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[半导体塑造的世界] 无需安装即可随时随地畅玩的“云游戏”

By 2020年02月21日 三月 6th, 2020 No Comments

游戏玩家在一些时候需要保持足够的耐心,才能应对诸如以下情形:屏幕上突然弹出游戏更新提示;安装新游戏时提示存储空间不足,不得不按捺住兴奋的心情先清理电脑;在几个小时的时间里百无聊赖地紧盯显示器,等待游戏安装完成,等等。如果你曾有过希望畅玩一把游戏但却不得不浪费时间在上述事项的经历的话,那么你的耐心可能已经走到了极限。

值得高兴的是,这种乏味的等待即将成为过去。随着5G 技术的日益普及和计算机技术的不断发展,“云游戏(Cloud Gaming)”的普及指日可待。届时,用户只需接入互联网即可在任何设备上直接畅玩游戏,无需任何安装过程。这意味着,游戏玩家翘首以盼的“美丽新世界(Brave New World)”正在开启。

数据在服务器安装和运行,而不是在电脑上…使用“云服务”的新游戏环境

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云游戏是一种流媒体服务(Streaming Service)1。用户只需要一台能够显示游戏画面的显示器和控制器便可享受游戏的乐趣。游戏所需数据保存在中央服务器中,而不是单独的设备上。同样,用于执行输入命令的操作和处理过程也在安装数据的中央服务器上完成。

云游戏的流(Streaming)可以分为两种方法。第一种方法是“视频(Video)”流格式,这一过程将游戏数据保存在服务器中,通过“瘦客户端(Thin Client)”传输到各个设备上,用户保存的数据也可以通过这一格式传输到服务器中。由于瘦客户端只起到使服务器和用户之间顺畅传输数据的作用,因此只需要较小容量的内存便可发挥作用。第二种方法是“文件(File)”流格式,这种方法首先使用最低数量的缓存来运行游戏,然后在游戏过程中下载所需的数据。2

换言之,在云游戏服务中,用户设备仅起到发送用户使用控制器输入的控制值和显示接收到的游戏执行的作用。与以前游戏中所有任务都在用户设备中完成的机制相比,这是一种截然不同的情形——即便没有高性能计算系统或大容量存储设备来安装数据,用户也能享受到超高规格的游戏体验。

云游戏的另一个优势在于,用户可以随时随地在不同设备上轻松享受同一款游戏内容。这是因为游戏安装和后续更新都是在服务器上实时完成的。例如,用户可以使用移动设备接收此前电脑上的游戏数据,然后直接使用移动设备继续之前的游戏。此外,以往只支持游戏机的视频游戏现在也支持平板设备。

可以预计的是,对于最新的线上游戏或虚拟现实(Virtual Reality, VR)游戏而言,以往只支持高规格配置的电脑端,而现在只需连接一个带有网络功能的小型游戏机,就可以在电视或智能手机等设备上畅玩。

半导体技术的发展引发游戏产业的“生存之争”,云游戏加速盈利模式的变动

云游戏的诞生开创了一个全新的游戏环境,因此根据游戏产业的预测,云游戏将成为下一代游戏平台。一些人认为,云游戏将成为游戏产业在激烈竞争中得以生存的唯一途径。这是因为运行游戏所需的硬件规格越来越高,而且随着游戏画面不断精细,游戏所需的数据量也越来越大。

去年发布的《最终幻想15》的容量首次超过了100GB,这在业界尚属首次。除此之外,如果用户硬盘的可用存储空间不足175GB(基于官方最低规格得出的数据),《使命召唤: 现代战争》游戏将无法使用。可以预见,不久的将来还将出现存储空间要求超过200GB的游戏。这意味着,单个游戏的数据就将占据256GB固态硬盘(SSD)的大部分存储空间。

鉴于这种情况,用户需要购买单独的存储设备或最高规格的电脑才能玩上某些游戏。对于用户,以及面向广大用户销售游戏套餐的游戏公司来说,这都是一个非常头疼的问题。

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特别值得一提的是,一种名为“光线追踪(Ray Tracing)”的新图形技术的出现有望成为关键转折点。光线追踪可以感知图形所显示的物体以及物体周围光源的状态,通过操作(模拟)使光源对物体的影响(现象)可视化呈现的一种方法。在这种方法中,由于运行设备了解对象的周围环境,而不是简单地呈现感知到的对象表面,因此通过光线追踪技术得到的图像与真实对象的外观可谓差之毫米。3

NVIDIA于2018年8月推出了基于Turing架构的新型GPU,该GPU支持光线追踪图形渲染,能够将游戏中的图形质量提升至真实图像水平。光线追踪技术在电脑上很容易实现,只需采用NVIDIA的GeForce RTX显卡即可;但是,同样的方法却不适用于游戏机。一台游戏机的价格约为40至50万韩元(人民币2300~3000),而GeForce显卡的价格约为50至100万韩元(人民币3000~6000)。考虑到目前游戏机业务领域的利润架构和游戏机价格,想要(在游戏机上)装备能够实现光线追踪的显卡并不实际。4 鉴于此,诸如索尼(PlayStation、PS)和微软(Xbox)等专注于游戏机业务的全球游戏公司目前正在面临窘境,急需寻求新的突破。

而云游戏服务正是被认为能够带来突破的领域。在5月召开的IR Day 2019大会期间,索尼推出了支持光线追踪功能的新一代PS游戏机,并宣布了公司在云游戏领域的未来战略。其中,索尼重点指出将增强PS4的远程播放功能,为每个用户家庭营造一个小型数据中心。虽然有的游戏只支持PS,但是索尼目前计划通过网络将PS与电脑、智能手机等设备相连接,为用户提供基于不同设备的游戏畅玩体验。

同样,在6月举行的全球最大规模E3 2019游戏展上,微软也展示了其云游戏技术 Project xCloud。借助该技术,用户无需在智能手机上下载和安装,即可畅玩Xbox主机游戏平台上的高分辨率、大型游戏。鉴于微软已经在全球54个地区的140个国家运行Azure服务器,因此Project xCloud技术的稳定性可以得到很大保障。在韩国,借助与韩国 SK 电信的合作,微软已经开始从10月起提供测试服务。

全球IT巨头竞相争夺市场主导权……云游戏市场正在快速发展

这种模式转变将会为已经涉足云服务领域的全球IT企业开创新的机遇。在发展现有业务的过程中,这些IT企业已经建立起了完善的数据服务器基础设施,因此它们完全可以直接使用这些基础设施,无需任何额外投入。正因如此,谷歌和亚马逊等过往与游戏产业交集不大的IT企业如今正活跃于云游戏服务领域。

谷歌从11月19日开始在北美和欧洲19个国家提供基于自身网络(Chrome)的云游戏平台服务Stadia。Stadia是谷歌自有的IT基础设施,这也成为其最大优势。在市场竞争过程中,谷歌在服务器运营能力方面具有区别于竞争对手的显著优势,这是因为谷歌运营着从门户网站、YouTube到自有的云服务等在内的各种多元化服务。Stadia一经推出,即取得热烈反响,市场对其的高度期望可见一斑。美国市场研究机构Sensor Tower的数据显示,Stadia上市首日,可用于购买Stadia独家游戏的移动应用下载量便达到17.5万次。

亚马逊是另一家在云游戏业务领域有望大展拳脚的IT企业,亚马逊主要通过在线网站Twitch提供流媒体广播服务,是全球最大的云业务运营商。2017年,亚马逊收购了英格兰和爱尔兰的云游戏平台 GameSparks。此外,在云游戏开发技术方面,亚马逊也是世所公认的领导者。早前,一家当地媒体率先发布了亚马逊推出云游戏平台的计划,业内预计亚马逊将于2020年推出全新的云游戏平台。

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因此,云游戏市场的规模预计将快速增长。全球市场研究机构IHS Markit在2019年4月发布的一份报告中称,2018年云游戏市场的市值为3.87亿美元(约合4700亿韩元),到2023年将增加到25亿美元(约合3.04万亿韩元),增幅超过六倍。

5G重塑的“网络环境”是引领云游戏普及的关键

自2000年初以来,游戏产业一直将发展重心放在云游戏服务上,以期提前占领市场。从技术层面来讲,2000年由G-cluster在E3大会上推出的云游戏技术被认为是业界首个云游戏服务;从服务层面来讲,Onlive在2010年推出的早期云游戏服务被认为是业界首个云游戏服务。

但是,早期的云游戏服务缺乏足够的竞争力,尚不足以使其普及。当时用户所处的互联网环境存在重大的延迟,导致云游戏服务无法及时响应用户的输入命令。此外,由于传输数据经过压缩,从而导致游戏画面的分辨率有时过低。5 当有多名用户接入同一网络进行游戏时,网络问题更是频频发生。那是因为玩家距离游戏服务器的远近直接关系着游戏数据的传输速度与延迟水平。高昂的服务费也是导致早期云游戏服务难以普及的又一障碍。

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然而,随着5G技术的商业化,云游戏服务的新时代已经到来。云游戏服务所需的最低联网速度约为10Mbps。6 理论上,云游戏服务可以在最高速率为1Gbps、延迟为10ms(毫秒)、用户体验传输速率为10mbps的4G网络环境中运行。但是,用户体验游戏环境无法与以前的游戏方法相提并论,后者通过直接利用安装在单个设备中的数据来运行游戏。

相反,在最高速率为 20Gbps、延迟为1ms(毫秒)、用户体验传输速率为100Mbps的5G网络环境中,云游戏可以实现平稳运行。此外,由于5G网络延迟仅为4G网络的十分之一,可基本保持和游戏运行同步,因此,实时游戏运行环境有望能实现搭建。在多个用户连接一台服务器的实际游戏环境中,这种差距尤为明显。4G网络的连接密度约为每平方公里十万单位,而5G网络的连接密度是每平方公里百万单位。

鉴于此,大多数企业都计划在今年下半年5G全面商用后推出相关云游戏服务。这其中不包括索尼和NVIDIA,因为索尼可以使用自有游戏主机设备作为迷你数据中心,而NVIDIA作为显卡制造商,能够轻松运用流媒体技术。

5G和“存储器半导体”将使云游戏趋于完美

云游戏服务一旦投入商用,一台服务器需要同时处理海量用户的游戏数据。尽管具体的数据规模取决于用户数量,但半导体行业预计,到2021年和2022年前后,云游戏服务每天将产生数百个Zeta单位的FLOPS7数据。

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为了处理海量数据,数据服务器通常需要使用高带宽存储器(High Bandwidth Memory, HBM)。以往DRAM中传递数据的I/O请求数量为4或8个,最多为16个,而HBM可处理1024个I/O请求。这意味着 HBM 可以同时操作大量数据,有助于提高服务器的数据处理速度。

DRAM产品规划部PC Client/Embedded团队的Technical Leader郑炳珍表示:“像HBM产品这样能够处理超过1024个I/O的DRAM会在数据中心中得到更大规模的运用。一般来说,虽然DDR4 DRAM会成为主流产品,但预计几年后将逐渐被DDR5所取代。”

在服务器上处理游戏数据的过程中,图形DRAM在帮助加速器处理数据方面发挥着非常重要的作用。作为图形处理单元(GPU)的一种,加速器具有多个内核,因而可以同时进行多次运算,这与使用一个内核高速处理数据的计算处理单元(CPU)有所不同。鉴于此,加速器目前主要用于大数据或人工智能(AI)技术。此外,加速器也在处理云服务器中大量数据方面发挥着重要作用。

在加速器内各个内核进行运算的同时,图形DRAM可保存所需数据,接收和传输运算数据。即便使用目前市面上已有的、级别较低的GDDR6显卡,也可以完全云游戏服务所需的运算。

DRAM产品规划部Graphic/Auto团队的Technical Leader 崔桓榮表示:”随着 DRAM性能的提升,单次保存的数据量也将大幅增加,数据的读取和写入时间也将大幅缩短。未来的技术研发将侧重于提高同一地点的处理效率。

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5G网络环境是云游戏服务得以普及的先决条件之一,而在搭建5G网络环境的过程中,存储器半导体将发挥关键作用。网络用DRAM被装载到单个网络设备中,在设备系统对分组数据的方向和不同分组数据的优先级进行决策和计算的同时,扮演存储分组数据的角色。

郑炳珍表示:“为了快速传输网络系统中运行的数据,拥有相对较高带宽的DRAM是必不可少的。鉴于该过程在无线环境中进行,因此还需要努力降低功耗。此外,系统预计需要256个以上的I/O。为此,LPDDR领域的4CH产品或I/O专用的定制化LPDDR产品将发挥至关重要的作用。”

 

 

1使用网络实时传输和播放音频(音乐)或视频文件等多媒体文件的服务
2“Content Industry Trend of the U.S.: Current Status and Outlook of the U.S. Cloud Gaming”, Korea Creative Content Agency (2019)
3Yoon-ku Kwon and Hee-seok Jeong, “Korea Investment & Securities Co., Ltd. Global Company Issues Next Big Thing: Cloud Game Industry”, Korea Investment & Securities Co., Ltd. (2018)
4Yoon-ku Kwon and Hee-seok Jeong, “Korea Investment & Securities Co., Ltd. Global Company Issues Next Big Thing: Cloud Game Industry”, Korea Investment & Securities Co., Ltd. (2018)
5In-ae, Jang, “Global Cloud Gaming Market Trend with the Arrival of 5G Era”, National IT Industry Promotion Agency (2019)
6“Global Game Industry Trend: Influence of 5G on Game Industry and 5G Policies by Major Countries”, Korea Creative Content Agency (2019)
7“Global Game Industry Trend: Influence of 5G on Game Industry and 5G Policies by Major Countries”, Korea Creative Content Agency (2019)
每秒浮点运算次数(Floating-Point Operations per Second,简称 FLOPS)指计算机在一秒内所执行的浮点运算次数。在本文中,该术语用作计算机处理数据量的单位。Zeta作为单位,代表10的21次方(1021)。

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