关于算法:一文读懂云游戏

随着 Google 在往年游戏开发者大会（GDC）上公布云游戏平台 Stadia 以来，云游戏受到了前所未有的关注。然而就像 2015 年忽然到来的人工智能浪潮其实已是人工智能的第三次暴发一样，云游戏概念的提出至今已有至多近 20 年历史了。那么，云游戏是什么？它经验了哪些倒退过程？存在哪些技术门槛？它对产业有什么样的影响？一、什么是云游戏对于游戏行业或游戏自身不理解的人来说，首次面对云游戏可能会有一个疑难——除了单机游戏，当初所有游戏不都联网玩么？云游戏和网络游戏有什么区别？实际上，同为“在线游戏”，云游戏与网络游戏的运行形式截然不同。对于传统的网络游戏而言，玩家须要先将游戏客户端当时下载安装贮存在本地硬盘中，运行过程中的运算也是在本地实现的，其运行速度、画面成果取决于本地电脑的硬件配置。通过互联网，本地客户端接管到的是一起进行游戏的其余玩家的信息，如地位、状态以及实时的操作等。在网页游戏和小游戏中，只管外表看起来没有“下载”这一过程，但实际上在游戏关上时也会将游戏所需的资源和运算逻辑“加载”到本地，而后再开始运行。而云游戏则不同，它不须要下载或加载资源到本地设施。云游戏从概念上来说其实非常简略，就是基于云计算技术，把游戏放到服务器上运行，而游戏渲染进去的视频画面，通过网络传送到终端（包含 PC、机顶盒、挪动终端等）。如此一来，终端客户不须要下载、装置游戏，只有连贯互联网，哪怕是硬件配置要求高、运算量大的游戏也能顺利运行。用一个艰深的比如，云游戏就像是玩家在应用一台显示器和键鼠连接线特地长的电脑，玩家背后的只有显示器、鼠标和键盘，而显示器、键盘鼠标连贯了一个远在千里之外的计算机。因为本地设施上不须要装置游戏，所以各终端设备都能够运行各类游戏，不再须要游戏对软硬件的适配、终端的性能要求等以往困扰游戏玩家的问题。因而，云游戏最大的劣势在于可能突破各种终端限度的壁垒，在手机上能够玩到电脑、主机游戏，在电脑上也能够玩到主机、手机游戏。而云游戏客户端的作用仅限于数据的发送、承受以及游戏画面的出现，游戏的贮存与运行都是在云端服务器上实现的。在进行游戏时，玩家操作客户端向云端发送数据，云服务器依据操作运行游戏，将游戏画面编码压缩，通过网络返回客户端，最初客户端进行解码并输入游戏画面。云游戏的益处也不言而喻：首先，云游戏不用再依赖于本地硬件（尤其是 CPU 和显卡），只需具备根底的视频解压能力，以及输出设施（键鼠或者手柄等）和输出设备（显示器）即可；其次，开发平台也不必放心玩家侧硬件性能，能够开发出更高质量的内容；此外，云游戏还能节俭本地游戏版本更新工夫，久远来看也能节俭硬件迭代降级老本等。二、云游戏的发展史既然云游戏有如此泛滥的益处，那么为什么咱们没有早早地用上云游戏技术呢？事实上，不是不想，而是不能。云游戏从概念提出到此次巨头抢滩登陆之间差了 20 年，而这 20 年云游戏的倒退简直随同着计算机、通信和云计算三大行业的发展史。云游戏这一概念，最早来自芬兰的一家名为 G -cluster 的公司。早在 2000 年，该公司在美国电子娱乐博览会（Electronic Entertainment Expo，简称 E3）展现了云游戏的原始雏形——通过 Wi-Fi 将 PC 游戏传输到手持设施。为什么不是手机呢……因为 2000 年还没有大屏幕手机呢。

依据过后的媒体报道，只管展现时游戏 PC 和客户端屏幕通过本地无线局域网连贯，但这个展现过程依然有显著的提早与卡顿。在过后，这项技术就像是晚期的蒸汽机车——跑得比马车还慢——没有受到业界的关注。2005 年，G-cluster 通过塞浦路斯电信管理局的 IPTV 网络进行了首次试商用，但受限与过后的网络环境，以及 G -cluster 所提供的游戏内容，仍然未能引起足够关注。云游戏第一次进入公众视线，是在 2009 年旧金山游戏开发者大会（Game Developers Conference，简称 GDC）上。过后，成立 6 年无余的云游戏服务商 OnLive 进行了相当胜利的现场展现，成为展会上最大的亮点。2010 年 6 月，OnLive 云游戏服务正式上线，与 G-cluster 最大的区别在于 Onive 在上线之初就解决了游戏内容这个非常重要的问题。平台不仅能够运行孤岛危机这样的 3A 级大作，还拉来了 EA、育碧、Take-Two、华纳兄弟等游戏厂商为其提供内容反对。后果你大略也猜到了，只管在本地局域网环境下 OnLive 比 G-cluster 有较大的提高，可能顺畅地运行云游戏。但在过后的美国全国均匀家庭带宽只有 9.54Mbps 的大环境下，OnLive 服务在正式上线后便播种一票差评，最终这款产品因付费用户太少而流产。

在 OnLive 创始商用云游戏的先河之后，支流游戏厂商开始进入云游戏畛域。索尼在先后收买了 Gaikai 和 OnLive 两家公司的核心技术之后，于 2014 年公布了云游戏服务 PlayStation Now。但过后的 PlayStation Now 服务仅供 PS4 用户应用，并且平台只提供在该主机上不兼容的 PS3 游戏。因为即便到了 2014 年，世界各地的互联网接入速度也不那么乐观，因而索尼除了推出能够近程（玩家本地不须要 PlayStation 游戏机）的 PlayStation Now 之外，索尼还推出了主打本地进行串流的 Playstation Remote Play 性能——即显示、管制设施与近程运算设施在同一局域网内。

简略来说，就是以前的 PlayStation 玩家要想玩游戏，须要把 PlayStation 游戏机接上电视，而后端坐在电视机前用手柄玩游戏。而 PlayStation Now 则容许玩家躺在床上，用本人的手机作为事实和管制设施与本人的 PlayStation 游戏机连贯进行游戏。这与 PlayStation Now、Google 和腾讯公布的云游戏在技术上有共通点，但利用形式上并不相同，是云游戏技术在网络环境不好时代的一种次要利用模式。2015 年，NVIDIA 推出了基于云服务器的游戏流媒体服务 GeForce NOW，在公布之初就反对 60 余款游戏。基于本身弱小的技术能力，GeForce NOW 的游戏画面能够达到 1080P 的分辨率与每秒 60 帧，相比 PlayStation Now 的 720p 和 30 帧有了微小的晋升，但对网络条件的要求仍极为刻薄——至多须要 50Mbps 带宽。此外，GeForce NOW 依然受到终端的限度，只反对自家的 SHIELD 系列产品（包含台式、平板掌机 3 个型号）。在这一时期，游戏大厂尽管拿出了相较早年更为成熟的云游戏服务计划，但尚未突破终端的限度。近一两年来，云游戏的倒退更进了一步。PlayStation Now 和 GeForece NOW 服务先后开始反对 PC 端，迈出了逾越终端的第一步。2018 年 10 月，谷歌发表推出 Project Steam（流媒体打算，往年 3 月更名为 Stadia）。用户甚至不须要下载云游戏的平台，也不受终端限度，只须要通过 Chrome 浏览器就能够畅玩各类 3A 级游戏大作。即使更换电脑，游戏体验和存档也能够顺畅继承，宛如将大型主机游戏“页游化”了。同年同月，微软公布了基于 Xbox 的云游戏服务“Project Cloud”，这项服务将容许 Xbox One 游戏在电脑、手机以及平板上玩耍，并将于 2019 年进行公测。2019 年 3 月，游戏开发者大会 GDC 上，在 Google 发表其云游戏平台 Stadia 的同时。腾讯也开启了云游戏平台 Start 的内测邀请，向上海和广东的资深玩家凋谢预约体验。以“让好玩触手可及”为愿景，借助腾讯云的海量根底资源，指标给宏大的国内玩家群体提供更便捷的游戏体验。面向 B 端用户，腾讯还推出了 CMatrix 云游戏计划，针对 Android 云游戏提供专业性技术解决方案，为第三方游戏企业提供云游戏平台技术，疾速云游戏利用场景落地。此前，腾讯还联手英特尔推出了腾讯即玩云游戏平台，与外国云游戏厂商主攻大型端游不同，腾讯即玩主打云手游，填补了这一畛域技术与市场的空白。能够说，通过诸多厂商早年不胜利的尝试，随着玩家进行游戏的场景逐步多样化，加之 5G 的日益成熟，云游戏的倒退正步入正轨。三、放在远处的主机（服务器端）CPU 和 GPU 如果你对计算机行业少有理解，肯定留神到了在上文提到各类云游戏服务中，只有 NVIDIA 英伟达的“画风最为奇异”。因为在大多数人的认知里，NVIDIA 不是一家游戏公司，也不是一个游戏平台，它最被广为人知的是它的显卡业务。但从 NVIDIA 涉足云游戏业务，就能看出游戏与芯片产业几十年来的耦合关系了。援用 NVIDIA 官网的一段有些自夸的形容，NVIDIA 在 1999 年在业界提倡 GPU 概念，从新定义了古代计算机显卡，并将计算机与家用游戏分割起来，于 2000 年美国互联网泡沫幻灭之时为家用计算机市场找到了全新的成长空间。后续的故事咱们都晓得了，在整个 PC 时代的早期，“能玩游戏”是对一台电脑很重要的指标，而“能流畅玩游戏大作”则是对一台个人电脑最好的赞美。这种衡量标准甚至连续到了挪动互联网时代，苹果公司在 iPhone 前几代的发布会时，每次都会请出一款名为《无尽之剑》的 3D 游戏为其最新的产品性能背书。天然，游戏与硬件性能、老本之间的相互促进与带动作用也会连续到云游戏时代，甚至会比之前有过之而无不及。与过来游戏带动消费者更换新设施不同，云游戏的次要运算放在云服务商的机房里，因而更易于对新芯片的批量换代降级。硬件在性能上的一点晋升与老本的一点降落，对于批量更新的云服务运营商来说都意味着微小的经营老本节俭。就服务器的核心部件处理器（CPU 和 GPU）芯片而言，刻蚀工艺至今仍是至关重要的一项技术指标，同时关系到芯片的性能与老本。刻蚀尺寸越小，雷同晶体管密度的芯片就越小，一块晶圆（如下图）可能生产的芯片即越多，边角料（彩色局部）节约也越少；同理，雷同尺寸的芯片上的晶体管数量就会越多。目前 7nm 刻蚀工艺的芯片正逐步进入市场。以 AMD 的产品为例，7nm 相比于上一代 14nm 能够将晶体管密度进步一倍，等同频率下功耗能够升高一半，而等同功耗下性能晋升能够超过 25%。虚拟化对绝大多数云游戏服务商而言，芯片制作技术并未把握在本人手里，那么，虚拟化就是升高服务器老本，晋升服务质量最为无效的伎俩之一了。虚拟化是云服务中的一个专有名词，是指将一台物理计算机切割成多台逻辑计算机供用户应用。用一个艰深的比如来阐明，云游戏与传统游戏的模式，就像是电厂对立发电与每家每户装备发电机的区别。前者理当有更高的效率与更低的老本，但如何实现这个指标，则须要一系列性能治理上的机制，这就是虚拟化的技术要求。作为已经的云游戏服务先驱者，OnLive 非常看重玩家的游戏体验，并为此装备了老本昂扬的服务器。然而，它的一台服务器仅能同时服务于一名用户，但玩家在应用服务时其玩的游戏不肯定能占满一台服务器的性能，所以其性能对于不少玩家来说是过剩的，不足正当无效的调配，无形之中造成了资源节约。为了整合并调配服务器资源，就须要依附虚拟化。它容许多个用户共享同一台物理服务器的资源，同时放弃隔离。目前，CPU、网络接口和存储的虚拟化技术曾经相当成熟，并已广泛应用于云计算等服务当中。不同的是，云游戏对用于图形处理的 GPU 依赖性更强，其虚拟化技术对游戏画面帧数、响应提早和画面质量均会造成不同水平的影响。在虚拟化技术的反对下，一块物理 GPU 能够划分为几个乃至十几个虚构 GPU，用户能够依据本人的须要抉择一个或者多个作为本人云游戏主机的配置，从而实现了服务器资源的无效利用。然而，因为 GPU 的构造与技术文档未对外公开、每次技术更新变动较大，GPU 虚拟化的施行较为艰难。直到最近几年，随着在工程设计、图形绘制等应用领域的需要减少，GPU 虚拟化日益受到关注，技术才日臻完善，但仍有较大的晋升空间。AMD 虚拟化 GPU 解决方案 MxGPU——每个物理 GPU 反对最多 16 个用户近程工作。就像人工智能的三次浪潮只有第三次才失去了广泛利用，当下咱们无奈判断这一轮云游戏浪潮是否就是云游戏最终得以遍及利用的那一次。但云游戏作为一个电子信息产业全产业链高度集成的复合产品状态，必然对整个链条中的每一项技术都有着较强的依赖与促进作用。兴许，这便是巨头们纷纷进入这一市场的起因吧。