伴隨著新興應用的興起以及數字化程度越來越高，已有的成熟處理器在效能、效率以及成本上的優勢相較自研晶片的優勢越來越小，因此藉助成熟的第三方 IP 以及 EDA 工具和代工廠，科技巨頭們紛紛開始自研晶片，其中最有代表性的就是谷歌 TPU，除此之外，谷歌 Argos VCU 也值得關注。

谷歌設計了自己的新處理器 Argos 視訊（轉）編碼單元(VCU)，其目的只有一個：處理視訊。高效的新晶片使這家技術巨頭能夠用自己的晶片替換數千萬顆英特爾 CPU。

多年來，英特爾內置於其 CPU 中的視訊編解碼引擎一直主導著市場，因為它們提供了領先的效能和功能，並且易於使用。但是定製的專用積體電路 (ASIC) 的效能往往優於通用硬體，因為它們僅針對一種工作負載而設計。因此，谷歌轉而為 YouTube 的視訊處理任務開發自己的專用硬體，並取得了很好的效果。

不過，英特爾可能會利用其最新技術來贏回谷歌的專業視訊處理業務。

谷歌為什麼自研 VCU？

資料顯示，使用者每分鐘向 YouTube 上傳超過 500 小時的各種格式的視訊內容。Google 需要將該內容快速轉碼為多種解析度（包括 144p、240p、360p、480p、720p、1080p、1440p、2160p 和 4320p）和資料高效格式（例如，H.264、VP9 或 AV1），這需要強大的編碼能力。

過去，谷歌有兩種轉碼 / 編碼內容的選擇。第一個選項是英特爾的視覺計算加速器 (VCA)，它包含三個 Xeon E3 CPU，內建 Iris Pro P6300/P580 GT4e 整合圖形核心和先進的硬體編碼器。第二種選擇是使用軟體編碼和通用英特爾至強處理器。

谷歌認為，對於 YouTube 的工作負載來說，這兩種選擇都不夠節能。視覺計算加速本身就相當耗電，而至強 CPU 的數量本質上要增加伺服器的數量，這意味著額外的功率和資料中心佔用空間。因此，谷歌決定採用自研的定製硬體。

谷歌的第一代 Argos VCU 並沒有完全取代英特爾的 CPU，因為伺服器仍然需要執行作業系統並管理儲存驅動器和網路連線。在很大程度上，谷歌的 Argos VCU 就像一個總是需要一個 CPU 的 GPU。

谷歌的 VCU 與 GPU 中的流處理器不同，它集成了 10 個 H.264/VP9 編碼器引擎、幾個解碼器核心、4 個 LPDDR4-3200 記憶體通道（具有 4x32 位介面）、1 個 PCIe 介面、1 個 DMA 引擎和 1 個用於排程目的的小型通用核心。

VCU 除了自研的編碼器 / 轉碼器外，大多數 IP 都從第三方獲得許可，以降低開發成本。每個 VCU 還配備了 8GB 的可用 ECC LPDDR4 記憶體。

實際上，谷歌研發 VCU 的理念是將盡可能多的高效能編碼器 / 轉碼器放入單個矽片中（同時保持節能），然後將 VCU 的數量與所需的伺服器數量分別擴充套件。谷歌在一塊板上放置兩個 VCU，然後在每個雙插槽英特爾至強伺服器上安裝 10 個卡，大大提高了每個機架的解碼 / 轉碼效能。

VCU 加速替代 CPU

谷歌表示，與英特爾 Skylake 驅動的伺服器系統相比，其基於 VCU 的裝置在效能、TCO（總體擁有成本）、計算效率方面實現了 7 倍（H.264）和高達 33 倍（VP9）的提升。這樣的提升帶來的成本優勢（VCU 與英特爾的 CPU 相比），使得 VCU 成為視訊巨頭 YouTube 的更好選擇。

CPU、GPU 和配備 VCU 的系統離線雙通道單輸出 (SOT) 吞吐量

從谷歌分享的效能資料看，很明顯單個 Argos VCU 僅比 H.264 中的 2 路 Skylake 伺服器 CPU 快。但是，由於可以在單個伺服器中安裝 20 個 VCU，從效率的角度來看，VCU 勝出。但對於要求更高的 VP9 編解碼器，谷歌的 VCU 似乎比英特爾的雙路至強快五倍，有令人印象深刻的效率優勢。

自從谷歌擁有 Argos VCU，它用自己晶片取代了許多基於至強的 YouTube 伺服器。很難估計谷歌實際更換了多少至強系統，但一些分析師認為，這家科技巨頭本可以將 3300-4000 萬個英特爾 CPU 換成自己的 VCU，即使第二個數字被高估了，單位仍然是數百萬個。

由於谷歌的其他服務需要大量處理器，因此該公司從 AMD 或英特爾購買的 CPU 數量可能仍然非常高，並且不會很快減少，因為谷歌自己的資料中心級晶片的使用需要數年時間。

還值得注意的是，目前谷歌為了嘗試使用創新的編碼技術（例如，AV1），YouTube 需要使用通用 CPU，因為 Argos 不支援新編碼技術的編解碼。此外，隨著更高效的編解碼器的出現，這些編解碼器對計算能力的要求往往更高，谷歌將不得不繼續使用 CPU 進行部署。

但具有諷刺意味的是，專用硬體的優勢在未來只會越來越大。谷歌已經在開發支援 AV1、H.264 和 VP9 編解碼器的第二代 VCU，因為它需要進一步提高其編碼技術的效率。目前尚不清楚谷歌何時會部署新的 VCU，但很明顯該公司希望儘可能使用自己的處理器而不是通用處理器。

英特爾並未停滯不前

不過，英特爾並沒有停滯不前。該公司基於 DG1 Xe-LP 的四晶片 SG1 伺服器卡可以解碼多達 28 路 4Kp60 流以及同時轉碼多達 12 路。本質上講，英特爾的 SG1 與谷歌的 Argos VCU 所做的工作完全一樣：將視訊解碼和轉碼效能與伺服器數量分開，從而減少用於視訊應用的資料中心所需的通用處理器數量。

憑藉即將推出的 Xe-HP GPU，英特爾將同時提供 10 個高質量 4Kp60 流的轉碼。請記住，某些 Xe-HP GPU 將擴充套件到四個區塊，並且每個系統可以安裝一個以上的 GPU，英特爾在領先的媒體解碼和編碼能力市場只會變得更加穩固。

總結

Google 已成功構建了出色的 H.264 和支援 VP9 的視訊（轉）編碼單元 (VCU)，與英特爾現有的 CPU 相比，它可以在視訊編碼 / 轉碼工作負載方面提供顯著更高的效率。此外，VCU 使 谷歌能夠獨立於伺服器數量擴充套件其視訊編碼 / 轉碼效能。

然而，英特爾已經擁有 Xe-LP GPU 和 SG1 卡，它們也提供了一些重要的視訊解碼和編碼功能，因此英特爾仍將在具有繁重視訊流工作負載的資料中心取得成功。此外，隨著英特爾 Xe-HP GPU 的出現，該公司有望鞏固其在該市場的地位。