理论上:Xbox One云能否改变下一代游戏?

Xbox One将坐在你的客厅里，它消耗的计算能力不是传闻中的1.2万亿次浮点运算，而是将近5万亿次浮点运算——相当于800英镑的英伟达旗舰显卡Titan的运算能力。然后随着时间的推移，它会越来越快．至少，如果微软最近的公关活动是可信的话。但是将游戏处理转移到“云端”并不断增加开发者现有资源的现实情况如何?微软的说法有现实依据吗?这是一种战术，是为了与明显优越的固定规格的PlayStation 4竞争，还是只是一厢情愿的想法?bwin必赢亚卅bwin世界杯

在Xbox One发布之前，玩家们已经充分了解了硬件规格，这主要得益于微软白皮书的泄露VGLeaks．与PS4相比，杜兰戈看起来就像一台性能差得多的机器——同样的CPU，但内存带宽更低，图形核也更差。但是，任何观看发布会和微软拉里·赫里布(Larry Hryb)随后的架构采访的人都会看到，该公司在解决这个问题方面做出了一致努力，多次提到“云的力量”。

微软首席产品官马克•惠顿(Marc Whitten)描述了Live升级到30万台服务器的情况，并从计算能力的角度提出，按照1999年的标准，这将有足够的CPU能力与世界上每台计算机的潜力相匹配。Redmond Game Studios and Platforms总经理Matt Booty最近说道告诉Ars Technica，“我们喜欢使用的一个经验法则是，对于你客厅里的每台Xbox One，我们都会有三台这样的设备在云中可用，”这意味着你的游戏有5TF的处理能力，共鸣的情绪微软澳大利亚发言人亚当·波林顿断言，Xbox One比Xbox 360强大40倍。

Xbox One拥有如此惊人的性能，其性能可能是PS4的2.5倍，能够与昂贵的高端游戏pc一较高下。然而，实现这一点存在许多技术障碍，这使人们对微软声明的有效性产生了质疑。

让我们先快速了解一下“云计算”是什么意思。在公关和营销人员将他们的花哨流行语带入等式之前，“云计算”被称为“分布式计算”。这意味着获取计算工作负载，并将其分布到网络上可用的处理器上。

云计算的思想是创建具有通用处理能力的大型服务器群，并根据需要将它们从一项工作转换为另一项工作。微软现有的云平台名为Azure，始于2010年，与亚马逊和谷歌等竞争对手的产品相比，它的市场份额一直在稳步增长。对于能够使用云处理的开发者来说，他们既需要一种将游戏代码转换为任务的结构，也需要一种与服务器交互的方法。这种游戏代码模型已经在这一代的多核处理器中得到了应用。开发者很快就学会了在PS3的Cell处理器上将游戏分解成多个任务，并使用调度程序在可用资源中优先分配任务。至于服务器界面，微软已经开发了“奥尔良”和我们知道它被用于制作《光晕，但我们不知道如何．

“我们喜欢使用的一个经验法则是，对于你客厅里的每台Xbox One，我们都会在云端提供三台Xbox One。”——Redmond Game Studios and Platforms总经理Matt Booty

有了这些组件，开发人员当然可以向服务器发送计算请求，并获得潜在的无限处理能力，这取决于微软想在其服务器上花费多少。然而，还有另外两个重要的难题:延迟和带宽。微软已经承认了前者的挑战，但没有对后者发表任何评论，这是一个基本的概念瓶颈。

两个挑战——延迟和带宽

延迟将影响云计算请求的及时性。当游戏需要处理某些内容时，它会向服务器发送请求并等待回复。即使假设由于服务器的强大功能可以进行即时处理，互联网在实时计算方面也非常缓慢。来自控制台的请求必须通过无数路由器和服务器才能到达目的地，而返回的结果也同样是迷宫般的过程。从这个角度来看，当CPU的逻辑电路需要一些数据时，它们必须等待几纳秒(十亿分之一秒)才能从缓存中检索数据。如果不在缓存中，CPU必须等待几百纳秒才能从主RAM中获取数据——这对处理器效率来说是个坏消息。如果CPU要求云计算一些东西，答案可能在100毫秒或更长时间内都无法得到，这取决于互联网延迟——大约10万纳秒!

由于游戏以30FPS的速度渲染一帧只有33毫秒，如此长的延迟意味着云不能依赖于每帧实时、即时的结果。如果你把Forza赛车撞到墙上，你肯定不希望看到你的车在接下来的三到四帧里继续开到风景的另一边(在那些不可避免的网络故障中甚至会更长)，直到云上运行的物理程序返回你已经撞车的信息。

微软意识到了延迟问题，Matt Booty说:“我认为延迟敏感的东西包括射击游戏中对动画的反应，赛车游戏中对命中和射击的反应，以及对碰撞的反应。你需要让这些事情立即发生，并与你的控制器同步。但在电子游戏世界中，有些内容并不需要每帧都进行更新，也不需要根据当前的情况做出太大改变。”

由于存在延迟问题，云计算的范围仅限于游戏任务的子集。好的，我们可以这样做，但是我们还有最后一个重要的考虑——带宽。

“全球范围内带宽水平的巨大差异是另一个问题，但即使是最快的消费者级互联网连接也无法与现代主机的内部带宽相比。”

每季度的Akamai互联网状况报告使我们能够及时了解现实世界互联网上可用的带宽。截至去年第三季度，发达国家的平均宽带速度努力达到8mbps以上——也就是每秒1兆字节。这意味着，无论云计算能力有多大，控制台平均每秒可以处理1MB的数据。如果我们将其与主机所使用的带宽类型进行比较，Xbox One的DDR3的额定带宽约为68,000MB/s，即使这对主机来说也不够，必须使用ESRAM进行增强。

PS4的内存总量为17.6万mb /s，其中CPU的内存利用率为2万mb /s。云计算提供给CPU的数据只有PS4系统内存容量的万分之一。当然，你可能有一个比8mbps更好的互联网连接，但即使是50mbps的超高速光纤宽带也相当于贫血的6MB/s。这对于云上可以处理的内容来说是一个重要的瓶颈，而且还没有考虑上传速度。上传速度只是下载速度的一小部分，这将大大减少作业可以发送到云端进行处理的信息量。以Forza碰撞为例，如果控制台必须将汽车碰撞网格和风景网格上传到云端，以便计算它们是否发生碰撞，这将需要几秒钟的时间。

当然，我们不会在未经压缩的情况下通过互联网发送数据。通过压缩，OnLive能够在同样缓慢的网络连接上传输高清游戏视频。如果OnLive能在游戏上做到这一点，为什么它不能在云计算的游戏数据上做到呢?这里的主要问题是，视频可以用有损算法压缩，这种算法会丢弃大量观众不敏感的数据，生成的视频看起来与未压缩的源很像，但只需要一小部分数据。这对于AI、物理状态或模型等游戏数据来说是不可能的。

可以使用各种效率较低但无损的压缩技术，如zip和Lempel-Ziv (LZ)，值得注意的是，微软在其主处理器上包含了四个专用的“内存移动引擎”，其中两个具有LZ功能。一种是LZ解码，另一种是LZ编码，这意味着微软对压缩数据非常感兴趣，它已经专门用硅来完成这项工作，而不是把它留给CPU。200MB/s数据解码的原始规格当然足以处理宽带速度下来自互联网的任何数量的数据流量，但遗憾的是，这些引擎的加入并没有最终指向来自云的流式压缩资产的意图。

“在官方或非官方泄露的Xbox One规格中，几乎没有迹象表明云支持是新主机硬件设计的组成部分。”

长期以来，从慢速磁盘驱动器加载和解压资产比加载未压缩的数据要快得多，这些内存引擎可能只是为了方便这些普通任务而存在。有了完全的开发人员访问权限，没有理由认为开发人员不会在下载的资产中使用内存引擎，但即使这样，这些也不能解决云计算的带宽限制问题。LZ压缩通常实现文件大小减半的顺序，有效地将宽带连接速度提高一倍，但仍然微不足道。

云的实际用途是什么?

这意味着云计算不能用于实时工作，微软已经承认了这一点。不过，它可以用于不需要时间限制的大型数据集，可以提前下载到硬盘上。

微软欣然承认了这一点。马特·布蒂说:“其中一个例子可能是照明。假设你正在看一个森林场景，你需要计算穿过树木的光线，或者你正在穿过一个战场，有非常密集的雾包围着地形。当你进入游戏世界时，这些事情通常涉及一些复杂的预先计算，但它们不一定要每一帧都更新。这些都是控制台卸载到云上的完美候选-云可以做繁重的工作，因为你有能力在云中抛出多个设备来解决问题。”

如果我们着眼于一款典型游戏对其处理器的需求，我们便能够找到利用云的机会。典型的游戏引擎循环包括:

• 游戏物理(更新模型)
• 三角形设置和优化
• 镶嵌
• 纹理
• 阴影
• 各种渲染通道
• 照明计算
• 后的效果
• 直接人工智能
• 环境(世界)AI
• 直接物理(射击，碰撞)
• 物理环境

其中，只有环境背景任务和某些形式的照明作为远程处理的候选。

微软认为照明是云处理的一种可能。照明有一个预先计算的历史，创建固定的数据存储在光盘上并加载到游戏中。这个概念的早期使用是“预焙”的光图，有效地创建了固定照明的纹理，看起来相当逼真，但却是静态的，只适用于非交互式环境。预计算辐射转移(PRT)等技术进步使得预计算照明更加动态，目前最先进的技术是新一代虚幻引擎4中的Lightmass。这是预先计算光体积，而不是Epic之前的SVOGI技术的实时计算，后者被认为计算成本太高。虽然由于延迟和带宽限制，云无法运行SVOGI类型的动态照明，但它确实为动态场景提供了“预计算”照明数据的可能性。

诸如时间之类的内容可以上传到服务器，并在几分钟内将当地区域的相关渲染照明发回。这些数据将被保存到硬盘，并在玩家走动时检索。更新这些细微变化的延迟并不明显，所以这个问题是高度容忍延迟的。像枪口闪光这样的动态灯光无法通过这种方式处理，所以开发者仍然需要包含实时照明解决方案，但先进的照明是云技术绝对可以贡献的一个领域。

然而，局部渲染能力和技术的改进已经使实时全局照明成为可能——没有预置照明的伪影和限制——而不需要服务器。2009年，Crytek的级联光传播体积在GTX 285上运行，非常令人印象深刻。未来具有可破坏环境的《战地》游戏将需要一个即时光照解决方案，而不是在每次改变后几秒钟才更新阴影和光照。

“尽管由于延迟和带宽限制，云无法运行实时全球照明，但它确实为动态场景提供了‘预计算’照明数据的可能性。”

云计算的另一种已知可能性是AI，不是用于直接交互，如决定NPC是应该躲避还是射击，而是用于《侠盗猎车手》和《上古卷轴》等现实世界中的背景AI。这些游戏的复杂性总是受到主机资源的限制，而AI通常也仅限于简单的行为惯例。云计算可以运行世界模拟，并随着时间的推移不断更新玩家的本地世界，让世界能够实时运行并响应玩家的行动。这种复杂的游戏世界可能是一个重大的进步，但它们也受限于有限的游戏类型。Xbox 360的旗舰游戏《战争机器》和《极限竞速》几乎不需要这种智能NPC AI。

那么，对于云计算还有哪些其他选择呢?在这方面，微软似乎陷入了想法的困境，这可能有点令人不安。在Xbox One架构小组中，开发总监Boyd Multerer说道:“你可以开始拥有更大的世界。你可以让很多玩家聚在一起，但你也可以采取一些通常在本地完成的事情，把他们推出去……你知道，这一代人在拥抱变化和成长的同时，仍然保持游戏开发者所需要的可预测性。”

微软首席产品官马克•惠顿(Marc Whitten)在会后接受采访时表示:“我们可以利用云的力量来创造体验，并真正与盒子的力量相结合。所以游戏开发者可以使用原始云计算来创建更大的多人游戏或更大的世界，更多的物理元素等等。我认为，当你将新Xbox Live的强大功能与新Xbox的强大功能相匹配时，你将看到无与伦比的创造力。”

两者都没有给出云计算机会的清晰愿景，同时都提到了越来越多的参与者。我们也认识到本地硬件的重要性。控制台架构师Nick Baker评论了AMD的多任务GCN架构的有用性，他告诉我们，“GPU也是多任务的，所以你可以运行多个渲染和计算线程，所以当你在进行渲染时，GPU上的所有云效果、AI和碰撞检测都是并行的……”

这是一个复杂的信息，尽管微软确实表示他们正在开拓新领域，为新领域铺平道路，所以他们应该为游戏提供传统的解决方案。如果我们尝试比微软更有创造性的思维，那么对于云计算，还有一些微软似乎没有想到的选择。程序性内容创造是这代人诞生之初流行的一个热门词，但从未得到任何发展，它可以在线生成纹理和模型，让城市充满各种各样的人和建筑。

Allegorithmic的Substance Engine使用本地处理能力通过算法创建纹理。同样的技术也可以用在云端来创造资产，比如让人和环境变得成熟，创造一个会变老的世界。”

Allegorithmic的Substance Engine可用于PS4和Xbox One，使用本地处理能力算法创建纹理。同样的技术也可以用在云计算中来创造资产，比如让人和环境变得成熟，让世界变老。考虑到Peter Molyneux多年来对世界持久性的渴望，将《Fable》带到云端并在服务器上运行似乎是一个不错的选择，尽管主机的强大处理能力(teraflop仍然是很大的处理能力)本身就足够了，因为这些变化非常缓慢，并且可以与游戏的其他部分并行运行。我们还可以想象程序生成的语音。也许通过适当的研究，服务器可以使用高要求的语音模拟来创建适合游戏的逼真的NPC对话，而不是无休止地重复预先录制的声音片段。

另一种可能的用途不考虑处理能力，而专注于云的几乎无限的存储。我们已经有一些使用整个世界作为玩法空间的简单游戏，例如GeoGuessr使用谷歌地球。随着绘图技术的进步，我们可以期待未来会有更详细的表示。《哥谭赛车计划》只局限于《Bizarre》所捕捉到的能够放在光盘上的环境。想象一下，如果谷歌Earth的数据和Bizarre的建模技术可以在下一个Forza中结合在一起，那么你可以选择世界上任何一个地方开始驾驶。云存储突破了基于光盘的游戏存储的限制，这当然是可能的。Euclideon的无限细节技术暗示了3D扫描世界的未来，人们不禁想知道，在谷歌拿出kinect风格的3D摄像机扫描所有维度的世界之前，还有多久会出现这种情况。

经济考量:为何多人模式有意义

由于带宽和延迟限制，除了技术上的考虑什么是可能的，什么是不可能的，当然还有经济上的考虑。运行一个服务器来提供单人游戏是非常昂贵的。使用服务器来运行多人游戏更有意义，微软发言人都暗示要增强多人游戏体验。在这方面，微软的愿景似乎与mmo和基于服务器的游戏的古老理念相去甚远。如果服务器运行一个活生生的、带有云计算照明和AI的《上古卷轴》世界，那么从经济角度来看，它只能作为一种多人游戏体验，这样它就变成了《上古卷轴》MMO。

然而，这意味着任何运行在主机作为客户端的服务器上的游戏都可以将服务器的计算能力添加到主机上，当它们实际上是两个不同的实体一起工作时。当你在Xbox 360上玩《战地3》时，你是否拥有相当于12台Xbox 360的能力，因为服务器理论上是如此强大?与这样的比较相比，微软的说法似乎很苍白无力，没有明确的说明，他们实际上为每台Xbox One购买的服务器安装了4万亿次浮点运算(teraflops)的能力，这个能力目标的说法只能被认为是虚假的公关宣传，试图缩小与竞争对手的性能差距。

“想象一下，如果《谷歌地球》的数据和《哥谭计划》的建模技术可以在下一场极限竞速中结合在一起，那么你就可以选择世界上任何一个地方开始驾驶。”

此外，还有一个问题是游戏开发者应该如何瞄准这种云体验。如果网络不通或者运行缓慢怎么办?游戏玩家可能会发现，他们的ISP会将他们转移到更慢、更不可靠的连接上。这甚至还没有考虑到带宽在家里的使用——如果家里有人正在流媒体Netflix的超高清视频，你的Xbox One云游戏会发生什么?

马特·布蒂(Matt Booty)在接受Ars Technica采访时，以一种不太令人信服的方式谈到了这一点，就像微软关于如何使用云的言论一样缺乏确定性。

“我们都知道互联网偶尔会退出，我说偶尔是因为现在我们对互联网的依赖程度似乎就像我们对电力的依赖程度一样，在这种情况下，游戏将不得不聪明地处理这种情况，”他有点无力地建议道。

Booty敦促我们“继续关注”智能操作的具体运作方式，并强调“这是一项新技术，是游戏设计的新前沿，我们将看到它以其他技术发展的方式发展”。

当然，应对互联网变化无常的本质并不是什么新鲜事，许多技术已经为在线游戏开发出来，但基于云处理的大型问题的需求将为导航带来新的危险。开发人员可能需要有不依赖于互联网连接的备份系统，比如传统的照明系统。假设，玩家会面临《愤怒之怒》风格的纹理模糊或多人游戏风格的NPC更新延迟的风险，即数据丢失，游戏不得不使用任何可用的光照，直到云服务赶上。

对于运行在PS4和PC上的跨平台游戏来说，开发Xbox One特定的基于云的增强功能，而不是使用Xbox不太强大的GPU所使用的相同跨平台算法，存在经济意义上的问题。这让微软陷入了一个难题——如果它的竞争对手无法使用云，它就不太可能被用于第三方游戏，而Xbox One也不太可能在少数独家游戏之外受益。如果微软真的将其云服务扩展到其他平台，它就失去了Xbox One宣称的计算优势。

在这一点上，显而易见的是云计算的概念看起来不确定，不太可能，微软需要用实际的软件来证明自己的说法。然而，据我们所知，该公司本身并不确定将其用于何处，而延迟和带宽的限制严重阻碍了所有计算能力的好处。对于Live和多人游戏的频繁提及表明，微软的新服务器在提供更好的、传统的多人游戏体验方面虽然没有那么令人兴奋，但肯定有价值。更多的玩家，适应性成就和智能世界在理论上听起来都很棒，但我们肯定没有看到Xbox One处理能力增加四倍的名义结果。

微软需要用强有力的想法和实际的演示来证明自己的地位。在那之前，也许最好不要过于沉迷于超级主机的想法，而且几乎没有证据表明索尼需要担心它的PS4规格优势会被“云的力量”全面抹杀。