元宇宙与计算

这是第四部分,其中重点介绍了 计算 在 “元空间 “中的作用。 这里计算被定义为 “Metaverse的计算能力,支持诸如物理计算、渲染、数据协调和同步、人工智能、投影、动作捕捉等多样化和高要求的功能。”

模拟环境对更大计算能力的需求

在硬件和网络类别中,我只是审查了作为Metaverse的一部分将产生、发送和接收的增量数据——如触觉、面部扫描和实时环境扫描。完整的范围将大得多。

例如,Nvidia的创始人兼首席执行官黄仁勋认为,沉浸式模拟的下一步是比更真实的爆炸或街头比赛更伟大的事情。相反,它是对 “粒子物理学、重力、电磁学、电磁波(包括)光和无线电波……压力和声音的规律 “的应用。正如虚拟世界被增强一样,”真实 “的世界也将被增强。每年,更多的传感器、照相机和物联网芯片将被集成到我们周围的物理世界中,其中许多将被实时连接到一个可以互动的虚拟模拟。同时,我们的个人设备将成为我们进入这些体验的入口。简而言之,我们周围的大部分世界将持续地相互联系和在线。包括我们。

总的来说,元宇宙将拥有人类历史上最大的持续计算需求。而计算能力现在和将来都可能是极其稀缺的。引用Andreessen Horowitz的合伙人Chris Dixon的话:”历史上,世界上每一种好的计算资源都是供不应求的:CPU功率是如此。GPU功率也是如此。”因此,计算能力的可用性和发展将制约和定义Metaverse(尽管终端用户不会意识到这一点)。如果数据不能被使用,你能收到多少数据,或多快都不重要。

考虑一下今天最流行的类似Metaverse的体验,如FortniteRoblox。虽然这些平台通过令人难以置信的创造性成就获得了成功,但重要的是要认识到,它们的基本想法远不是新的,它们只是新的可能。开发人员长期以来一直想象着在一个单一的、共享的模拟中,有几十个现场玩家(如果不是几百个或几千个)的体验,以及除了想象力之外没有任何约束的虚拟环境。

只是到了2010年代中期,数以百万计的消费级设备才能够在一场比赛中处理有100名真实玩家的游戏,并且有足够多的价格低廉的服务器端硬件,能够近乎实时地同步这些信息。一旦这一技术障碍被打破,游戏行业很快就被专注于丰富的UGC和高并发用户数的游戏所超越PUBG》、《堡垒之夜》、《使命召唤:战地》、《Roblox》、《Minecraft》)。这些游戏随后迅速扩展到以前 “只有IRL “的各种媒体体验(例如堡垒之夜》中的Travis Scott音乐会Roblox中的Lil Nas X)。

然而,即使在大逃杀类型出现四年后,仍然需要一些技巧来确保它的运作。例如,大多数玩家从未真正在一起。相反,他们分散在一张大地图上。这意味着,虽然服务器需要跟踪每个玩家在做什么,但每个玩家的设备不需要渲染他们或跟踪/处理他们的行动。而当《堡垒之夜》将玩家聚集到一个更狭窄的空间进行社交活动时,例如音乐会,它将参与者的数量减少到50人,并限制了他们与标准游戏模式相比能做什么。而对于处理器不那么强大的用户来说,他们要做出更多的妥协。几年前的设备会选择不加载其他玩家的定制服装,而只是将他们表现为库存角色。值得注意的是,《自由之火》(Free Fire)只在手机上进行,而且大多在新兴市场的中低端安卓系统上玩,其主战模式的上限为50人。

“这让我想知道这些类型的游戏未来的发展方向,我们今天不可能建立。我们的峰值是《堡垒之夜》的1070万玩家–但那是10万个百人会议。我们最终能把他们都放在这个共享世界里吗?这种体验会是什么样子的呢?由于技术不断上升的趋势,有一些全新的类型甚至还不能被发明出来。”- 蒂姆-斯威尼 2019年

当然,这个问题会慢慢得到解决。《使命召唤:战争地带 》在2019年提供了150人的比赛(尽管只是在更高功率的游戏机和PC上;《使命召唤》移动版则 限制在100人)。Roblox也允许在其相对较低保真度的世界里有200名玩家,在beta测试中可能达到700 人(并承诺有1000多人)。Improbable已经做了公开测试,有4000人。但 “更多的并发用户 “并不是对我们计算设备的唯一要求。我们希望我们在《堡垒之夜》中的角色能有更多可定制的物品,而不仅仅是一套衣服和一个背包。独立的鞋子和帽子呢?能否参与到虚拟音乐会,而不仅仅是在一个基本没有互动、没有围栏的地方参加音乐会?回到前面的例子,只有不到1%的台式机或笔记本电脑的Mac和PC可以在最低保真度的设置下玩微软飞行模拟器 。甚至微软的下一代Xbox游戏机,S系列和X系列,也还不支持它。

这并不意味着所有以Metaverse为重点的体验都需要丰富的即时处理(想想一个骷髅头会议室),更不用说所有的时间了(沉浸式体验的保真度更高,但能够从更多的设备上访问它们,比只能从你最好的设备上访问它们要好)

但人类历史表明,额外的计算能力总是会带来进步——这正是对计算的需求总是超过其供应的原因。为此,黄仁勋想模仿上帝的神圣设计的愿望可能看起来过分且不切实际,但这需要预测和否定可能产生的创新。谁会想到,启用100人的战斗游戏会改变世界?

在哪里定位和建立计算

当涉及到解决我们对计算的不断扩大的需求和它的相对稀缺性时,有几个不同的思想流派。一种是将尽可能多的模拟处理集中在云端,而不是本地计算设备上。例如,谷歌Stadia和亚马逊Luna在云端处理所有的视频游戏,然后将整个渲染的体验作为视频流推送给用户的设备。客户端设备唯一需要做的就是播放这个视频和发送输入。这种方法的支持者喜欢强调通过电网和工业发电厂为我们的家庭供电的逻辑,而不是私人的、针对家庭的发电机。基于云的模式允许消费者将其消费级的、不经常升级的、被零售商标记的计算机替换成企业级的 “计算上荒谬的”(引用杰夫-贝索斯的话)机器,这些机器每单位处理能力的成本效益更高,而且更容易替换。这意味着,无论你有一部1500美元的iPhone,还是一台有WiFi功能的带视频屏幕的旧冰箱,理论上你都可以玩《赛博朋克2077》高质量渲染的版本。

另一篇论文认为,我们最好把赌注押在本地计算的进步上,而不是押在必须与不可靠的网络抗争的远程超级计算机上。基于云的渲染和视频流是一个引人注目的想法,但它也大大增加了需要交付的低延迟数据量。如前所述,游戏内容的目标是每秒至少60帧(超过视频标准的两倍),多达90-120帧,最好是2K到4K的清晰度。在同一时间,以低延迟向每个想参与Metaverse的人可靠地提供这些内容真的很难。

即使在超低延迟的情况下,考虑到相机移动和接收新的输入数据的速度(即字面上的光速和只有几英尺远),流式(相对于本地处理)AR数据是没有意义的。考虑到AR的密集计算要求,我们的核心个人/移动设备可能会在大多数实时渲染方面做得 “足够好”。

到目前为止,远程计算也没有被证明在渲染方面有多大的效率。这是因为基于云的GPU并不产生通用的渲染 “能力”。相反,它们是被锁定的实例。单个GPU,不管是远程还是本地,都只支持单个用户的渲染。还没有人想出如何有效地、低成本地、以现代人对分辨率和帧率的期望,将其渲染能力分配给多个用户,就像电力计划将电力分配给多个家庭,或者CPU服务器可以支持百名玩家在大逃杀中的输入、位置和同步数据一样。

因此,云计算渲染服务器通常面临着利用问题,因为需要对高峰需求进行规划。一个云游戏服务在周日晚上8点可能需要75,000台深圳南山地区的专用服务器,但在周一凌晨4点只需要4000台。作为一个消费者,你可以购买一个400美元的GPU,并让它尽可能多地处于离线状态,但数据中心的经济学是以优化需求为导向的。

这就是为什么AWS给客户提供一个优惠的价格,如果他们提前从亚马逊租用服务器。客户可以保证在下一年使用,因为他们已经支付了服务器的费用,而亚马逊则将其成本和客户价格之间的差额收入囊中。如果客户按需访问服务器,他们可能会发现没有这些实例,或者只有低端GPU可用,或者只有另一个地区的GPU可用,这意味着更大的延迟。

如果这种模式大规模应用,价格将得到改善,但租用利用率低和企业加价的高端GPU将始终是昂贵的。数据中心也会产生相当大的热量,这需要昂贵的能源来冷却,而从云流数据到高分辨率、高帧率内容的转变也意味着带宽成本大幅提高。与本地计算相比,这两项费用都是累加的。

最重要的是,消费者处理器的改进要比网络快得多,因为它们的更换频率要高得多,而且并不是真的在与光速对抗。这种增长并不能缓解所有的网络挑战,但它表明,我们最好要求客户端设备执行更多的计算,而不是向这些设备发送大量的视频流。这可能会随着时间的推移而改变,但摩尔定律看起来可能在可预见的未来保持不变。

边缘计算经常被强调为Metaverse的一个关键基础设施战略。具体来说,这种模式涉及在消费者和较远的中央服务器之间的关键网络节点上部署超级计算机。边缘计算与上述两个学派都是兼容的,而且是相辅相成的,因为它可以帮助终端用户补充他们的本地计算,同时也可以将基于网络的延迟和网络拥堵风险降到最低。

这种方法的应用价值仍然不确定。例如,微软的xCloud从标准的Azure数据中心而不是边缘运作。这可能是由于前面提到的云服务利用率问题——运营的边缘中心越多,利用率问题就越严重。大多数使用边缘计算的消费者服务,如Netflix,实际上只是把它当作一个边缘硬盘,在离用户更近的地方存储文件。

Cloudflare的创始人兼首席执行官Matthew Prince认为,边缘计算的机会在于合规。由于政府法规要求对用户数据进行本地处理,互联网变得越来越分散,公司将别无选择,只能将数据的存储和处理放在离用户更近的地方。这在Metaverse可能也是如此;政府的要求(无论是GDPR还是CCPA)随着时间的推移只会越来越苛刻,中国和俄罗斯的情况早已如此。

虽然谷歌是边缘计算的忠实信徒,但苹果认为未来真正的 “边缘 “计算模式将是我们口袋里日益强大的手机,因为它们将为我们周围的其他设备如手表和智能眼镜承担大部分的负担。

但是,即使我们提高了消费者设备的计算能力,将更多的企业计算能力移到上述消费者身边,并建立起更集中的基础设施,我们仍然可能会有不足。

这里有一个今年早些时候让我震惊的例子。从2020年12月到2021年3月,Genvid Technologies,在Facebook Watch上运营其第一个大型 “MILE”(或大规模互动现场活动)。 这个MILE,Rival Peak, 是一种虚拟化的美国偶像 xLOST xBig Brother,一个为期13周,24/7的模拟,13个AI选手被在一个虚构的太平洋西北地区。虽然没有任何角色是单独控制的,也没有任何一个观众是单独的角色,但数以万计的并发观众能够实时影响模拟——解决谜题以帮助参赛者,选择他们可以做什么,甚至影响谁生存和被赶出。Rival Peak 不可能在消费者设备上运行(它的高CCU尽管有延迟,但仍能工作,因为它是为低延迟互动设计的)。事实上,它几乎没有在AWS上运行。Rival Peak有八个环境(生产、备份、暂存、QA和开发),每个环境都由十几个GPU和数百个其他CPU支持,Rival Peak曾经在AWS上用完了GPU服务器,而且在测试期间,经常耗尽可用的现货服务器。

由于没有特定的玩家(更不用说 “玩家一”),Rival Peak 并不符合Metaverse的本能定义。然而,一个持久的、无休止的虚拟世界的运作,支持无限的互动,每一个互动都有持久的后果,这与其他任何一个最终状态的Metaverse一样接近。而且,即使是在它的雏形中,并且不需要有意义的消费者端处理,它也在耗尽计算。

试想一下,Nvidia的互连的数字孪生世界的愿景需要什么。或者绘制一个城市的整个几何形状所需的那种模拟,然后调整从交通灯到5G无线电波的一切,以便实时优化人流和信息流。只是为了明年的MILE,Genvid将需要200%的GPU和CPU。

去中心化的计算

对处理的永不满足的需求——最好是在离用户尽可能近的地方,但甚至是在工业服务器群附近,无一例外地激发了去中心化计算的概念。在消费者的家中和手中有这么多强大且经常不活跃的设备,我们开发系统来有效利用它们感觉是不可避免的。至少在文化上,这个想法已经被充分理解。任何在家里安装了太阳能电池板的人都可以将多余的电力卖给当地电网(以及间接地卖给邻居)。埃隆-马斯克吹嘘说,在未来,你的特斯拉在不使用时可以作为自动驾驶汽车为你赚取租金,而不是在其99%的寿命里只是停在车库里。

在1998年我们交付第一款 虚幻 游戏 时,我的待办事项清单上有一个有趣的项目 。那就是使游戏服务器能够相互交谈,这样我们就可以在一个游戏会话中拥有不限数量的玩家,而且这似乎仍然在我们的愿望清单上。你是否可以建立一个游戏,让数百万的玩家都能在一个共享的世界中一起玩,这个问题对于现在的游戏行业来说是一个非常有趣的挑战。

– 蒂姆-斯威尼 2019年

事实上,早在20世纪90年代,就出现了利用日常消费硬件进行分布式计算的项目。例子包括伯克利的SETI@HOME,消费者将自愿使用他们的家用电脑为寻找外星生命提供动力。但最近的区块链概念,包括智能合约和代币,为这种共享提供了一个经济模型。在这个概念中,未被充分利用的CPU和GPU的所有者将因其处理能力的使用而得到某种加密货币的 “支付”,也许是位于网络拓扑中 “靠近 “它们的用户。甚至可以对这些资源的使用进行现场拍卖,要么是那些有 “工作 “的人竞标使用,要么是有能力的人竞标工作。

这种机制的一个例子是OTOY的Render网络。作为第一个完全利用GPU的无偏差光线跟踪器,Octane Render开创了周转时间,使其有可能实时修改场景。但对于其用户——包括特效工作室、艺术家、动画师、设计师、建筑师和工程师来说,要利用这些突破性的能力,他们需要获得强大的实时处理能力。OTOY通过创建基于Ethereum的RNDR网络和代币,提出了利用闲置GPU网络的想法。作为昂贵的云计算供应商的替代方案,客户将渲染任务发送到计算机网络上,用代币支付给它们的所有者。双方之间的所有谈判和合同都由协议在几秒钟内处理,任何一方都不知道正在执行的任务的身份或具体细节。

你会意识到,区块链实际上是一个运行程序、存储数据和可验证地进行交易的一般机制。它是计算中存在的一切的超集。我们最终会把它看作是一台分布式的计算机,其运行速度比我们桌面上的计算机快10亿倍,因为它是每个人的计算机的组合。

– 蒂姆-斯威尼2017

这样的市场能不能提供一些Metaverse所需的大量处理能力?想象一下,当你浏览沉浸式空间时,你的账户不断向你附近的人(也许是走在你旁边的人)持有但未使用的移动设备发出必要的计算任务,以便对你遇到的体验进行渲染或制作动画。当然,以后,当你不使用自己的设备时,你会在他们的回报中赚取代币。这种加密交换概念的支持者认为它是所有未来微芯片的一个不可避免的特征。每台计算机,无论多小,都将被设计成总是在拍卖任何空闲周期。数十亿个动态排列的处理器将为甚至最大的工业客户的深度计算周期提供动力,并提供最终的和无限的计算网,使Metaverse成为可能。

“区块链将在这里存在很长时间,它将成为一种基本的新计算形式。”

– 黄仁勋(2018年)

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