摘要： 背景與挑戰(zhàn) 技博客 GigaOM 曾報(bào)道：YouTube 的視頻略縮圖采用 WebP 格式后，網(wǎng)頁加載速度提升了 10%；谷歌的 Chrome 網(wǎng)上應(yīng)用商店采用 WebP 格式圖片后，每天可以節(jié)省幾 TB 的帶寬，頁面平均加載時(shí)間大約減少 1/3；Google+ 移動(dòng)應(yīng)用采用 WebP 圖片格式后，每天節(jié)省了 50TB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。

背景與挑戰(zhàn)

科技博客 GigaOM 曾報(bào)道：YouTube 的視頻略縮圖采用 WebP 格式后，網(wǎng)頁加載速度提升了 10%；谷歌的 Chrome 網(wǎng)上應(yīng)用商店采用 WebP 格式圖片后，每天可以節(jié)省幾 TB 的帶寬，頁面平均加載時(shí)間大約減少 1/3；Google+ 移動(dòng)應(yīng)用采用 WebP 圖片格式后，每天節(jié)省了 50TB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。但Webp最大的缺點(diǎn)在于壓縮算法計(jì)算復(fù)雜度是JPEG的10倍以上，我們迫切需要一套高性能加速方案來降低業(yè)務(wù)成本。

項(xiàng)目

今年春節(jié)期間大客戶為了支持其搶紅包業(yè)務(wù)向阿里云提出了webp轉(zhuǎn)碼需求。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)總共需要準(zhǔn)備數(shù)幾十臺(tái)32核64線程的物理機(jī)。阿里云為提升用戶體驗(yàn)降低自身成本，使用FaaS（FPGA as a Service） F1實(shí)例加速webp編碼。其中FaaS團(tuán)隊(duì)提供了FPGA平臺(tái)支持，OSS團(tuán)隊(duì)提供了算法的支持。得益于高性能的FPGA平臺(tái)，我們使用5臺(tái)單卡FPGA云服務(wù)器扛下了日常40%的webp編碼流量。

效果

本次性能測(cè)試所使用樣本為512x512的圖片，所有測(cè)試都在阿里云FaaS F1實(shí)例上測(cè)試。根據(jù)業(yè)務(wù)方的要求，我們對(duì)其中部分?jǐn)?shù)據(jù)值做了一些混淆。

1）延時(shí)

在使用了FPGA加速webp編碼之后，延遲降為原來的1/10。

2）吞吐量

每個(gè)單卡的F1實(shí)例（8vcpu，1 * ARRIA 10)可以獲得大約32核64線程物理機(jī)的~2倍吞吐量，跟某業(yè)內(nèi)專業(yè)加速webp編碼公司對(duì)比（在用同樣F1實(shí)例）。我們發(fā)現(xiàn)某司的FPGA加速webp編碼對(duì)CPU依賴非常多，但利用率又只有50-60%，這非常讓人費(fèi)解。

3）圖片質(zhì)量

下圖是在不同quality下，對(duì)比軟件（藍(lán)線）、OSS（紅線）、某司（綠線）的編碼后psnr曲線。PSNR使用ImageMagick的convert工具計(jì)算，數(shù)值越大越好。OSS提供的硬件加速算法，在圖像質(zhì)量方面幾乎跟軟件幾乎完全重合，某司提供的webp編碼加速器存在不小的差距（差距在0.1~0.5db之間）。

4)壓縮率

同樣使用圖片空間的測(cè)試架，quality設(shè)置也一樣，數(shù)值為相對(duì)JPEG原圖的壓縮率，數(shù)值越小越好。經(jīng)過測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)軟件、OSS、某司的壓縮率幾乎完全重合，但依舊保持原有梯隊(duì)，軟件>OSS>某司。

根據(jù)上面測(cè)試結(jié)果，目前阿里云OSS的加速方案在webp壓縮場(chǎng)景所有指標(biāo)都超過了某司，除了壓縮率小幅領(lǐng)先之外，其他兩個(gè)指標(biāo)都有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

未來

1）預(yù)計(jì)性能優(yōu)化完成之后E2E還可以提升50%的性能。壓縮率上，未來采用m6等級(jí)的編碼，其壓縮率比當(dāng)前壓縮率更高。
2）單個(gè)FPGA板卡的成本遠(yuǎn)小于服務(wù)器，所以降低業(yè)務(wù)成本的關(guān)鍵在于提高FPGA的密度。未來webp加速器將使用F3實(shí)例，單個(gè)芯片的FPGA性能提升了超過2倍，單臺(tái)服務(wù)器的FPGA芯片密度也提升了一倍。

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總結(jié)

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