基于Arm架構(gòu)的珠峰芯片加速極致視頻體驗

作者：安謀科技 (Arm China) 高級軟件產(chǎn)品經(jīng)理 楊喜樂

視頻編解碼技術(shù)作為支撐超高清視頻及泛音視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，其重要性愈發(fā)凸顯。H.264/AVC 是目前廣泛使用的編解碼標(biāo)準(zhǔn)，能夠在較低的數(shù)據(jù)速率下提供高質(zhì)量的視頻流，是在線視頻和移動端視頻的理想選擇；H.265/HEVC 進一步提高了壓縮效率，在傳輸高清視頻流和 4K 視頻時所需的帶寬大約是 H.264 的一半。然而，新一代編解碼技術(shù)在節(jié)省帶寬的同時，也對算力提出了更高的要求。

盡管專用視頻加速卡（如 ASICs）和 GPU 在特定任務(wù)上展現(xiàn)出卓越性能，但通用服務(wù)器 CPU 因其出色的靈活性、廣泛的適用性以及更高的性價比，正在成為視頻轉(zhuǎn)碼場景中的主流選擇。隨著多核 CPU 架構(gòu)和視頻編解碼技術(shù)的不斷進步，可以預(yù)見 CPU 在視頻轉(zhuǎn)碼領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。

在本文中，我們將探討基于 Armv9 架構(gòu)的中興微電子“珠峰 1.0”芯片在 x264/x265 視頻轉(zhuǎn)碼場景下，所展現(xiàn)的可擴展算力和穩(wěn)定核心，并通過與主流 x86 架構(gòu)產(chǎn)品相比，展示珠峰芯片所具備的性能和能效優(yōu)勢。

x264/x265 基準(zhǔn)測試

“珠峰 1.0”是中興微電子發(fā)布的首顆領(lǐng)域定制融合處理器，搭載 128 個核心，主頻最高達到 3.1GHz。該芯片可提供指令集加速，比如 SVE/SVE2 等向量計算技術(shù)等，并在視頻轉(zhuǎn)碼等高算力場景中能夠讓工作負(fù)載以可預(yù)測的方式穩(wěn)定運行。與此同時，依托于 Arm 成熟堅實的軟件生態(tài)和主流視頻編解碼庫中基于最新 Arm 架構(gòu)指令的優(yōu)化，珠峰芯片可以為視頻轉(zhuǎn)碼和其他云工作負(fù)載提供卓越的性能和能效收益。

x264 和 x265 作為主流的開源編解碼器實現(xiàn)在業(yè)界得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，我們將通過實測 x264/x265 轉(zhuǎn)碼場景下的編碼速度（每秒幀數(shù)，F(xiàn)PS）來對比珠峰芯片和主流 x86 產(chǎn)品（英特爾 IceLake[1]、英特爾 Sapphire Rapids (SPR)[2] 和 AMD Milan[3]）在多線程和整個 socket 配置下的性能和吞吐。

表 1：珠峰芯片和主流 x86 架構(gòu)產(chǎn)品平臺配置

(配置: 內(nèi)核: 6.0; GCC 編譯器: 12.2；

x86 開啟 turbo，1 線程 = 1 邏輯 CPU)

測試視頻：

https://ultravideo.fi/video/Bosphorus_1920x1080_120fps_420_8bit_YUV_Y4M.7z

測試命令腳本：

x264:

for cpu in ${cpulist[@]};do

cmd = numactl -C $cpu ${x264_DIR}/x264 -o output_${cpu}.mkv

${input_video_DIR}/Bosphorus_1920x1080_120fps_420_8bit_YUV.y4m --preset medium --

frames 600 --threads 1 &

done

x265:

for cpu in ${cpulist[@]};do

cmd = numactl -C $cpu ${x265_DIR}/x265 -o output_${cpu}.mkv

${input_video_DIR}/Bosphorus_1920x1080_120fps_420_8bit_YUV.y4m --preset medium --

frames 600 --no-wpp --pools ',' --frame-threads 1 &

done

<<< 左右滑動查看完整腳本 >>>

八線程轉(zhuǎn)碼測試

圖 1：單線程下 x264 的平均轉(zhuǎn)碼速率對比

圖 2：單線程下 x265 的平均轉(zhuǎn)碼速率對比

我們可以看到，在八線程的配置下，珠峰芯片在 x264/x265 轉(zhuǎn)碼場景中相比 x86 架構(gòu)芯片平均每線程分別有 1.34 倍和 1.17 倍的性能優(yōu)勢。

單 socket 轉(zhuǎn)碼測試

圖 3：單 socket 下 x264 轉(zhuǎn)碼速率對比

圖 4：單 socket 下 x265 轉(zhuǎn)碼速率對比

在單 socket 的配置下，珠峰芯片在 x264/x265 轉(zhuǎn)碼場景中相比 x86 架構(gòu)芯片單 socket 分別有 2.96 倍和 2.54 倍的性能優(yōu)勢。

轉(zhuǎn)碼能效比

除了擁有最佳的轉(zhuǎn)碼性能外，基于 Armv9 架構(gòu)的珠峰芯片非常注重性能和功耗的平衡，卓越的能效可以極大地減少視頻轉(zhuǎn)碼中產(chǎn)生的碳足跡。下面是珠峰芯片和主流 x86 架構(gòu)產(chǎn)品 (IceLake、SPR 和 Milan）熱設(shè)計功耗 (TDP) 的比較：

圖 5：熱設(shè)計功耗 (TDP) 對比

結(jié)論

在 x264/x265 視頻轉(zhuǎn)碼的場景下，我們可以清楚地看到基于 Armv9 架構(gòu)的中興微電子珠峰芯片具備強勁的可擴展算力和穩(wěn)定核心，測試結(jié)果顯示，與主流 x86 架構(gòu)產(chǎn)品選擇相比（如英特爾至強第四代 Sapphire Rapids），該芯片提供了卓越的性能和能效，在運行 x264 時性能優(yōu)勢高達 2.08 倍，而在運行 x265 時性能優(yōu)勢高達 1.79 倍；此外，能效提升高達 1.35 倍。