這屆冬奧會的黑科技,真是細到毛細血管了
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大家好,我們又來蹭冬奧會熱度了(手動狗頭)。
畢竟啊,這屆冬奧不僅賽事精彩,背后頻頻曝出的黑科技也讓人應接不暇填滿了選題小黑板。
從開幕式上的“步步生雪花”,到賽程中全網感謝的“獵豹”、“飛貓”, 再到各個直播間里手語解說、帶貨冰墩墩的數字人們……整得這都不單單是體育迷們的盛宴,也給科技愛好者們喂了個飽。
甚至,上述這些還只是你“看得到”的。深挖起來,在這屆冬奧會背后,科技帶來的變化真是已經深入到冰雪賽事的每一根毛細血管里,無處不在。
怎么說?
不知你是否注意到了速滑比賽中這種名為“子彈時間”的特效。
靠著120臺相機拍攝的素材 + 后期人員持續月余的爆肝,《黑客帝國》里的尼奧才擁有了這酷炫的幾秒鐘。
但現在在冬奧賽場上,1分鐘之內,這樣的特效就能自動合成,伴隨比賽直播即時呈現到觀眾眼前。
之所以能做到如此之快, 跟本屆冬奧會的一大變化直接相關,那就是冬奧會核心系統的首次全面上云。
背靠云計算,不僅幾十個拍攝視角形成的幾十路4K高清信號內容能在分鐘級內被傳輸、處理,對于轉播賽事的電視臺來說,甚至完全不用派人到現場,在云上就能獲得4K/8K的賽事畫面,并完成剪輯和轉播。
數據顯示,采用了云轉播方式的北京冬奧會,現場廣播人員較之平昌冬奧會減少了約32%。
還不止如此。
實際上,從更底層的視角來看,全面上云就像是給奧運這臺汽車換上了一個新的發動機:
云上冬奧正在革新這樣一場全球盛會的IT架構、傳播方式,甚至“化不可能為可能”……
巴赫:云技術為奧運留下新標準
不妨先把時間拉回到2004年。
彼時,雅典奧運會正吸引著全世界的目光。
作為那屆奧運會技術籌備的親歷者,阿里云奧運項目負責人張大志介紹,在賽事舉辦之前,相關的技術準備其實已經持續4-5年之久。
其中大部分的時間,都消耗在傳統數據中心的建設上:
對于組委會來說,即使有合作伙伴或供應商的幫助,從設備上架到此后的運維管理,都仍需親自下場關注。
如此,在技術管理這一賽事的基礎保障工作上,組委會就需要花費大量的時間精力,產生的設備成本、人力成本也十分巨大。
而更大的問題或許還在賽后:十幾天的賽事結束之后,這個臨時搭建起的數據中心就無用武之地,拆除之后難免造成大量資源浪費。
也就是在這個時間點上,云的概念開始在技術界興起。
2004年,谷歌發表了有關分布式文件系統、并行計算和分布式數據庫的3篇文章,為計算體系從集中型向分布式演進提供了基礎。
同期,由于互聯網的發展,全球骨干網絡基礎設施取得突破進展。
2008年,阿里巴巴確立云計算戰略。次年,阿里云正式成立,研發的云操作系統被命名為“飛天”。
“飛天”研發之路頗為坎坷,工程師們一度扛著“人肉計算”的罵名在一片質疑聲中艱難前行。直到2013年,阿里云成為世界上第一個對外提供5000臺服務器計算能力的公司,“飛天”的研發才取得實質性進展。
飛天就像一個巨大的網絡,將全球不同地域數據中心內的數百萬臺服務器連成一臺超級計算機,企業或個人無論身在何處,只要聯網就能獲取到無限算力。
這無形中為每四年換一個主辦城市的奧運會,提供了一種非常合適的基礎設施。2016年,云計算終于走進國際奧委會的視野,這時云技術已經相當成熟,并且在存儲、網絡、視頻等技術上取代傳統IT成為新型基礎設施。
當時,阿里云支撐下的雙11,流量已經達到了每秒17.5萬筆交易訂單和每秒12萬筆支付的級別。
平穩度過如此級別流量洪峰的能力,成功吸引了國際奧委會的注意。
2017年,在阿里云工程師現場展示了10分鐘搭建一個基于云的廣播級直播環境能力后,國際奧委會最終決定與其達成合作。阿里云就此成為國際奧委會全球唯一云服務合作伙伴。
這也就意味著,從零開始搭建一個全新的數據中心不再是舉辦奧運的必選項。
如此,在上云之后,奧運會的IT構建模式就完全被顛覆了:
組委會不必再考慮設備采購、運維管理等問題,只需按照上線系統的需求,利用現有的阿里云云計算能力即可。
張大志透露,在上線一個新系統時,阿里云可以在分鐘級搭建好其所需的云環境。
而隨著奧運賽事的展開,當奧運會系統對計算能力、存儲資源的需求有所攀升時,基于云服務可以實現快速擴容——
這在傳統的IT基礎設施建設中是非常困難的,增加服務器到部署、測試、上線,背后往往意味著一兩個月的時間周期。
這無疑大大降低了奧運會在IT基礎設施建設上所需投入的成本。
而過去“拆了建建了拆”所造成的浪費,也得到了有效解決。所有服務于奧運會的計算資源、產品,在比賽結束后都能夠被釋放出來,繼續服務于其他對云計算有需求的客戶。
同時,云上奧運也更符合“綠色奧運”的新趨勢。北京冬奧會數據中心采用了自然風冷、浸沒式液冷、智能調溫等技術,實現了0機械制冷,能耗降低70%以上。其能耗比PUE最低可達1.09。
注:PUE=數據中心總能耗/IT設備能耗,越接近1表明能效水平越好。
事實上,這樣的全新IT構建邏輯,在2021年舉辦的東京奧運會上已牛刀小試:東京奧運會首次采用了云轉播的形式。
2022年,北京冬奧會核心系統正式全面上云。
國際奧委會主席巴赫就表示:
云計算為奧運留下了全新的技術標準。
冬奧上云,為什么是現在?
梳理完了這條云計算與奧運交匯之路,奧運會在2022這個時間節點全面擁抱云計算的原因也就變得更加清晰。
主要可以劃分為兩個方面。
一方面來自奧運會自身。奧運會始終都是高精尖科技爭相亮相的一扇窗口。而且這些技術登場并非只是想“大秀肌肉”,更大程度上是奧運會的迫切需求。
作為人類探索體能極限的運動盛會,奧運賽場上的細微之差往往意義非凡。如何更加準確地判定這些細節,并將其呈現在全球觀眾面前,是奧運會一以貫之追求的目標。
另一方面,奧運會也是高精尖科技最好的試煉場之一。
奧運會賽事的承辦一直以高水準、高要求著稱。這背后不僅是對于比賽本身各方面的嚴格把控,還包括賽事現場轉播、奧運村運維、人員組織管理等方面的周密統籌,力求將失誤、故障發生的可能性降至最低。
因此,能夠在奧運會上亮相的技術,其自身發展往往已初具規模,并已具備承擔重大情況的能力。
基于這兩方面因素的推動,冬奧全面上云,也就成為了水到渠成之事。
先來看技術的成熟度。
自研核心云網絡技術
今年,由奧林匹克廣播服務公司OBS與阿里云合作開發的奧林匹克轉播云 OBS Cloud,已經全量承擔起奧運賽事轉播的工作,讓奧運轉播不再僅僅依賴衛星傳輸。
在云上,直播信號無需再經過轉播車、現場編輯設施、信號發射裝置,而是直接通過云上部署的全球網絡,傳送至世界各地。
這個支撐云上轉播的網絡技術被中國程序員命名為“洛神”,取義洛河之神。在古代,河運是非常重要、非常快速的交通手段,河網非常重要,就好比今天的網絡一樣。
“洛神”是飛天的網絡子系統,一方面通過網絡虛擬化,對用戶提供網絡產品和服務。另一方面,作為底層技術系統,支撐了阿里云幾乎所有產品,包括計算、存儲、數據庫等。
其核心能力可以分為三個方面:超大規模、超高性能和超強彈性。
- 超大規模:意味著云上轉播的“管子夠多”,阿里云網絡擁有每個地域百萬VPC、每VPC 30萬實例的超大規模能力。
- 超高性能:保證了“管子夠粗”,采用自研神龍MOC卡,并對VPC的基礎組件進行軟硬一體設計優化,大幅降低延遲。
- 超強彈性:通過NFV平臺實現了復雜業務網元超高的靈活性和彈性。
彈性是云計算最核心的優勢之一,可以根據實際需求來靈活擴展、縮小網路的計算能力。每年雙11活動時突然暴增的訪問量,就是通過這一技術來解決的。
這主要是通過基于計算節點的網絡功能構建技術,來實現網絡的超強彈性。
在冬奧會中,類似的情況也時有發生,比如觀看開幕式時。
當大量觀眾涌進網絡時,這和日常網絡的峰谷訪問是完全不同的情況,此時便需要快速調整帶寬來承載海量的用戶訪問。
但是這個帶寬在平時可能并不會被調用,在峰值過后它也會被快速歸還到公共計算池中,避免高峰期過后的閑置浪費。
此外,還有一套名為網絡智能服務的運營系統,它主要來保障云網絡的服務是穩定、可靠的。
這是一個基于實時計算和離線計算的大數據分析體系,在規劃網絡時,可以提供參考數據,幫助工程師更高效地搭建網絡;在運行中,它可以分析出整張網絡中有哪些地方容易出現異常,并分析其中的原因。
比如說當網絡出現抖動時,這個體系能夠分析出現抖動的原因、帶來的后果、如何解決等問題。
用巴赫和逍遙子的云見面來舉例,阿里云網絡不僅會提供一個大規模、高彈性的底層網絡,還會用一條線路來進行備份,并且還會有一套監控系統來實時監測網絡中可能出現的故障。
一旦檢測到原線路存在故障,系統就能自動化切換到備用線路,以此來保障云上通話不會中斷。
目前,阿里云網絡系統已經能將網絡切換、恢復的時間控制在秒級左右,可以讓用戶在觀看時幾乎感受不到卡頓。
智能存算分離的云存儲
云上轉播不僅是傳輸環節,還包括了編輯、制作、保存等功能,這就需要云存儲的支持。
比如“奧運轉播云”上提供的實時編輯平臺,讓工作人員不僅可以在云端訪問本屆冬奧會的全部視頻,還能進行云上裁切和編輯。
這就涉及到數據的“冷熱存儲”。
需要實時編輯的內容,會存放在“熱存儲區”,讀取時延低、帶寬大,支持TB級別的高速緩存加速讀寫、降低延遲,能夠支持幾十路4K碼率的編輯工作。
編輯工作結束后,視頻將和奧運的歷史影像一起,逐漸向更節能的溫存儲區、冷存儲區流動。
比如,今年奧委會啟動了“百年奧運”計劃,將本屆冬奧會及過去所有奧運會的資料影像,全部遷移存儲至云上長期保存。
對于歷史影像,阿里云使用了一種智能分層的方法來對文件自動分類,它可以按照數據被訪問頻率來將存儲對象分為4個層次。
分別是標準類型、低頻類型、歸檔類型和冷歸檔類型。
舉個例子,熱門選手、比賽的視頻資料,將會自動被放置在標準類型存儲,方便隨時訪問。長時間不會被訪問的數據,則會被放在最低檔的冷歸檔類型中。
值得一提的是,對于冷歸檔類型的數據,存儲中的大部分成本來自于電力成本。
因此,阿里云自主設計了疊瓦式高密度磁盤機柜,配合智能上下電算法,可以讓存儲的性能和能耗更平衡,進一步降低成本。
也就是將數據存儲到物理硬盤上,當一個硬盤存滿后會下電;只有當需要讀取相應數據時,系統才會重新激活所在硬盤。
目前,這一套存儲技術的可靠性、可用性均已在上萬TB量級、每天億萬次請求的實際業務中被反復驗證。
此外,存儲數據還要考慮數據安全方面的問題。
阿里云網絡可以提供5種密鑰管理模式,托管到云上和線下都支持。并且還支持另外的保護措施WORM(write once read many),支持寫一次讀多次,確保存儲數據在被訪問時不會被篡改。
而在技術的成熟之外,冬奧上云還與云計算規模的發展不無關系。
2020年,國內云計算整體市場規模達到了1781億元,增速超過33%。其中公有云市場規模達到990.6億元,同比增長43.7%;私有云市場規模為791.2億元,同比增長22.6%。
據IDC《中國公有云服務市場(2021年第三季度)跟蹤報告》顯示,去年第三季度我國公有云服務整體市場規模已經達到了457.61億元。
市場繁榮發展的另一面,還有國家層面的大力支持。
作為數字基建中的重要部分,“云計算”一詞近年出現在國家政策中的次數越來越多。
在2020年出臺的《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》中,便提到“將云計算作為強化國家戰略科技力量前沿行業,是國家重點發展的戰略性新興產業之一”。
去年出臺的《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》中,還要求加速傳統數據中心與網絡、云計算融合發展。
由此不難看出,此次冬奧上云并非是科技與奧運“巧合”下的碰撞,而是集合了天時地利人和多方面因素下產生的一種“必然”。
奧運基建邁入數字時代
經歷了十余年的商用發展,云計算終于在今天走到了奧運會賽場之中。
而這樣的技術變革,或許正像通信技術由3G發展到4G、5G,有了那么一絲潤物細無聲的味道。
站在一名普通觀眾的視角,云上奧運無疑帶來了更為新奇、豐富的觀賽體驗。
基于云計算實現的AI、大數據應用,讓子彈時間特效、多機位觀賽、運動員歷史比賽追蹤等功能都呈現在了人們手中一塊塊小屏幕上,也讓傳統的單方面“接受型”觀賽開始悄然發生變化。
而從賽事承辦方角度出發,用數字基建來改變傳統IT基礎設施,不僅更加節省人力、時間、建造成本,讓承辦方更加關注賽事本身。
同時還為之后大型賽事的轉播模式打開了一扇新的窗口——或許到了下一屆奧運會,云轉播便已經成為主流,就像如今線上購物一樣稀疏平常地出現在大眾的生活里。
更進一步來說,2008年北京夏季奧運會給這座城市留下的,是線下場館、健身器械和運動精神的豐富。
時隔14年后,當奧運火炬再次來到同一座城市時,與之相伴的則是一場在虛擬世界里蓬勃發展的數字基建。
更加長遠的影響,或許則會像2008年夏天那場盛會的遺產一樣,在未來數字世界的持續發展中逐步顯現。
你覺得呢?