(jì)算效率提高20到33倍,，以往處理4K視頻要幾天，現(xiàn)在只需數(shù)小時(shí)就行,。Argos的研發(fā)成功替代了多達(dá)數(shù)千萬(wàn)顆英特爾CPU,，僅CPU就節(jié)省超過(guò)200億人民幣的資金投入規(guī)模。在構(gòu)建這個(gè)芯片的過(guò)程中,，谷歌甚至創(chuàng)造了他們自己的EDA工具,，叫做Taffel。

　　谷歌Argos VCU

　　我們正在進(jìn)入一個(gè)音視頻蓬勃發(fā)展時(shí)代,，表現(xiàn)為視頻用戶數(shù)激增,、視頻產(chǎn)生量巨大，視頻越來(lái)越難以被壓縮和處理,。從2003年發(fā)展至今,，有許多不同的視頻標(biāo)準(zhǔn)和編解碼器（如下圖所示），如果編解碼器在壓縮視頻時(shí)的效率越高,，那么最終的文件尺寸更小,，流更小。

　　圖源：谷歌在Hot Chips 33 上的演講內(nèi)容

　　谷歌的Argos芯片能助力其使用VP9的視頻編碼器,，相比前一代H.264,，其視頻壓縮效率提高了40%。VP9是一種更復(fù)雜的視頻編解碼器,，它允許視頻文件變得更小并保持相同的圖片質(zhì)量,，它還可以存儲(chǔ)相同大小但質(zhì)量更高的視頻。VP9允許Google節(jié)省大量帶寬,，這些帶寬通過(guò)他們的內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)中心流出給消費(fèi)者,，這反過(guò)來(lái)又大大降低了他們的成本。AV1是更高級(jí)別的視頻編碼方式,，將比VP9再提高30%-40%,。更高級(jí)別的壓縮通常需要更多的計(jì)算。

　　根據(jù)SemiAnalysis的消息來(lái)源,，下一代Argos已經(jīng)在開發(fā)中,。它將能夠?qū)崿F(xiàn)在CPU或GPU 上難以支持的 AV1 格式，將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的存儲(chǔ)和帶寬節(jié)省,。此外,，他們還計(jì)劃開始在新芯片上添加機(jī)器學(xué)習(xí)推理硬件。最后,，他們還將在附加卡本身上添加網(wǎng)絡(luò),，以提高效率并減少與主機(jī) CPU 的通信。這將允許他們自動(dòng)生成視頻字幕,，檢查是否違反服務(wù)條款,，甚至允許在 YouTube 和 Google 照片上啟用視頻搜索,。

　　今年6月份，騰訊云發(fā)表了《騰訊的芯事》,，從中我們了解到,，騰訊自研的視頻轉(zhuǎn)碼芯片——“滄海”,，已于2022年3月5日流片回來(lái),，并點(diǎn)亮。這是騰訊的第三款芯片,，也是完全自主研發(fā)的第一款芯片,。騰訊的滄海小分隊(duì)的目標(biāo)就是要做一款業(yè)界最強(qiáng)的視頻轉(zhuǎn)碼芯片，把壓縮率發(fā)揮到極致,。滄海芯片采用12nm工藝,，實(shí)現(xiàn)了以更小的數(shù)據(jù)量、更小的帶寬提供相同質(zhì)量的視頻,，壓縮率相比行業(yè)最佳表現(xiàn)提高了30%以上,。

　　騰訊滄海點(diǎn)亮

　　字節(jié)跳動(dòng)造芯近來(lái)再次掀起一波關(guān)注高潮。據(jù)了解,，字節(jié)跳動(dòng)從三年前開始做視頻編解碼硬件研發(fā),，去年下半年開始組建SoC團(tuán)隊(duì)，年初FPGA上線,。7月20日,，字節(jié)跳動(dòng)副總裁楊震原在“2022火山引擎原動(dòng)力大會(huì)”上接受媒體采訪時(shí)確認(rèn)，字節(jié)跳動(dòng)正在開展自研芯片,，主要用于自身視頻推薦業(yè)務(wù),。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將為字節(jié)跳動(dòng)大規(guī)模視頻推薦服務(wù)專用場(chǎng)景定制硬件優(yōu)化，如視頻編解碼,、云端推理加速等,，以期提升性能，降低成本,。

　　除了字節(jié)以外,，另一個(gè)國(guó)內(nèi)視頻巨頭快手也在相關(guān)視頻芯片產(chǎn)品上有布局。據(jù)筆者了解,，他們的相關(guān)芯片已經(jīng)會(huì)片,，或許應(yīng)該能看到更多的信息披露。

　　此外,，F(xiàn)acebook母公司Meta也正在尋求“控制關(guān)鍵技術(shù)并減少對(duì)現(xiàn)有芯片供應(yīng)商的依賴”,。據(jù)悉，其也正在開發(fā)定制服務(wù)器芯片，其中一款A(yù)I推理芯片主要用于推薦算法等,；另一款則主要進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù),，以提高Facebook用戶觀看錄制和直播視頻的質(zhì)量。而且Facebook還聘請(qǐng)了一位來(lái)自英特爾的資深網(wǎng)絡(luò)芯片工程師Jon Dama來(lái)領(lǐng)導(dǎo)這家互聯(lián)網(wǎng)巨頭的基礎(chǔ)設(shè)施硬件工程組的芯片設(shè)計(jì)工作,。

　　CPU和GPU不再經(jīng)濟(jì)，

　　VPU或?qū)⒋蠓女惒?/strong>

　　當(dāng)下,，隨著互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的不斷更新迭代,，視頻流媒體已開始取代文字、圖片等形式,，直播,、點(diǎn)播、短視頻等視頻應(yīng)用正在“侵蝕”每個(gè)年齡階段的人,，視頻流媒體約攻占互聯(lián)網(wǎng)80%的流量,，如國(guó)外的Youtube，國(guó)內(nèi)的抖音,、快手等短視頻,。網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在內(nèi)容上走向去中心化的路線，用戶每分鐘向Youtube上傳超過(guò)700小時(shí)的YouTube視頻,，抖音,、快手以及騰訊微視頻等亦是如此。消費(fèi)者更多的是將時(shí)間花在了用戶生成的內(nèi)容上,。

　　在這個(gè)過(guò)程中要做的工作越來(lái)越復(fù)雜,，視頻的分辨率、質(zhì)量和帶寬消耗等直接決定了用戶的粘性,。抖音這幾年來(lái)是短視頻領(lǐng)域的贏家之一,，很大一個(gè)原因在于其能對(duì)每個(gè)人進(jìn)行定制化的推送，背后有著強(qiáng)大的推薦機(jī)制,。用戶對(duì)超高清視頻（4K/8K）的追求越來(lái)越高,，但也帶來(lái)了更高的編解碼算力需求和CDN帶寬成本。

　　多年來(lái),，英特爾的CPU+軟件的視頻解碼/編碼方案一直主導(dǎo)著流媒體市場(chǎng),，但是隨著視頻流媒體對(duì)高質(zhì)量視頻的需求不斷增長(zhǎng)，CPU將不再具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值,，而且會(huì)消耗太多的能耗和空間,。GPU雖然有稍微更好的TCO（總擁有成本），但缺點(diǎn)是較低的利用率和較低的工作負(fù)載靈活性,。使用GPU對(duì)于某些應(yīng)用程序來(lái)說(shuō),，運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序棧是一件復(fù)雜而混亂的事情，各種版本的Linux或Windows都不能正常工作，這類軟件問(wèn)題阻礙了英特爾,、英偉達(dá)等GPU方案的發(fā)展,，比如英特爾被取消的Xe HP tile GPU架構(gòu)。英特爾的Xe-HP計(jì)算GPU是該公司多年來(lái)啟動(dòng)的第一款高性能獨(dú)立GPU,，也是英特爾向公眾展示的第一款獨(dú)立Xe GPU,。

　　英特爾的Xe-HP計(jì)算GPU

　　顯然，CPU和GPU都已經(jīng)不適合處理巨量的視頻業(yè)務(wù),，因此VPU這種專用的視頻處理芯片應(yīng)運(yùn)而生,。在某種意義上，VPU比其他編碼方法更靈活,。

　　圖源：Semianalysis

　　VPU是結(jié)合AI技術(shù)專門面向視頻場(chǎng)景優(yōu)化設(shè)計(jì)的視頻加速器,，內(nèi)置視頻編碼加速專用功能模塊，具有高性能,、低功耗,、低延時(shí)等特性，能為視頻行業(yè)應(yīng)用帶來(lái)高效能的加速計(jì)算,。

　　圖源：Semianalysis

　　一般來(lái)說(shuō),，ASIC需要在它們的目標(biāo)工作負(fù)載中提供高一個(gè)數(shù)量級(jí)的更好的能力才能被行業(yè)認(rèn)可。而據(jù)SemiAnalysis對(duì)國(guó)產(chǎn)VPU芯片初創(chuàng)企業(yè)镕銘微電子（NETINT）的分析,，相比于CPU和GPU,，VPU的密度和功耗是CPU和GPU無(wú)法比擬的。下圖是使用HEVC編解碼器,，镕銘微電子的VPU碾壓英偉達(dá)的上一代T4（有更新的基于安培GPU)和英特爾的Skylake/Cascade Lake服務(wù)器,。其設(shè)計(jì)的Codensity系列VPU芯片已經(jīng)在中國(guó)超過(guò)90%的一線互聯(lián)網(wǎng)和視頻內(nèi)容客戶中得到大規(guī)模部署，并在大量海外客戶如微軟,、IBM等企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,，他們還面向全球推出世界第一款支持AV1編碼能力的芯片級(jí)解決方案。

　　镕銘微電子VPU產(chǎn)品

　?。▓D源：镕銘微電子）

　　另外,，據(jù)相關(guān)報(bào)道，一家名為涌現(xiàn)科技的公司在這方面也有布局,。該公司表示提供的Seirios視頻編解碼加速解決方案,，核心的ASIC視頻編解碼芯片是由涌現(xiàn)科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的先進(jìn)制程芯片，通過(guò)將其安裝在執(zhí)行編碼和轉(zhuǎn)碼的視頻處理服務(wù)器上,，可以在不改變服務(wù)器配置的情況下提升處理性能,。減輕數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的多媒體處理負(fù)擔(dān)，降低整體功耗和成本,。

　　從谷歌自研VPU所獲得的好處,，我們也可以看出為何互聯(lián)網(wǎng)廠商紛紛發(fā)力VPU這顆芯片：一方面,，互聯(lián)網(wǎng)是最講求TCO（總擁有成本）的地方，使用VPU將大大減少對(duì)CPU的使用量,；另一方面,，能夠根據(jù)自己的需求，打造更低的功耗和更快的芯片,，這也將加強(qiáng)他們的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì),。還有一個(gè)有利條件是，他們這些互聯(lián)網(wǎng)廠商都有自己的視頻產(chǎn)品,，豐富的多媒體應(yīng)用場(chǎng)景,，以及云覆蓋的眾多直播互動(dòng)頭部客戶，將為他們的研發(fā)提供得天獨(dú)厚的分析和驗(yàn)證條件,。再者，互聯(lián)網(wǎng)巨頭對(duì)這個(gè)賽道的看好,，足以見得VPU這個(gè)市場(chǎng)的廣闊前景,。

　　寫在最后

　　由于VPU芯片是一個(gè)對(duì)場(chǎng)景處理技術(shù)要求很高的產(chǎn)品，所以目前主攻ASIC VPU的芯片供應(yīng)商中似乎并不多,。整體而言,，目前只有少數(shù)幾家廠商真正做到了大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)廠商自研的產(chǎn)品到真正可落地實(shí)際應(yīng)用還有2-3年的時(shí)間,。

　　中國(guó)的各類視頻應(yīng)用已然走在時(shí)代前列,，同時(shí)還有龐大的用戶群體，不止如此,，VPU的市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景非常多,，隨著5G、移動(dòng)端視頻,、云游戲,、云桌面、VR/AR,、元宇宙等行業(yè)的高速擴(kuò)張,，市場(chǎng)對(duì)專用視頻處理芯片的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，專用于視頻處理的ASIC芯片或?qū)⒂瓉?lái)長(zhǎng)周期的藍(lán)海市場(chǎng),。

　　有研究分析,，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)，VPU市場(chǎng)規(guī)?？赡軐⑦_(dá)千億美金,。從CPU到GPU，再到DPU,，而現(xiàn)在一個(gè)屬于VPU的時(shí)代似乎正在悄然而來(lái),，目測(cè)未來(lái)這個(gè)市場(chǎng)應(yīng)該會(huì)扎入更多玩家,。

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