作者:Ravi Malhotra 2022年5月3日
用于在更大、更高分辨率设备上播放的高清视频内容的增长,推动了对 H.265 等更高效视频编解码器的需求。虽然带宽效率是较旧的 H.264 编解码器的两倍,但 H.265 需要消耗更高的计算资源来提供这种效率。控制成本(例如,带宽使用)现在是视频开发人员提到的头号挑战[1],这使得 H.265 具有吸引力。但是,如果较低的带宽成本被较高的计算和电力成本所取代,视频开发人员相当于在原地踏步。他们需要的是一个解决方案,该解决方案可以提供 H.265 效率,而仅仅花费较少的计算和电力代价。本博客认为基于 Arm Neoverse 的 Ampere Altra Max 服务器正是视频开发人员编码 H.265 视频流所需的解决方案。
背景介绍
在过去的几年里,由于更好的相机和更大、更高分辨率的设备,高分辨率视频内容的产生和消费都在稳步增长。与 H.264 等传统编解码器相比,H.265/HEVC、VP9 或 AV1 等更先进的编解码器在压缩更高分辨率内容方面的效率提升超过 50%。最近的市场研究表明,这种增长转化为这些编解码器的使用量的显著增加,其中 H.265 处于领先的位置。
图 1:Bitmovin 2021 关于生产领域使用的视频编解码器报告(2020 年与 2021)
Netflix 和 Amazon Prime 等流媒体服务的流行也推动了对高分辨率视频内容的需求。吸引和留住客户只会增加这种需求。因此,视频上传和接收(带宽需求)以及视频转码和处理(计算需求)在视频处理平台中占据最大份额也就不足为奇了[2]。
H.265 的改进压缩带来了更高计算复杂度,这可能比 H.264 高出一个数量级(10 倍)。虽然基于云的编码的使用正在增长,但大多数视频编码仍然是一项预处理任务[1]。因此,H.265 编码增加的计算需求(资本支出成本)和功耗(运营成本)对大多数视频开发人员来说是一个挑战。因此,在性能更高、能效更高的服务器上进行编码是很重要的。
技术媒体已经在 SPECrate®2017 Integer 等通用基准上验证了 Ampere Altra Max 相对于传统架构的性能和能效优势[3]。Ampere Altra Max 拥有128 个 Arm Neoverse N1 内核 @3.0Ghz,性能优于英特尔至强“Ice-Lake”和 AMD EPYC“Milan”CPU,后者的功耗(TDP)要高得多。在这个博客中,我们展示了 Ampere Altra Max 的这些性能和能效优势也扩展到了 H.265 等视频编码应用中。
为了说明这一点,我们对 H.265 进行编码,并测量系统满载时的实际性能和功耗。我们介绍了开源 libx265 编码器最近的一些优化工作,以便在 64 位 Arm 体系结构上使用 Neon SIMD 引擎。这些优化使性能显著提升了 1.5 倍到 2.2 倍[4]。
性能测试结果
我们在类似的基于 Arm 和 x86 的服务器上对 libx265 开源编解码器的最新快照(https://bitbucket.org/multico...)进行了基准测试。所有系统上的 x265 版本为 3.5+20-17839cc0d。配置部分显示了基于 Arm Neoverse N1 内核的 Ampere Altra Max 服务器和基于英特尔“Ice-Lake”和 AMD“Milan”架构的 x86 系统的系统详细信息。“配置”部分列出了输入视频。我们使用各种分辨率和编码预设来查看不同场景下性能的影响。
性能比较–扩展到完整的套接字级别
为了测试完整的套接字性能,我们启动了与系统中虚拟核数量一样多的 H.265 编码任务,并测量每秒累积帧数(FPS)。我们在 Altra Max 和 AMD 7763 CPU 上运行 128 个任务,在 Xeon 8380 CPU 上运行 80 个任务。我们观察到,Altra Max 的全插槽性能比 AMD EPYC 7763 好 10% 到 35%,在各种视频分辨率和编码预设方面比 Intel Xeon 8380 好 2 倍多。
图 3:Ampere Altra Max、AMD EPYC 和英特尔至强之间的 x265 相对性能
值得注意的是,基于 SMT 架构的 x86 CPU 与 Altra Max 的单线程核心架构之间的性能扩展差异。使用 Altra Max,性能与系统中的编码任务数呈线性扩展。在 AMD EPYC 7763 和 Intel Xeon 8380 上,性能扩展是非线性的,一旦使用虚拟内核,性能就会显著下降。
图 4:x265 按作业数进行的性能扩展:Ampere Altra Max
图 5:x265 按作业数进行的性能扩展:AMD EPYC 7763
图 6:x265 按作业数进行的性能扩展:英特尔至强 8380
耗电比较–扩展到完整的套接字级别
平台的功率效率是通过其在特定功率预算内编码的帧数来衡量的。为了衡量这一点,我们在所有平台上完全加载了一个套接字,最大数量的 H.265 编码任务。然后测量其的功耗,并计算每瓦 FPS。
我们发现,在不同的视频分辨率和编码预设下,Altra Max 的平均效率比 AMD EPYC 7763 高 40-70%,比 Intel Xeon 8380 高出 3 倍。
图 7:Ampere Altra Max、AMD EPYC 和英特尔至强之间的 x265 相对每瓦性能
结论
随着高分辨率流媒体的增长,云中的视频流应用需要使用更高压缩率的编解码器,如 H.265。这种压缩带来了更高的计算成本和更高的功耗。在系统层面,基于 Arm Neoverse 的 Ampere Altra Max 服务器提供了更好的可扩展性和高达 2 倍的性能,同时与 Intel“Ice-Lake”服务器平台相比,工作负载能效高达 3 倍。Altra Max 服务器的性能比 AMD “Milan”服务器高 35%,工作负载能效高 70%。最近针对 Arm 架构的 x265 优化开创了节能编码的新纪元,性能卓越,我们鼓励读者评估 Ampere Altra 和 Altra Max 系统的 x265 视频编码。
最后,我们必须认识到,提高计算效率不是视频编码的挑战,而是一般的处理挑战。Arm Neoverse 等新架构和 Ampere Altra Max 等 cloud first CPU 设计有助于减少计算对 on-prem 和云碳端排放的影响。有关 Neoverse 和 Ampere Altra Max 的可持续性优势的更多信息,我们鼓励您阅读我们的 2022 年地球日博客(https://www.arm.com/blogs/blu...)。
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