读元宇宙改变一切笔记05_计算

1. 物理定律

1.1. 元宇宙是否需要如此遵从物理定律是存在争议的

1.2. 沉浸式模拟的下一步将远远超越更逼真的爆炸效果或更生动的虚拟化身这一水平

1.2.1. “粒子物理定律、引力定律、电磁定律、电磁波（包括光）和无线电波……压力和声音”应用到元宇宙中

1.3. 物理定律带入虚拟世界的愿望似乎很难实现，但是如果这个愿望的确无法实现，就需要预测和排除将物理定律应用在虚拟世界可能带来的创新

1.4. 计算的可用性和限制将决定对于哪些人来说，在何时何地，怎样的元宇宙体验是可能实现的

2. 摩尔定律

2.1. 戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年提出

2.2. 密集集成电路中的晶体管数量大约每18个月会翻一番

2.3. 但这种增长速度现在正在放缓，而CPU和GPU处理能力继续快速增长

3. 计算

3.1. 理解数据，运行代码，评估输入，执行逻辑，渲染环境等等CPU和GPU所要承担的工作，在广义上叫作“计算”

3.1.1. 及时发送足够的数据只是操作同步虚拟世界过程的一部分

3.1.2. 所有数字工作的执行都有赖于计算

3.2. 过去40年电子游戏机的平均大小

3.2.1. PS1于1994年发布，重3.2磅，体积为10.75英寸×7.5英寸×2.5英寸

3.2.1.1. （除了它的光驱）可以塞进钱包，成本低于25美元

3.2.2. PS5于2020年发布，重9.9磅，体积为15.4英寸×10.2英寸×4.1英寸

3.2.2.1. 为了增加设备的计算能力，因此在设备工作过程中需要更大的风扇进行冷却

3.3. 元宇宙所需的渲染和计算要复杂得多

3.3.1. 必须大约每0.016秒

3.3.2. 最好是大约每0.0083秒创建一次

3.3.3. 不是每家公司都买得起一个超级计算机数据中心，可以说只有极少数公司买得起

3.4. 游戏取得了令人难以置信的创造性成就，但它们的基本思想不是全新的

3.4.1. 开发人员一直在想象与数十名（如果达不到数百或数千人的话）实时在线的玩家在同一个虚拟环境中共享仅受用户想象力限制的模拟体验

3.4.1.1. 目前的技术无法实现这种体验

3.5. 知道元宇宙需要更多的计算能力，但并不知道具体需要多少

3.6. 计算能力每年都在提高

3.6.1. 计算能力的进步总会带来重要的突破，而突破就意味着需要更多的计算能力

3.6.1.1. 计算能力无论如何都是稀缺的

3.6.2. 资产、纹理的增加，分辨率的提高或额外的帧和播放器的添加都意味着要消耗更多稀缺的计算资源

3.6.2.1. 1080p

3.6.2.2. 4K甚至8K格式渲染该世界

3.7. 观点1

3.7.1. 虚拟世界需要的大部分计算在每个用户的设备上单独执行，这对很多人来说都是一种浪费

3.7.1.1. 这意味着很多设备为了支持相同的体验需要在同一时间执行相同的操作

3.7.2. 计算应该尽可能在远程的工业级数据中心而不是在消费级设备上执行

3.7.3. 将尽可能多的处理和渲染转移到工业级数据中心，不仅可以提高效率，对于构建元宇宙也至关重要

3.7.3.1. 客户端设备唯一需要做的就是播放此视频并发送输入（向左移动、按下X等）——类似于观看奈飞的视频

3.7.4. 背后的逻辑

3.7.4.1. 家庭用电通常是由电网和工业发电厂而不是私人发电机供应的

3.7.4.2. 有了基于云的模型，消费者可以不用再购买消费级、不经常升级和被零售商加价的计算机，而是租用单位处理能力更具成本效益且更易于更新的企业级设备

3.7.4.3. 同时奈飞和Spotify等公司提供的服务器端内容服务也取得了成功

3.7.4.4. 但远程渲染并不是当今的游戏发行商达成了共识的解决方案

3.7.4.4.1. 重点在于网络阻碍着传输，且这样的阻碍将来会继续存在

3.7.5. 远程计算尚未证明自己在渲染方面更高效，这是几个相互关联的问题导致的

3.8. 观点2

3.8.1. 由虚拟世界“所有者”运营的超级强大的服务器只是跟踪用户输入，在必要时进行中继(relay)处理，然后在过程发生冲突时充当裁判

3.8.1.1. 甚至不需要渲染任何东西

3.9. 由于延迟并不是固定的，因此设备接收到的火箭的发送时间有可能稍早或稍晚，并且发射位置稍有不同

3.9.1. 玩家看到的爆炸场景有可能各不相同，即使“相同”的爆炸物在“相同”的时间以“相同”的角度击中了“相同”的树，并且应用了完全相同的逻辑来处理因果关系

3.10. 虚拟世界的整体复杂性，最终在一定程度上会受到可以访问它的最低端设备的限制

4. GPU

4.1. 视锥剔除、遮挡和细节层次解决方案对于实时渲染体验至关重要

4.1.1. 能够让用户的设备将处理能力集中在用户可以看到的内容上

4.1.2. 但结果是，其他用户无法“搭载”该用户的GPU进行计算

4.2. 在玩《塞尔达：旷野之息》时，任天堂Switch使用的英伟达GPU有效地卸载了之前渲染的所有内容，以支持玩家的新视野

4.3. 细节层次是指只有在玩家应该可以看到某些信息的时候才加载它们

4.3.1. 白桦树树皮的细微纹理

4.4. 每台设备的分辨率或帧速率下降的程度与用户数量成正比

4.4.1. 意味着即使使用两台电视来操作双人模式的《马里奥赛车》，而不是将一台电视分成两部分，每台电视每秒也只能接收一半的渲染像素

4.5. GPU可以渲染两个完全不同的游戏

4.5.1. 可以支持2D横向卷轴游戏《超级马里奥兄弟》的两种不同模拟

4.5.2. 同时支持《超级马里奥兄弟》的一个版本以及一个与之类似的低功耗游戏

4.5.3. 这不是以高效计算的方式完成的

4.6. 即使游戏A永远也用不到英伟达GPU既定的全部功率，备用部分也不能被分配到其他地方

4.7. GPU不会生成通用渲染功率

4.7.1. 不能像发电厂将电力分配给多个家庭那样在用户之间进行分配

4.7.2. 不像CPU服务器那样可以支持大逃杀游戏中100位玩家的输入、位置和同步数据。

4.7.3. GPU通常作为支持单个玩家渲染的“锁定实例”(locked instances)运行

4.8. GPU要想功率翻倍，其生产成本也得翻倍

4.9. 租用利用率低的高端GPU一直都很昂贵

4.9.1. 数据中心的经济考量总会以优化需求为导向

4.9.2. 如果解决远程服务器价格高昂问题的唯一方法是使用而不是替换旧服务器，那么我们并没有解决计算资源稀缺问题

4.9.3. 随着客户数量和多样性的增加，需求趋于稳定，平均利用率就会提高

4.9.3.1. 意味着远程GPU和终端用户之间的距离变远了，延迟也会随之增加

4.10. 奈飞和其他公司的成本利用率提高了，但它们通常采用的是非实时方式

4.10.1. 从附近存储文件的服务器发送每秒少于30帧（不是60～120帧）、分辨率较低的视频（比如谷歌Stadia所做的那样，采用1K或2K，而不是4K或8K分辨率）

4.10.2. 不是执行密集的计算操作

5. 去中心化计算

5.1. 消费者购买的这些服务器，可能是游戏机或游戏专用个人电脑，这时没人会关注它们是否被使用或是否离线

5.1.1. 在消费者手中以及其他众多家庭中，有着这么多功能强大且经常处于未使用状态的设备

5.1.2. 想要开发系统来分享它们大部分空闲的处理能力

5.2. 加密交换概念的支持者认为它代表了未来所有微芯片都将具备的特征

5.2.1. 每台计算机，无论大小，都将被设计成可随时拍卖空闲周期

5.2.2. 数十亿个动态排列的处理器将为大型工业客户的深度计算周期提供动力，并提供终极的、无限的计算网格，使元宇宙成为可能

5.2.3. 要想让每个人都能听到树倒下的声音，唯一的方法就是所有人都给它浇水

6. 电子游戏行业

6.1. 世界上最受欢迎（同时创收能力也最强）的游戏往往是那些专注于丰富的用户生成内容和大量并发用户的游戏

6.1.1. 《自由之火》

6.1.1.1. 只能在移动设备上玩的大逃杀游戏《自由之火》是世界上最受欢迎的游戏之一

6.1.1.2. 《自由之火》中的大逃杀仅限50个玩家同时参与，而不是100个

6.1.2. 《绝地求生》

6.1.3. 《堡垒之夜》

6.1.3.1. 一局比赛中有数十个生动逼真的游戏化身，每个角色都可以做多样的动作，并与一个生动且有形的世界，而不是一片广袤冰冷的空间进行交互

6.1.3.2. 大约在同一时间，出现了足够多价格不算太高的服务器，而且可以管理和同步来自如此多个设备的输入

6.1.3.3. 当《堡垒之夜》或Roblox等游戏在更狭窄的空间，比如在虚拟演唱会现场开展社交活动时，它们会将并发用户减少到50个或更少

6.1.3.3.1. 与标准游戏模式相比，它们还限制了用户可以做的事情

6.1.3.3.2. 建筑项目可能会被关闭，另外舞蹈动作的数量也会从正常的十几个或两个减少到只有一个预设选项

6.1.4. 《使命召唤：战争地带》（Call of Duty: Warzone）

6.1.5. 微软模拟飞行

6.1.5.1. 除了地图、天气和飞行路线之外，它的世界只有很小一部分是真实的

6.1.6. Roblox

6.1.7. 魔兽世界

6.1.7.1. 数十个化身可以在同一个地方渲染

6.1.7.2. 模型细节不到位，比例相对较小，玩家也不能很好地控制化身

6.1.7.3. 游戏服务器会暂时将其“分片”呈现为该空间的并发操作，但副本依然保持独立

6.1.7.4. 用户可能不得不“关闭”或“降低”游戏的渲染能力或将帧速率减半

6.1.8. 《我的世界》

6.2. 2016年全球只有3.5亿人拥有渲染丰富的3D虚拟世界所需要的设备

6.3. 2021年

6.3.1. 每一天都有超3.5亿人参与大逃杀游戏

6.3.1.1. 这只是高CCU（并发用户）游戏的一种类型

6.3.1.2. 有数十亿人能够参与这样的游戏

6.3.2. Roblox的月活跃用户数达到巅峰为2.25亿

6.3.2.1. 这个数字比历史上最畅销的游戏机PS2的终生销量高出1/3以上

6.3.2.2. 是Snapchat和Twitter等社交网络用户数量的2/3

6.4. 运用了特定的设计决策来解决当前的计算限制

6.4.1. 大多数大逃杀游戏支持100名玩家同时在线

6.4.1.1. 大逃杀的设定决定了到那个时候，绝大部分玩家都已被“杀死”了

6.4.2. 使用带有众多“兴趣点”的巨大地图将玩家分散开来

6.4.3. 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动作

6.4.4. 玩家最终必须集中在一个小空间内

6.4.4.1. 有时这个空间只有宿舍大小

6.4.4.2. 随着地图的不断缩小，生存也会变得更加困难

6.4.4.3. 大逃杀玩家可能需要提防99个竞争对手，但他们的设备面临的挑战要少得多