Программная видеосвязь и возможности стандартных серверов

Для организации качественной многоточечной видеоконференции всегда требовались большие вычислительные мощности. За последние 20 лет наблюдалось серьезное развитие оборудования ВКС в производительности, масштабируемости и улучшения пользовательских ощущений. Первые решения многоточечной видеоконференцсвязи работали на заказной архитектуре со специализированными микропроцессорами, которые было сложно программировать. Со временем отрасль стала двигаться к менее эзотерическим процессорным архитектурам, которые были дешевле и проще в программировании, но все еще требовали специализированное аппаратное обеспечение. Только спустя много лет удалось добиться необходимой производительности, используя стандартные сервера с процессорами Intel. Улучшения производительности стандартных серверов неминуемо приведут к тому, что индивидуальные аппаратные решения и вовсе исчезнут в течение нескольких ближайших лет.

MCU первого поколения:

1990-е и специализированные микропроцессоры

Конференцсвязь на базе стандартов началась в начале 90-х с протоколов H.320 и H.261. По мере того как конечные устройства стали получать признание первых пользователей, появилась необходимость проводить встречи с большим количеством участников. Первыми сервера многоточечной связи (MCU) стали успешно поставлять VideoServer и Accord. Оба производителя использовали изготовленное на заказ оборудование на базе специализированных микропроцессоров американской компании IIT, позже переименованной в 8x8.

MCU второго поколения:

Кастомизированное «железо» с цифровой обработкой сигнала

В конце 90-х и начале 2000-х активно внедрялись процессоры VLIW (Very Long Instruction Word – архитектура со сверхдлинным командным словом), такие как Philips Trimedia и Equator BSP, которые использовались в многочисленных конечных устройствах. Стоит отметить, что эти процессоры не получили такого широкого признания, как MCU.

Впрочем, в начале 2000-х в этом направлении стала очень быстро развиваться компания Texas Instruments (TI), и на смену VLIW пришли ее цифровые сигнальные процессоры серий C6000 и DaVinci. К концу этого десятилетия многие производители использовали процессоры TI в своих MCU – Codian (позже был приобретен Tandberg, которого, в свою очередь, купила Cisco), Radvision и Polycom. Для всех этих продуктов была типична специализированная аппаратная архитектура форм-фактора «pizza-box» (блок высотой 1-2U, похожий на упаковку для пиццы), либо больших модульных систем с не менее большим ценником, которые морально устаревали через 4-6 лет. Дальнейшее усложнение подобных систем приводило к тому, что для поддержки стандарта H.264 приходилось использовать цифровые сигнальные процессоры со специальными аппаратными ускорителями. Соответственно, для поддержки такими системами видеокодеков VP8, VP9 и H.265 требовалось сложное ПО. Для конечного пользователя это означает, что такого рода дорогие аппаратные платформы не могут поддерживать последние технологические разработки в области видеоконференцсвязи, потому что их нельзя обновить – для этого бы потребовалась полная замена оборудования.

MCU третьего поколения:

Производительность и масштабируемость, ПО на стандартных серверах

Хотя специализированные аппаратные архитектуры предоставляют максимальную производительность, они дороги в изготовлении, и у них длинные циклы разработки. Использование же программных решений на стандартных серверах кажется разумным. Фактически, с последними процессорами Intel, особенно с процессорами Intel «Sandy Bridge», поставки которых начались в 2011г., стандартные сервера сегодня являются приемлемыми платформами для объемных медиа-приложений. Расширения системы команд, такие как SSE (Streaming SIMD Extensions – потоковая обработка по принципу "одна команда – много данных") и AVX (расширение системы команд x86), в совокупности со все увеличивающимся количеством гиперпотоковых ядер на одном кристалле обеспечивают даже лучшую производительность, нежели специализированные аппаратные устройства, использующие ASIC (заказные интегральные микросхемы), FPGA (программируемые логические интегральные схемы, или ПЛИС) и DSP (цифровые сигнальные процессоры, или ЦСП).

Например, используя один стандартный сервер типа 1RU любого ведущего производителя (HP, Dell, IBM, Cisco и др.) со сдвоенными центральными процессорами (ЦП) Intel серии E5-2600, каждый по 8 ядер 2.7 ГГц, Pexip может разместить 32 порта конференцсвязи высокой четкости. По меркам «количество HD-портов на одно стойко-место» это более чем соответствует специализированным аппаратным решениям. Используя блейд-сервера можно получить более 1000 портов настоящей HD-видеосвязи всего лишь на 10RU стойко-месте.

Более того, после выпуска процессоров Intel серии E5-2600v2 появилась еще одна возможность увеличения продуктивности. Стандартный сервер 1RU, оснащенный сдвоенными процессорами Intel E5-2600v2, в каждом из которых по 12 ядер частотой 2.7 ГГц, может поддерживать 48 портов видеосвязи с разрешением 720p30, где портом может быть любой видеокодек – H.263, H.264, H.264SVC и VP8.

На данный момент это самое актуальное предложение от Intel, а на очереди архитектура под кодовым названием Haswell, которая уже реализована в ноутбуках. Как только она появится в конструкции центральных процессоров Dual или Quad Socket в серверах, мы увидим очередной шаг в увеличении производительности. К примеру, новые расширения системы команд AVX2 вдвое увеличат производительность вычислительной системы для многих базовых алгоритмов обработки видеосигнала.

Влияние закона Мура на будущее конференцсвязи

Разработка Intel Sandy Bridge, Ivy Bridge и Haswell – хороший пример действия закона Мура, который гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 18-24 месяца. Несмотря на то, что несколько раз предсказывалась несостоятельность этого закона, результаты наблюдений подтверждали его на протяжении последних 40 лет.

Выводы из этого закона имеют большое значение для заказчиков: используя сервера новейшей конфигурации, они могут ожидать удвоение количества поддерживаемых портов каждые два года. Выше описан прогресс от Intel Sandy Bridge (32 портов на RU-сервер) к Ivy Bridge (48 портов на RU-сервер). Готовимся к новому прорыву в производительности и емкости, как только станет доступна Haswell, а это должно произойти уже в текущем 2014 году.