一文读懂“云游戏”

随着Google在今年游戏开发者大会（GDC）上发布云游戏平台Stadia以来，云游戏受到了前所未有的关注。然而就像2015年突然到来的人工智能浪潮其实已是人工智能的第三次爆发一样，云游戏概念的提出至今已有至少近20年历史了。那么，云游戏是什么？它经历了哪些发展过程？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本身不了解的人来说，初次面对云游戏可能会有一个疑问——除了单机游戏，现在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方式截然不同。对于传统的网络游戏而言，玩家需要先将游戏客户端事先下载安装储存在本地硬盘中，运行过程中的运算也是在本地完成的，其运行速度、画面效果取决于本地电脑的硬件配置。通过互联网，本地客户端接收到的是一同进行游戏的其他玩家的信息，如位置、状态以及实时的操作等。在网页游戏和小游戏中，尽管表面看起来没有“下载”这一过程，但实际上在游戏打开时也会将游戏所需的资源和运算逻辑“加载”到本地，然后再开始运行。而云游戏则不同，它不需要下载或加载资源到本地设备。云游戏从概念上来说其实十分简单，就是基于云计算技术，把游戏放到服务器上运行，而游戏渲染出来的视频画面，通过网络传送到终端（包括PC、机顶盒、移动终端等）。如此一来，终端客户不需要下载、安装游戏，只要连接互联网，哪怕是硬件配置要求高、运算量大的游戏也能顺利运行。用一个通俗的比方，云游戏就像是玩家在使用一台显示器和键鼠连接线特别长的电脑，玩家面前的只有显示器、鼠标和键盘，而显示器、键盘鼠标连接了一个远在千里之外的计算机。由于本地设备上不需要安装游戏，所以各终端设备都可以运行各类游戏，不再需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。因此，云游戏最大的优势在于能够打破各种终端限制的壁垒，在手机上可以玩到电脑、主机游戏，在电脑上也可以玩到主机、手机游戏。而云游戏客户端的作用仅限于数据的发送、接受以及游戏画面的呈现，游戏的储存与运行都是在云端服务器上完成的。在进行游戏时，玩家操作客户端向云端发送数据，云服务器根据操作运行游戏，将游戏画面编码压缩，通过网络返回客户端，最后客户端进行解码并输出游戏画面。云游戏的好处也显而易见：首先，云游戏不必再依赖于本地硬件（尤其是CPU和显卡），只需具备基础的视频解压能力，以及输入设备（键鼠或者手柄等）和输出设备（显示器）即可；其次，开发平台也不用担心玩家侧硬件性能， 可以开发出更高质量的内容；此外，云游戏还能节省本地游戏版本更新时间，长远来看也能节省硬件迭代升级成本等。二、云游戏的发展史既然云游戏有如此众多的好处，那么为什么我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年云游戏的发展几乎伴随着计算机、通讯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）展示了云游戏的原始雏形——通过Wi-Fi将PC游戏传输到手持设备。为什么不是手机呢……因为2000年还没有大屏幕手机呢。

根据当时的媒体报道，尽管展示时游戏PC和客户端屏幕通过本地无线局域网连接，但这个展示过程仍然有明显的延迟与卡顿。在当时，这项技术就像是早期的蒸汽机车——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，但受限与当时的网络环境，以及G-cluster所提供的游戏内容，依然未能引起足够关注。云游戏第一次进入大众视野，是在2009年旧金山游戏开发者大会（Game Developers Conference，简称GDC）上。当时，成立 6 年有余的云游戏服务商 OnLive 进行了相当成功的现场展示，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十分重要的问题。平台不仅可以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支持。结果你大概也猜到了，尽管在本地局域网环境下 OnLive 比 G-cluster 有较大的进步，能够顺畅地运行云游戏。但在当时的美国全国平均家庭带宽只有 9.54Mbps 的大环境下，OnLive 服务在正式上线后便收获一票差评，最终这款产品因付费用户太少而流产。

在OnLive开创商用云游戏的先河之后，主流游戏厂商开始进入云游戏领域。索尼在先后收购了Gaikai和OnLive两家公司的核心技术之后，于2014年发布了云游戏服务PlayStation Now。但当时的PlayStation Now服务仅供PS4用户使用，并且平台只提供在该主机上不兼容的PS3游戏。由于即使到了 2014 年，世界各地的互联网接入速度也不那么乐观，因此索尼除了推出可以远程（玩家本地不需要 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 功能——即显示、控制设备与远程运算设备在同一局域网内。

简单来说，就是以前的 PlayStation 玩家要想玩游戏，需要把 PlayStation 游戏机接上电视，然后端坐在电视机前用手柄玩游戏。而PlayStation Now则允许玩家躺在床上，用自己的手机作为现实和控制设备与自己的PlayStation游戏机连接进行游戏。这与 PlayStation Now、Google 和腾讯发布的云游戏在技术上有共通点，但应用方式上并不相同，是云游戏技术在网络环境不好时代的一种主要应用模式。2015年，NVIDIA推出了基于云服务器的游戏流媒体服务GeForce NOW，在发布之初就支持60余款游戏。基于自身强大的技术能力，GeForce NOW的游戏画面可以达到1080P的分辨率与每秒60帧，相比PlayStation Now的720p和30帧有了巨大的提升，但对网络条件的要求仍极为苛刻——至少需要50Mbps带宽。此外，GeForce NOW仍然受到终端的限制，只支持自家的SHIELD系列产品（包括台式、平板掌机3个型号）。在这一时期，游戏大厂虽然拿出了相较早年更为成熟的云游戏服务方案，但尚未打破终端的限制。近一两年来，云游戏的发展更进了一步。PlayStation Now和GeForece NOW服务先后开始支持PC端，迈出了跨越终端的第一步。2018年10月，谷歌宣布推出Project Steam（流媒体计划，今年3月更名为Stadia）。用户甚至不需要下载云游戏的平台，也不受终端限制，只需要通过Chrome浏览器就可以畅玩各类3A级游戏大作。即便更换电脑，游戏体验和存档也可以顺畅继承，宛如将大型主机游戏“页游化”了。同年同月，微软发布了基于Xbox的云游戏服务“Project Cloud”，这项服务将允许Xbox One游戏在电脑、手机以及平板上游玩，并将于2019年进行公测。2019 年 3月，游戏开发者大会 GDC 上，在 Google 宣布其云游戏平台 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开放预约体验。以“让好玩触手可及”为愿景，借助腾讯云的海量基础资源，目标给庞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云游戏方案，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，快速云游戏应用场景落地。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，填补了这一领域技术与市场的空白。可以说，经过诸多厂商早年不成功的尝试，随着玩家进行游戏的场景逐渐多样化，加之5G的日益成熟，云游戏的发展正步入正轨。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了解，一定注意到了在上文提到各类云游戏服务中，只有NVIDIA英伟达的“画风最为奇特”。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。引用NVIDIA官方的一段有些自夸的描述，NVIDIA在1999年在业界倡导 GPU 概念，重新定义了现代计算机显卡，并将计算机与家用游戏联系起来，于 2000 年美国互联网泡沫破灭之时为家用计算机市场找到了全新的成长空间。后续的故事我们都知道了，在整个PC时代的晚期，“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誉。这种衡量标准甚至延续到了移动互联网时代，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。自然，游戏与硬件性能、成本之间的相互促进与带动作用也会延续到云游戏时代，甚至会比之前有过之而无不及。与过去游戏带动消费者更换新设备不同，云游戏的主要运算放在云服务商的机房里，因此更易于对新芯片的批量换代升级。硬件在性能上的一点提升与成本的一点下降，对于批量更新的云服务运营商来说都意味着巨大的运营成本节省。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成本。刻蚀尺寸越小，相同晶体管密度的芯片就越小，一块晶圆（如下图）能够生产的芯片即越多，边角料（黑色部分）浪费也越少；同理，相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渐进入市场。以AMD的产品为例，7nm相比于上一代14nm可以将晶体管密度提高一倍，同等频率下功耗可以降低一半，而同等功耗下性能提升可以超过25％。虚拟化对绝大多数云游戏服务商而言，芯片制造技术并未掌握在自己手里，那么，虚拟化就是降低服务器成本，提升服务质量最为有效的手段之一了。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使用。用一个通俗的比方来说明，云游戏与传统游戏的模式，就像是电厂统一发电与每家每户配备发电机的区别。前者理应有更高的效率与更低的成本，但如何实现这个目标，则需要一系列性能管理上的机制，这就是虚拟化的技术要求。作为曾经的云游戏服务先驱者，OnLive 十分看重玩家的游戏体验，并为此配备了成本高昂的服务器。然而，它的一台服务器仅能同时服务于一名用户，但玩家在使用服务时其玩的游戏不一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，缺乏合理有效的分配，无形之中造成了资源浪费。为了整合并分配服务器资源，就需要依靠虚拟化。它允许多个用户共享同一台物理服务器的资源，同时保持隔离。目前，CPU、网络接口和存储的虚拟化技术已经相当成熟，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、响应延迟和画面质量均会造成不同程度的影响。在虚拟化技术的支持下，一块物理GPU可以划分为几个乃至十几个虚拟GPU，用户可以根据自己的需要选择一个或者多个作为自己云游戏主机的配置，从而实现了服务器资源的有效利用。然而，由于GPU的结构与技术文档未对外公开、每次技术更新变化较大，GPU虚拟化的实施较为困难。直到最近几年，随着在工程设计、图形绘制等应用领域的需求增加，GPU虚拟化日益受到关注，技术才日臻完善，但仍有较大的提升空间。AMD虚拟化GPU解决方案MxGPU——每个物理GPU支持最多16个用户远程工作。就像人工智能的三次浪潮只有第三次才得到了普遍应用，当下我们无法判断这一轮云游戏浪潮是否就是云游戏最终得以普及应用的那一次。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形态，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。也许，这便是巨头们纷纷进入这一市场的原因吧。