Ngày càng có nhiều người dùng đăng ký dịch vụ media streaming (phát trực tuyến phương tiện) theo yêu cầu và tham gia phát trực tiếp video qua internet, thay vì truyền hình phát sóng truyền thống. Sự thay đổi này dẫn đến nhu cầu về công nghệ chuyên biệt cao để hỗ trợ chức năng media transcoding (chuyển mã phương tiện) quan trọng về hiệu suất và phát trực tuyến OTT.
Gần đây, Akamai đã ra mắt Accelerated Compute, giải pháp điện toán mới cung cấp quyền truy cập vào các mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) trên đám mây, bắt đầu với NETINT Quadra Video Processing Units (VPU). VPU là phần cứng chuyên dụng được thiết kế để mã hóa và giải mã phương tiện hiệu quả hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với chuyển mã dựa trên CPU hoặc GPU.
Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu các khái niệm thiết kế phần cứng cấp cao giúp VPU hoạt động khác biệt so với CPU và GPU trước đó.
Các thuật ngữ chính của quy trình ứng dụng phương tiện truyền thông
- Media encoding (Mã hóa phương tiện): Quá trình chuyển đổi luồng âm thanh, video và hình ảnh hoặc tệp từ định dạng này sang định dạng khác, đồng thời nén tệp gốc để giảm kích thước và duy trì chất lượng.
- Media decoding (Giải mã phương tiện): Quá trình chuyển đổi tệp phương tiện hoặc luồng phương tiện sang định dạng có thể phát được.
- Media transcoding (Chuyển mã phương tiện): Một quy trình toàn diện để chuyển đổi phương tiện sang các loại tệp khác nhau (bao gồm mã hóa và giải mã) kết hợp với các chức năng tùy chỉnh như giảm độ phân giải, điều chỉnh tốc độ bit hoặc thay đổi tiêu chuẩn codec để hỗ trợ các điều kiện mạng và môi trường phát lại thay đổi.
Cải tiến phần cứng
Khi công nghệ phát triển, các hoạt động gây ra áp lực cụ thể cho phần cứng cơ bản dẫn đến việc các nhà sản xuất sử dụng cách kết hợp vật liệu mới để bổ sung chức năng và hiệu suất mới dựa trên những gì phần cứng có thể chịu được. Đổi mới, thiết kế và sản xuất phần cứng được thúc đẩy bằng cách tối ưu hóa nguồn điện của phần cứng kết hợp với nguyên liệu thô được sử dụng trong từng mạch và thành phần.
Hai yếu tố chính thường xác định sự tiến bộ trong thiết kế và công nghệ bộ xử lý:
- Đóng gói dày đặc hơn các thành phần mạch vào mỗi chip (hoặc cải tiến trong việc sử dụng không gian chip vật lý).
- Mở rộng khả năng vốn có của bộ vi xử lý được cài đặt trên các con chip đó (hoặc cải tiến những gì mà bản thân các con chip có thể làm như phần cứng tích hợp sẵn).
Thành phần kiến trúc
Sơ đồ bên dưới minh họa số lượng và tỷ lệ các mạch và động cơ khác nhau trong CPU so với GPU so với VPU (ở cấp độ khái niệm). GPU được thiết kế để chứa dày đặc các đơn vị logic số học hoặc ALU để xử lý song song, giúp GPU hiệu quả hơn đối với các khối lượng công việc như kết xuất đồ họa và học máy. Trong khi đó, các đơn vị xử lý video hoặc VPU có các mạch chức năng cố định được lập trình để thực hiện các tác vụ cụ thể dựa trên phương tiện như mã hóa, giải mã, chia tỷ lệ và các tính năng khác cần thiết cho các tác vụ mã hóa và xử lý video.
- Điều khiển: Mạch kỹ thuật số đồng bộ (các sự kiện được thực hiện theo thứ tự xác định) chuyên giải thích các lệnh xử lý và quản lý việc thực hiện các lệnh đó.
- Đơn vị số học và logic (Arithmetic Logic Unit ALU): Mạch kỹ thuật số kết hợp (các sự kiện và logic được áp dụng “khi cần”) phản hồi dữ liệu đầu vào để thực hiện logic phức tạp.
- Bộ nhớ đệm: Bộ nhớ đệm cục bộ để truy cập dữ liệu có độ trễ thấp.
- Xử lý video chức năng cố định: Mạch chuyên thực hiện các tác vụ cụ thể, được xác định trước với hiệu suất cao và mức tiêu thụ điện năng thấp.
- AI Engine: Một khối tính toán chuyên biệt dành cho các tác vụ trí tuệ nhân tạo (AI) bằng cách tối đa hóa xử lý ma trận và vectơ.
Tại sao nó quan trọng
Ngoài sức mạnh xử lý thuần túy, khối lượng công việc chuyển mã đòi hỏi phần cứng chuyên dụng để đạt hiệu quả tối đa. Dựa trên phản hồi của khách hàng trong giai đoạn beta, Akamai nhận ra rằng người dùng nhận thấy rằng các gói CPU chuyên dụng sẽ đạt tối đa 2-4 luồng đồng thời, so với việc đạt 30 luồng đồng thời trên các phiên bản tăng tốc do VPU cung cấp. Ngoài việc tiết kiệm chi phí tổng thể, mật độ cao hơn cho phép các tổ chức truyền thông và đối tác kỹ thuật giảm chi phí cho mỗi luồng.
Truy cập VPU trên đám mây cũng có nghĩa là bạn có thể thay đổi kích thước khi cần hoặc thêm sức mạnh xử lý chuyên dụng mà bạn chỉ có thể có được với VPU khi ứng dụng của bạn mở rộng hoặc trong thời gian cao điểm.