Teoria: Pode a Xbox One transformar os jogos na nuvem na nova geração?
Ou está a Microsoft com a cabeça nas nuvens?
A Xbox One ficará na tua sala a queimar não os 1.2 teraflops de poder computacional como dito em rumores, mas quase cinco teraflops - tanto quanto a gráfica Titan de 999€ da Nvidia. E depois ficará mais rápida e mais rápida com o tempo. Pelo menos, se formos a acreditar na mais recente campanha de RP da Microsoft. Mas o quão realista é passar o processamento de jogos para "a nuvem" e continuar a adicionar aos recursos disponíveis para os estúdios? Será que as afirmações da Microsoft tem bases na realidade? É esta uma jogada tática para competir contra a tangivelmente superior especificação fixa da PlayStation 4 ou é mesmo pensamento otimista?
Antes da revelação da Xbox One, os jogadores estavam bem informados sobre as especificações do equipamento principalmente graças às fugas dos papeis da Microsoft encontrados no VGLeaks. Ao lado da PS4, a Durango, do que se sabia, parecia uma máquina menos capaz - o mesmo CPU mas uma largura de banda menor com um inferior core gráfico. Mas todos aqueles que viram a revelação e em seguida as entrevistas tecnológicas com Larry Hryb da Microsoft, verificaram a preocupação da companhia em realçar o "o poder do cloud"..
Marc Whitten da Microsoft descreveu a melhoria do Live para 300,000 servidores e colocou em perspetiva o poder computacional ao sugerir que isto teria poder de processador suficiente para igualar o potencial de qualquer computador no mundo, a julgar pelos padrões de 1999. Matt Booty, gestor geral do Redmond Game Studios and Platforms, disse recentemente ao Ars Technica, "uma regra que gostamos de usar é que [para] todas as Xbox One disponíveis na tua sala teremos três desses aparelhos disponíveis na nuvem," sugerindo 5TF de poder de processamento para os teus jogos, um sentimento que ganhou eco com Adam Pollington, porta-voz da Microsoft na Austrália, a dizer que a Xbox One era 40 vezes mais poderosa que a Xbox 360.
Com quantidades tão fenomenais de poder disponível, a XO é potencialmente duas vezes e meia mais poderosa que a PS4 e capaz de seguir lado a lado com os mais caros PCs de topo para jogos. No entanto, existem numerosas barreiras técnicas para realizar isto que coloca em questão a validade das declarações da Microsoft.
Vamos começar com um rápido olhar ao que querem dizer com 'computação na nuvem'. Antes das pessoas das relações públicas virem com as suas palavras catitas, 'computação na nuvem' era conhecido como 'computação distribuída'. Isto significa pegar numa carga de trabalho computacional e distribuí-la por uma rede ao longo dos processadores disponíveis.
A ideia de computação na nuvem é criar grandes conjuntos de servidores cheios de poder de processamento genérico e passá-los de um trabalho para o outro consoante necessário. A existente plataforma na nuvem da Microsoft, chamada Azure, começou em 2010, e tem crescido consistentemente em quota de mercado contra produtos rivais da Amazon e Google. Para os programadores conseguirem usar processamento na nuvem, precisam da estrutura para transformar o código de jogo em trabalhos e meios para interagir com os servidores. Este modelo de código de jogo já foi usado com os processadores de vários núcleos desta geração. Os programadores aprenderam rapidamente a separar os seus jogos em trabalhos no processador Cell da PS3 e a usar um programa de agenda para dar prioridade e distribuir trabalhos pelos recursos disponíveis. Quanto à interface de servidor, a Microsoft desenvolveu a 'Orleans' e e sabemos que está a ser usada em Halo, mas não sabemos como.
"Uma regra que gostamos de usar é que [para] todas as Xbox One disponíveis na tua sala teremos três desses aparelhos disponíveis na nuvem." - Matt Booty, gestor geral do Redmond Game Studios and Platforms
Com essas peças prontas, é certamente possível os programadores enviarem pedidos computacionais para os servidores e aceder a poder de processamento potencialmente sem limite, dependendo de quanto a Microsoft quer gastar nos servidores. No entanto, existem outras suas peças importantes do quebra-cabeças: latência e largura de banda. A Microsoft reconheceu o desafio do primeiro, mas não comentou sequer o segundo e é um gargalo fundamental do conceito.
Os dois desafios - latência e largura de banda
A latência irá afectar o quão imediatos os pedidos computacionais da nuvem podem ser. Quando um jogo precisa de processar algo, envia um pedido para um servidor e espera pela resposta. Presumindo mesmo processamento instantâneo graças ao poder dos servidores, a internet é incrivelmente lenta em termos de computação em tempo real. Um pedido da tua consola tem que encontrar o seu caminho através de numerosos routers e servidores até chegar ao seu destino, e os resultados tem a mesma jornada labiríntica de volta. Em perspectiva, quando os circuitos de lógica de um processador querem alguns dados, tem que esperar alguns nanosegundos (mil milhões de segundos) para a obter da sua cache. Se não estão na cache, o processador tem que esperar tanto quanto algumas centenas de nanosegundos para obter os dados da RAM principal - e isto são consideradas más notícias para a eficiência do processador. Se o processador tivesse que pedir à nuvem para calcular algo, a resposta não estará disponível potencialmente por 100ms ou mais, dependendo da latência da internet - uns 100,000 nanosegundos!
Se um jogo tem apenas 33ms para gerar um fotograma a 30FPS, tais prolongadas demoras significam que a nuvem não pode ser usada para resultados imediatos em tempo real por fotograma. Se espetas o teu carro Forza contra uma parede, não queres ver o teu carro passar para o outro lado do cenário durante os próximos três ou quatro fotogramas (ainda mais com aqueles soluços inevitáveis da internet) até que as físicas a correr na nuvem regressem com a informação que tiveste um acidente.
O problema da latência é algo que a Microsoft reconhece, Matt Booty diz, "Coisas que chamaria de sensíveis à latência seriam reações a animações num shooter, reações a tiros e ferimentos e num jogo de corridas, reações a colisões. Essas coisas precisas que acontecem no imediato e no fotograma sincronizado com o teu comando. Existe coisas num mundo de videojogo que não precisas necessariamente que sejam actualizadas a todo o fotograma ou que não mudam muito em reação ao que se passa."
Sendo a latência um problema, o alcance da computação na nuvem está limitado a um subconjunto de tarefas de jogo. Okay, podemos trabalhar com isso, mas ainda temos uma última grande consideração - a largura de banda.
"Níveis loucamente variáveis de largura de banda mundial são outro problema, mas até as mais rápidas ligações à internet de nível de consumidor de forma alguma se comparam com a largura de banda interna de uma consola moderna."
O relatório Akamai sobre internet de ponta mantem-nos a par da largura de banda disponível na internet do mundo real. Velocidades médias de largura de banda no mundo desenvolvido tem dificuldades para chegar aos 8mbps nos últimos três meses do ano passado - isso é apenas um megabyte por segundo. Isto significa que independente do poder de computação na nuvem que esteja disponível, as consolas terão disponíveis para si uma média de 1MB/s de dados processados. se compararmos isso com o tipo de largura de banda a que as consolas estão habituadas, o DDR3 da Xbox One está avaliado em perto de 68,000MB/s, e mesmo isso não é suficiente para a consola e teve que ser aumentado com a ESRAM.
O sistema de memória da PS4 atribui cerca de 20,000MB/s para o processador no seu total de 176,000MB/s. A nuvem pode providenciar 20,000 dos dados para o processador do que o sistema de memória da PS4 consegue. Podes ter uma ligação à internet muito melhor que 8mbps claro, mas até mesmo bandas largas de fibra óptica super rápidas a 50mbps equacionam a anímicos 6MB/s. Isto representa um importante gargalo para o que pode ser processado na nuvem, e isso antes de considerarmos sequer a velocidade de upload. A velocidade de upload é uma pequena fração da velocidade de transferência, e isto vai reduzir imensamente quanta informação um trabalho pode enviar para a nuvem processar. Pegando no exemplo do acidente em Forza, se a consola tiver que fazer upload da mistura da colisão do carro e da mistura do cenário para a nuvem calcular se colidiram ou não, isso irá demorar vários segundos.
Claro, não iríamos enviar dados pela internet sem os comprimir primeiro. É pela compressão que o OnLive consegue fazer stream em alta definição de videojogos nas mesmas ligações lentas à internet. Se o OnLive o consegue com vídeos de jogos, porque não pode ser feita para dados de jogos em computação na nuvem? O problema principal aqui é que o vídeo pode ser comprimido com algoritmos que perdem qualidade deitando fora largas quantidades de dados aos quais o espectador é insensível, produzindo um vídeo que parece na sua maioria como a fonte não compacta precisando de uma fração dos dados. Isto não é possível com dados de jogos como IA ou físicas ou modelos.
Várias técnicas menos eficazes mas não destrutíveis de compressão podem ser usadas tais como zip e Lempel-Ziv (LZ), e é de nota que a Microsoft incluiu quatro "Motores de Movimento de Memória" dedicados no seu processador principal, dois com capacidades LZ. Um LZ tem que descodificar e o outro LZ codificar, significando que a Microsoft tem tamanho interesse na compressão de dados que tem silicone dedicado para o trabalho ao invés de o deixar para o processador. Os aspectos em bruto da descodificação de dados a 200MB/s é certamente suficiente para gerir quaisquer quantidades de tráfego de dados vindo da internet em velocidades de banda larga, mas a inclusão destes motores infelizmente não aponta conclusivamente para a intenção de fazer streaming de dados comprimidos da nuvem.
"Existe muito pouco nas especificações Xbox One oficiais ou não oficiais que sugira que o suporte na nuvem foi integral no design da nova consola."
Há muito que é mais rápido carregar e descomprimir elementos de discos duros lentos do que carregar dados não comprimidos, e estes motores de memória podem apenas estar presentes para facilitar tais tarefas ordinárias. Com completo acesso aos programadores, não existe razão para pensar que eles não vão usar os motores de memória para elementos transferidos, mas mesmo assim estes não conseguem resolver os problemas da limitação da largura de banda da computação na nuvem. A compressão LZ consegue tipicamente ao reduzir para metade o tamanho dos ficheiros, duplicando com eficácia a velocidade da ligação em largura e banda para rácios na mesma insignificantes.
Para o que pode mesmo a nuvem ser usada?
O que isto significa é que a computação na nuvem não pode ser usada para trabalhos em tempo real, algo que a Microsoft admitiu. Para o que pode ser usada é para enormes conjuntos de dados que não são críticos no tempo e podem ser transferidos antecipadamente para o disco duro.
A Microsoft prontamente admite isto. Matt Booty disse, "Um exemplo disso pode ser a iluminação. Vamos dizer que estás a olhar para uma cena florestal e precisas de calcular a luz a passar pelas árvores, ou caminhas por um campo de batalha e tem um nevoeiro volumétrico muito denso a envolver o terreno. Estas coisas frequentemente envolvem alguns cálculos frontais complicados quando entras nesse mundo, mas não precisam necessariamente de ser atualizados a todos os fotogramas. Esses são candidatos perfeitos para a consola descarregar para a nuvem - a nuvem pode fazer o trabalho pesado, porque tens a capacidade de colocar múltiplos aparelhos no problema na nuvem."
Se olharmos para os típicos requisitos dos jogos para os seus processadores, podemos ver oportunidades para utilizar a nuvem. Um ciclo de motor de jogo tradicional consiste de
- Físicas de jogo (atualização de modelos)
- Esquema triangular e optimização
- Tecelagem
- Texturização
- Sombras
- Várias passagens de renderização
- Cálculos de iluminação
- Pós-efeitos
- IA imediata
- IA ambiental (mundo
- Físicas imediatas (tiros, colisões
- Físicas ambientais
Destes, apenas tarefas ambientais de fundo e algumas formas de iluminação se destacam como candidatos para processamento remoto.
A iluminação pode ser eleita como possibilidade para processamento na nuvem pela Microsoft. A iluminação tem um historial de pré-cálculos, criando dados fixos que são guardados no disco e descarregados no jogo. Uso inicial deste conceito foram mapas de luz "pré-concebidos", criando texturas com a iluminação fixa presente, o que poderia parecer bem realista mas era estática e apenas funcionava em ambientes não interativos. Avanços tais como transferência de raio pré-computada (PRT) tornaram a iluminação pré-calculada mais dinâmica, e a actual de ponta é a Lightmass do Unreal Engine presente no Unreal Engine 4 de nova geração. Isto pré-computa volumes de luz ao invés de cálculos em tempo real na anterior tecnologia SVOGI da Epic que foi considerada demasiada dispendiosa computacionalmente. Apesar da nuvem não poder correr iluminação dinâmica do tipo SVOGI devido a limitações na latência e largura de banda, oferece mesmo a possibilidade de 'pré-calculação' de dados da iluminação em cenas dinâmicas.
Coisas como hora do dia podem ser enviadas para o servidor, e a iluminação renderizada relevante para a área local enviada de volta em alguns minutos. Estes dados podem ser guardados no disco duro e obtidos consoante o jogador caminha. Atraso na actualização de mudanças tão subtis não serão aparentes, portanto o problema é altamente tolerável à latência, As luzes dinâmicas como luzes das miras não pode ser geridas assim portanto os programadores ainda precisam de incluir soluções de iluminação em tempo real, mas iluminação avançada é uma área na qual a nuvem pode definitivamente contribuir.
No entanto, melhorias no poder e técnicas de renderização local tornaram a iluminação global em tempo real - realista sem os artefatos e limitações da iluminação pré-concebida - uma possibilidade real sem precisar de servidores. Os volumes de propagação de luz em cascata da Crytek foram mostrados a correr numa GTX 285 em 2009 e foram extremamente impressionantes. Um futuro jogo Battlefield com ambientes destrutíveis quer uma solução de iluminação imediata em oposto a sombras e iluminação que se atualiza alguns segundos após cada mudança.
"Apesar da nuvem não conseguir correr iluminação global em tempo real devido a limites da latência e largura de banda, oferece a possibilidade de 'pré-calcular' dados de iluminação para cenas dinâmicas."
Outra possibilidade conhecida para computação na nuvem é a IA, não para interações diretas tais como determinar se um NPC se deve abaixar ou disparar, mas para IA de fundo em mundos vivos tais como GTA e Elders Scrolls. A complexidade destes jogos foi sempre limitada pelos recursos das consolas, e a IA frequentemente ficou limitada a simples rotinas comportamentais. Computação na nuvem poderia correr simulação do mundo e apenas atualizar o mundo local do jogador com o tempo, permitindo ao mundo viver e responder às ações do jogador. Tais complexos mundos de jogo poderiam ser um avanço significante, mas também estão restritos por um leque limitado de tipos de jogos. Jogos como Gears of War ou Forza, os destaques da 360, teriam pouca necessidade para IA NPC inteligente deste tipo.
Então quais as outras opções para computação na nuvem? A este respeito, talvez seja um pouco desconcertante que a Microsoft pareça sem ideias. No painel arquitetónico Xbox One, Boyd Multerer, diretor de desenvolvimento, disse isto: "Podes começar com mundos maiores. Podes começar com muito jogadores juntos, mas também podes talvez fazer algumas das coisas que normalmente são feitas localmente, despachá-las, e...quem sabe, esta geração seja sobre abraçar a mudança e crescimento e ainda manter a previsibilidade que o programador de jogos precisa."
Marc Whitten disse numa entrevista depois do evento: "Podemos tirar proveito desse poder na nuvem para criar experiências e realmente formar par com o poder da caixa. Portanto os criadores de jogos podem usar computação na nuvem em bruto para criar jogos multi-jogador maiores ou mundos maiores, mais físicas, todas essas coisas. Penso que irás ver uma criatividade sem paralelo quando equiparas esse poder do novo Xbox Live com o poder da nova Xbox."
Nenhum apresenta uma visão clara para oportunidades de computação na nuvem, e ambos mencionam números maiores de jogadores. Também reconhecimento da importância do equipamento local Nick Baker, arquiteto da consola, comentou a utilidade da arquitetura GCN multi-tarefas da AMD, dizendo-nos, "A gráfica também está a executar multi-tarefas portanto podes correr várias renderizações e tópicos de computação para que todos os efeitos na nuvem e IA e detecção de colisão na gráfica em paralelo enquanto fazes a renderização..."
É uma mensagem mista, apesar da Microsoft dizer mesmo que está a caminhar terreno desconhecido, pavimentando o caminho para novos territórios, portanto cabe-lhes a eles providenciar soluções convencionais para jogos. Se tentarmos pensamento mais criativo do que a Microsoft, existe um par de opções para a nuvem que a companhia parece não ter dito. Criação de conteúdos processual, uma grande frase dita no início desta geração mas que não foi a lado nenhum, poderia ser executada online para gerar texturas e modelos, preenchendo uma cidade com pessoas e edifícios variados.
"O Substance Engine da Allegorithmic criar texturas por algorítmica usando poder de processamento local. A mesma tecnologia podia ser usada na nuvem para criar elementos, tais como amadurecer pessoas e ambientes, criando mundos que envelhecem."
O Substance Engine da Allegorithmic, disponível para PS4 e (calculamos) Xbox One, cria texturas em algorítmica usando poder de processamento local. A mesma tecnologia poderia ser usada na nuvem para criar elementos, tais como amadurecer pessoas e ambientes e criando mundos que envelhecem. Dada as inspirações de vários anos de Peter Molyneux para tal persistência na vida de mundos, parece um bom par para leva Fable para a nuvem e o correr em servidores que fazem crescer o teu mundo, apesar da espantosa quantidade de poder de processamento nas consolas (um teraflop é mesmo muito poder de processamento) poder ser suficiente para isto pois tais mudanças são tão lentas e podem correr em paralelo com o resto do jogo. Também poderíamos imaginar discurso gerado processualmente, Talvez com pesquisa adequada, os servidores pudessem usar simulação de discurso altamente exigente para criar conversas NPC realistas que se adaptam ao jogo, ao invés de bocados de som infinitamente reciclados e gravados à posterior.
Outro possível uso descarta o poder de processamento e foca-se no armazenamento virtualmente infinito da nuvem. Já temos jogos simples que usam o mundo todo como espaço de jogo, tais como GeoGuessr que usa o Google Earth. Com o avançar da tecnologia de mapeamento, podemos esperar representações mais detalhadas no futuro. Project Gotham Racing estava limitado aos ambientes capturados pelo Bizarre que cabiam no disco. Imaginem se os dados do Google Earth e as técnicas de modelagem do Bizarre se juntassem no novo Forza, para escolheres um local qualquer no mundo e começar a conduzir. Com o armazenamento na nuvem a quebrar os limites do armazenamento em disco, é certamente possível. A tecnologia Unlimited Detal do Euclideon sugere um futuro de mundos 3D digitalizados, e não podemos evitar pensar quando a Google irá usar câmaras 3D estilo Kinect para digitalizar o mundo em todas as dimensões.
Considerações económicas: porque faz sentido o multijogador
Além das considerações técnicas do que é ou não possível devido a restrições na largura de banda e latência, existem claro considerações económicas. Correr um servidor para providenciar um jogo a solo é extremamente caro. Faz muito mais sentido usar os servidores para correr jogos multijogador, e isso foi referido pelo porta-voz da Microsoft sugerindo experiências multi melhoradas. A este respeito, a visão da Microsoft não parece afastada das ideias velhas dos MMOs e jogos por servidores. Um servidor a correr um mundo vivo e a respirar de Elders Scrolls com iluminação e IA computacional na nuvem apenas fariam sentido economicamente como experiência multijogador, e aí torna-se num Elders Scroll MMO.
No entanto, isto implica que qualquer jogo a correr num servidor com a consola como cliente pode adicionar o poder computacional do servidor à consola quando realmente são duas entidades distintas a trabalhar em conjunto. Quando jogas Battlefield 3 na tua 360, tens o poder equivalente de dezenas de 360s porque o servidor é assim tão poderoso? As aclamações da Microsoft parecem bem vagas contra tal comparação, e sem a clarificação explícita de estarem literalmente a instalar quatro teraflops de poder de servidor para cada e todas as Xbox One comparas, as aclamações desse poder alvo apenas podem ser consideradas como jogo de RP a tentar distrair do défice de performance comparado com a rival.
"Imaginem se os dados do Google Earth e as técnicas de modelagem de Project Gotham se unissem no novo Forza, para escolheres qualquer local no mundo e começar a conduzir."
Mais, existe o problema de como os programadores supostamente vão abordar esta experiência na nuvem. E se a internet não estiver disponível, ou estiver lenta? Os jogadores podem achar que o alto uso constante de streaming de dados pode fazer com que o ISP os passe para ligações mais lentas e menos fiáveis. E isto nem sequer tem em conta quanta largura de banda pode ser usada em casa - o que acontece ao teu título XO na nuvem se outra pessoa na casa estiver a fazer streaming de vídeo Super HD no Netflix?
Matt Booty, em conversa com o Ars Technica, falou sobre isto de uma forma tudo menos convincente, com a mesma falta de certeza quanto as referências da Microsoft sobre como a nuvem poderia ser usada.
"No caso de uma desconexão - todos sabemos que a internet pode desligar-se ocasionalmente, e digo ocasionalmente porque nestes dias parece que dependemos tanto da internet quanto da electricidade - o jogo terá que lidar com isso de forma inteligente," sugeriu, um pouco vagamente.
Booty aconselhou-nos a "estar atentos" para mais sobre como precisamente essa gestão inteligente irá funcionar, dizendo que "é tecnologia nova e uma nova fronteira para o design de jogos, e vamos ver isso evoluir da forma que outras tecnologias evoluíram".
Claro, lidar com a frágil natureza da internet não é nada novo e muitas tecnologias foram desenvolvidas para jogos online, mas as exigências de processamento na nuvem em largos problemas irá apresentar novos perigos para navegar. Os programadores podem precisar de ter sistemas de apoio que não precisam de uma ligação à internet, tais como um sistema de iluminação convencional. Hipoteticamente, os jogadores correm o risco de artefactos tais como o blur-in nas texturas ao estilo Rage ou actualizações NPC estilo multi-jogador com atrasos onde os dados são perdidos e o jogo tem que usar o que tem disponível para a iluminação até o serviço na nuvem acompanhar.
Para títulos multi a correr na PS4 e PC, existe a questão do sentido económico em desenvolver aumentações na nuvem específicas Xbox One ao invés de usar os mesmos algoritmos multi inferiorizados para a gráfica XO menos poderosa. Isto coloca a Microsoft num dilema - se a nuvem não estiver disponível aos rivais, é improvável que seja usada em títulos de terceiros e a XO provavelmente não irá beneficiar exceto nalguns exclusivos. Se a Microsoft realmente estender o seu serviço na nuvem a outras plataformas, perde a vantagem computacional aclamada para a XO.
O que é óbvio atualmente é que o conceito da computação na nuvem parece incerta e improvável, e a Microsoft precisa provar as suas aclamações com jogos. No entanto baseado no que nos disseram, a própria companhia não tem certeza do que fazer com ela, enquanto as limitações da latência e largura de banda impedirem severamente os benefícios de todo aquele poder computacional. Frequentes referências ao Live e multijogador sugerem usos menos entusiasmantes, apesar de certamente valiosos, para os novos servidores da Microsoft providenciarem melhores, mais convencionais, experiências multijogador. Mais jogadores, conquistas adaptáveis e mundos inteligentes soam todos bem na teoria, mas certamente não estamos a ver os resultados para um aumento de 4x no poder de processamento na Xbox One.
A Microsoft precisa provar a sua posição com ideias fortes e demonstrações práticas. Até lá, talvez seja melhor não se entusiasmarem com a ideia de uma consola super-poderosa, e existe muita pouca evidência que a Sony se precise preocupar com a sua vantagem nas especificações PS4 serem compreensivamente varridas pelo "poder da nuvem".