Ampere Altra Max 提供可持续的高分辨率 H.265 编码

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]。

图 2：2020 年按应用划分的视频处理平台市场份额

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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参考资料：

1. Bitmovin Video Developer Report 2021 https://go.bitmovin.com/video...
2. Research and Markets Global Video Processing Platform Market report 2021
3. https://www.anandtech.com/sho...
4. Save on H.265 encoding using AWS Graviton2