电脑 新媒体,计算机新媒体?

NVMe正在成为众多后期制作,动画和视觉特效工作流程的基本元素

行业趋势

当前媒体与娱乐行业对存储和带宽的需求正在增加,因为更高分辨率的内容结合更高的帧率、更高的比特数以及更多的项目,开始用到了更多的摄制设备。然而,创造出这些更丰富的内容,项目组依旧要遵守已有的成本效益比例,这意味着,他们需要以最有效的方式,对所涉及到的投入,包括人力资源、物理设备等,进行更为合理的利用。

在很多时候,媒体与娱乐行业所预期的未来,会比最初预计的时间点,到来得更快。

例如,NHK在2020年奥运会上提供了8K分辨率的节目内容播放。出于对最新趋势的追逐,相机制造商们正致力于为用户提供超高分辨率的相机,Red Digital、索尼佳能等公司都纷纷推出了8K相机。这些摄像头通常会以多Gb/s的速率生成内容,而每小时需要存储的数字内容,超过1TB。

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除了影响专业摄像机的存储和内存需求之外,这样的趋势也推动了视频渲染和视频特效应用,对更高的带宽和处理能力的追求。

一个4K 360°视频的项目,一般会使用4到16个摄像头,每个摄像头需要捕捉4K甚至8K的视频流。当内容被生成之后,多摄像头所产生的视频流必须被拼接在一起,形成一个更大的合成视频文件。这样的操作,非常考验系统的底层存储架构,同时还需要相当大的带宽和较长的处理时间。

当我们换个角度来看,主打后期制作软件的公司们也开始跨越众多的内容应用程序,对此类的8K工作流进行支持。就连Xbox Series X和索尼PS5游戏机也开始支持8K图像;而所有主要的消费电子公司,都推出了8K电视。

此外,用户还可以通过流媒体平台,或其他的分销渠道,获取更高分辨率的内容,而大多数的媒体机构都清楚,这些内容绝对会受到消费者的青睐(视频内容的故事性暂不讨论)。总之,如同我们前文谈到的一样,这样的趋势转变,极大地影响了内容的转码、IMF操作和内容分发层面的存储和带宽需求。

对于那些需要在媒体与娱乐行业工作,并制作出如此高清晰度内容的人来说,越来越明显是一种趋势,他们必须要采用新的技术,来支持这些工作流程。其中一个例子就是通过使用先进的媒体资产管理工具,以一种效率更高的方式,来处理这些内容——比如部署了人工智能算法的媒体资产管理工具,可以更好地帮助用户在海量的资料库中,找到并访问那些仅仅也许只有数秒之久的媒体内容;同样,用户还可以使用先进的无损或有损压缩技术,来减少最终交付内容的大小。当然,实现这些新需求的背后,最有效且性价比最高的方法之一就是使用不同类型的存储,充分发挥它们的功能优势。

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媒体后期制作业务所涉及的内容存储办法

随着数字内容的规模和数量的增长,媒体后期制作的总存储容量也在迅速增加。下图为到2024年,后期制作应用在本地直连、本地网络和云存储空间占用方面的增长预测。

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HDD硬盘历来是媒体后期制作设施中最流行的存储介质,用户有时也会使用磁带或云端空间来进行媒体内容的备份或归档;此外,云空间通常还会被用于那些需要协同编辑的媒体内容的存储及共享。

虽然HDD仍然是一种重要的存储介质,可被用于内容的短期存储或存储不经常访问的内容,但在编辑当今的高容量和高带宽4K+内容时,其固有的性能限制,成为了一种桎梏。但值得庆幸的是,随着制造效率的提高和竞争的加剧,NAND闪存的性价比在逐步提高,以至于许多组织结构都在考虑在后期制作的过程中使用该类型的存储。

像大多数技术行业的发展一样,事情很少会出现长时间停滞不前的情况,闪存设备就是这样。虽然SATA和SAS SSD目前仍在被广泛使用,但这些较旧的接口(其创建的初衷是为了支持HDD)可能会限制SSD所能够实现的数据速率和延迟。这导致了一种新接口的出现,目的是为了在其连接的计算设备上,更好地发挥SSD的性能,而这个新接口,被业界称为NVMe。

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NVMe SSDs

NVMe避免了SATA和SAS接口中的许多的内置延迟。这样做的一个关键原因在于,其使用的是现代计算机系统中的PCIe总线,这可以允许设备在每个队列中,支持比SATA或SAS更多的命令。PCIe总线,大约每三年将可用的每通道数据速率增加一倍,为视频工作负载提供更大的带宽:PCIe 3.0如今已被广泛使用,每通道可提供8GT/s数据传输速率;而如今,PCIe 4.0开始出现在计算机系统中,其每通道可提供16GT/s的性能。这一技术支持路线图的发展,意味着未来可能会出现更可观的数据传输速率。

NVMe SSD拥有数种不同的形式,可以使用多个PCIe通道来提供更高的性能。它们的外形可以看起来像2.5英寸的硬盘,也可以变得非常紧凑,以适合平板电脑大小的计算机系统。NVMe固态硬盘普遍被用于移动计算机、平板电脑和企业存储系统,而下图所显示的2.5英寸大小的NVMe SSD,通常是被用于企业存储系统之中的。

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从性能角度来看,NVMe SSD正在越来越多地被用作许多媒体与娱乐行业应用程序的主存储介质,这一点并不奇怪,因为其提供了比HDD更低的延迟,可以显著提升媒体与娱乐行业专业人士的创作效率。

然而,性能并不是用户转向NVMe SSD的唯一原因。随着SSD存储价格的降低,它们的TCO也在下降,与几年前相比,降低容量已不再是一种折衷的办法,由于固态硬盘的功耗和冷却需求降低,以及它们可以提供更高的性能密度,企业也从较低的数据中心成本中受益。在某些案例中,使用者正在利用这些设备的先进能力,从FC架构切换到基于以太网的基础设施架构,在实现性能提升目标的同时,进一步提高自身存储环境的整体经济性。

媒体与娱乐行业用户对NVMe SSD的使用场景

对NVMe的迫切需要,来源于那些涉及支持高帧速率、高比特/像素8K视频的视频的项目。编辑这些内容可能需要近10GB/s的流媒体性能,且延迟需要低于16ms,这将传统HDD存储推向了极限;而基于NVMe的存储设备,可以满足上述的低延迟要求,以及团队编辑原始8K视频所需的带宽。

此外,使用多个摄像头摄制4K分辨率以上的视频内容时,由于其的随机IO/s性能要求,需要通过基于NVMe的存储设备,提供编辑多Gb/s数据流及融合多台360°摄像机产生视频所需的低延迟。

NVMe的另一个应用场景,出现在视觉效果和渲染任务之中,尤其是考虑到其的间歇性数据需求。渲染集群中的所有渲染引擎,都会倾向于在同一时间段从存储中获取新的数据,这使得这些渲染引擎对带宽峰值的需求变得非常之高。与单纯基于HDD的存储系统相比,基于NVMe的存储可以更高效地满足8K和多重渲染内容的高间歇性需求。

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部署NVMe存储的最佳实践

由于HDD的存储容量成本大大低于SSD,许多人会自然为自身的M&E工作流寻求更便宜的存储选择。然而,当我们在决定使用一种类型的存储而不是另一种时,应该考虑的方面不仅仅只局限于成本这一点上。

以下是在考虑NVMe设备时,需要跳出传统观念的两个不同之处:

更低的延迟:即使HDD系统可以提供所需的数据速率,其延迟也远高于SSD系统。SSD系统可以大大提高创意专业人士们的效率,让他们不仅能在更少的时间内完成更多的工作,还能让他们有更多的创意自由来制作更好的内容。工作效率的提高以及随之产生的更多的内容,完全可以弥补SSD存储的额外成本。

多层次架构的优势:SSD完全可以成为多层存储系统的一部分,从而实现将更便宜的HDD存储与更高性能的NVMe SSD存储的最佳融合:将不活跃的数据保留在HDD存储上,SSD上只保留那些活跃数据。

昆腾F系列NVMe设备

昆腾公司所推出的F系列NVMe存储系统,完全可以满足媒体与娱乐行业专业人士的需求,并为他们现代化的后期制作工作流程提供支持。下图显示的是昆腾的F2100 NVMe存储系统。

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如上所示,F2100设备可提供高达737TB的存储容量。通过双端口SSD、双节点服务器和冗余电源确保了高正常运行时间。NVMe SSD允许每秒约100万次随机读取,而延迟低于20微秒。测试发现,与NFSSMB连接的客户端相比,F2100 NVMe存储设备,可以在单个客户端上提供10倍以上的读写吞吐量性能;具体来说,流媒体总带宽超过55GB/s。

F系列是专门针对视频和类视频数据而设计的,完全可以满足对多流4K+、高帧率数据以及其他类型的非结构化数据的处理性能要求。其使用了100%的NVMe SSD以支持大量的并行处理;同时,通过RDMA网络技术,在工作站和NVMe存储设备之间,提供直接访问。

这样的性能表现,可以让身处不同地点的编辑人员,只通过使用一台存储设备,处理4K甚至8K级别的多个视频流。同时还能避免在部署HDD的存储系统时,通常会出现的过度配置的情况。

F系列设备,让更快地接收原始内容和更高性能的编辑工作成为了可能,尤其是涉及多流内容时。无论是转码、渲染时对数据的调用,内容播放和源文件的生成,都将以更快的速度完成。在较小的环境内,用户可以将其所有的活跃数据都存储在F系列设备之上,而在较大的环境中,用户可以将NVMe系统用作多层存储环境的一部分,来完成更为宏大的项目。

用户案例

通过利用F系列设备的性能,某好莱坞视频制作工作室,将所需要的存储阵列数量,减少了66%,驱动器数量与机架占用空间减少了83%。并实现了285%的可用带宽增长与35%的功耗减少。

另一家大型后期制作工作室,通过使用单台的F2000系列设备(F2100的上一代产品),能够同时读取18流2K标准(或变形)分辨率帧和8流4K标准(或变形)分辨率帧。下图显示了用户所测算得到的性能数据以及8K读写结果。

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(请注意,新一代F2100设备提供了高达55GB/s的多流读取性能)

结论

NVMe SSD可以实现闪存性能的最大化,并通过结合NVMe-oF技术,创建即时响应的存储系统。由于现代化媒体工作流程中媒体内容的大小和数量所呈现出的增长态势,以及业界对更高帧数流媒体的追求,使得传统的存储解决方案很难提供媒体专业人员所急需要的性能表现。因此,使用NVMe技术的高性能、低延迟存储系统,正成为许多后期制作、动画和VFX工作环境的基本元素之一。

部署NVMe的存储系统,如F2100设备,可以让现代化的后期制作团队,以更快的速度,完成对高分辨率内容的创建,以及对动画和VFX内容的渲染,并通过最新的、基于人工智能的媒体工具,让创意人员实现对已有内容更好的把控。

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