HarmonyOS跨端分布式算力技術(shù)介紹

當(dāng)今的移動應(yīng)用都向著智能化和多樣化方向發(fā)展，例如AI輔助，VR/AR應(yīng)用，沉浸式游戲等。然而現(xiàn)實中的移動設(shè)備，因為便攜性要求受限于尺寸、電池容量以及溫控等要求，往往在算力、能耗以及所支持的輸入輸出功能上無法對智能化沉浸式體驗的應(yīng)用提供全方位的支持，導(dǎo)致很多應(yīng)用場景難以得到實現(xiàn)。

為了解決移動端算力瓶頸，HarmonyOS跨端分布式計算應(yīng)運(yùn)而生，給用戶帶來易協(xié)同、低延遲和高穩(wěn)定的分布式體驗。下面，我們將對跨端分布式計算技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

一、跨端分布式算力技術(shù)介紹

跨端分布式計算是HarmonyOS系統(tǒng)利用分布式軟總線和分布式計算引擎，提供多設(shè)備協(xié)同的跨端分布式計算能力。允許多個HarmonyOS設(shè)備協(xié)同計算和資源分擔(dān)以及實時的任務(wù)調(diào)度。如圖1所示，跨端分布式計算的目標(biāo)是：

能隨時方便的發(fā)現(xiàn)和啟用周邊閑置的設(shè)備

將周邊的設(shè)備組建成算力和差異化功能的資源池

為用戶的高體驗應(yīng)用提供隨需算力和特定能力的分布式卸載和協(xié)同能力

組合成能勝任各種新業(yè)務(wù)場景需求的超級終端

簡單一句話來概括就是“讓算力在分布式超級虛擬終端內(nèi)高效、自由地流轉(zhuǎn)”。

二、跨端分布式計算面臨的挑戰(zhàn)

前面介紹了HarmonyOS跨端分布式計算的整體概念，現(xiàn)在我們來探索一下跨端分布式計算面臨的挑戰(zhàn)?！翱缍朔植际接嬎忝媾R的挑戰(zhàn)就是無線不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境”，因為在無線不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，跨端分布式計算存在 “難協(xié)同、高延遲、低穩(wěn)定”的問題。

難協(xié)同：由于分布式設(shè)備的差異性較大且端側(cè)的各種輸入輸出設(shè)備的分布式協(xié)同無法被平臺隱藏，使得跨端分布式設(shè)備協(xié)同較難。

高延遲：跨端分布式應(yīng)用使原本設(shè)備內(nèi)的通信變成設(shè)備間的無線通信，有可能增加端到端的時延，而遠(yuǎn)程進(jìn)程通信的時延直接影響分布式并行計算的并行效率（或者叫并行加速比），導(dǎo)致跨端分布式應(yīng)用運(yùn)行延遲高。

低穩(wěn)定：在超級終端內(nèi)部存在多設(shè)備協(xié)同作業(yè)間業(yè)務(wù)爭搶，且由于無線頻段開放性受到外部無關(guān)業(yè)務(wù)干擾，使得分布式計算穩(wěn)定性較低。

三、如何應(yīng)對跨端分布式計算技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

你肯定會好奇，HarmonyOS如何應(yīng)對挑戰(zhàn)、解決問題？在無線不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，為實現(xiàn)靈活、高效和穩(wěn)定的跨端分布式計算能力，HarmonyOS為開發(fā)者提供了“融合計算、極簡協(xié)議及秩序化組網(wǎng)”的分布式計算能力解決方案。

1. 融合計算

融合計算是HarmonyOS為開發(fā)者提供的高效算力框架，如圖2所示?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用特性以及設(shè)備特征，自動計算出最優(yōu)調(diào)度策略，使應(yīng)用在計算過程中實時保持最佳性能。同時，還提供極致的輕量化運(yùn)行時，包括運(yùn)行時的微秒級任務(wù)啟動、空載時低資源占用，保障不同設(shè)備有足夠的可調(diào)度余量，提供更高的并行加速比。

2. 極簡協(xié)議

極簡協(xié)議是HarmonyOS為開發(fā)者提供的極速接口，主要體現(xiàn)為極簡RPC協(xié)議。

RPC，即遠(yuǎn)程進(jìn)程調(diào)用，是分布式計算最核心的基礎(chǔ)能力和基本通信原語，它是跨設(shè)備協(xié)同的核心組件。整個RPC的調(diào)用過程中，如圖3所示，關(guān)鍵的瓶頸點有三個，分別是服務(wù)發(fā)現(xiàn)、序列化/反序列化及網(wǎng)絡(luò)傳輸。下面，本文將從“序列化/反序列化”及“網(wǎng)絡(luò)傳輸”來闡述極簡協(xié)議對分布式計算能力的影響（“服務(wù)發(fā)現(xiàn)”將不做介紹，因其并不直接影響算力發(fā)揮。）

（1）序列化/反序列化：

序列化/反序列化就是將數(shù)據(jù)從“處理器理解的形態(tài)”轉(zhuǎn)換成“通信和網(wǎng)絡(luò)能處理的形態(tài)”的過程以及逆向過程，極簡化該雙向過程的關(guān)鍵則在于智能的處理好通信開銷和壓縮等。

HarmonyOS通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析和數(shù)學(xué)建模的方法建立了一套智能的參數(shù)調(diào)優(yōu)機(jī)制。針對例如游戲類和實時音視頻類的應(yīng)用做了定制的優(yōu)化，實現(xiàn)百KB級別RPC（反）序列化的計算側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)綜合時延控制在5ms以內(nèi)。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸：

D2D（Device to Device，設(shè)備到設(shè)備）即鄰近終端設(shè)備之間直接進(jìn)行通信的技術(shù)。在傳統(tǒng)分布式應(yīng)用場景下，設(shè)備間更多的采用藍(lán)牙或者WIFI direct等方式D2D的通信模型，過于厚重，協(xié)議的層次并非都必要，協(xié)議的接續(xù)和交互流程也不盡精簡。

HarmonyOS分布式系統(tǒng)采用的極簡D2D傳輸協(xié)議棧，相較于傳統(tǒng)協(xié)議棧做了許多簡化處理，包括壓縮協(xié)議封裝、增加協(xié)議處理的硬件親和性，通過智能預(yù)測配合節(jié)電機(jī)制做預(yù)熱處理，避免冷啟動等。獲得5-10倍的壓縮數(shù)據(jù)同步傳輸速度提升，實現(xiàn)亞毫秒級的無線通信時延。

從圖4可以看出，采用D2D協(xié)議相較傳統(tǒng)的TCP協(xié)議，優(yōu)點如下：

縮短協(xié)議路徑：精簡協(xié)議處理流程，軟件處理時延減少50%

減少線程調(diào)度：減少收發(fā)側(cè)線程調(diào)度，線程調(diào)度時延減少55%

芯片按需預(yù)熱：感知設(shè)備與業(yè)務(wù)狀態(tài)，芯片處理時延減少80%。

3. 秩序化組網(wǎng)

HarmonyOS分布式軟總線采用秩序化組網(wǎng)機(jī)制，保障分布式計算的穩(wěn)定性。通過實現(xiàn)獨(dú)立的空域流量感知和調(diào)度引擎，根據(jù)業(yè)務(wù)QoS、信道質(zhì)量評估信息、隊列信息，分配設(shè)備內(nèi)數(shù)據(jù)包排隊策略、發(fā)送時隙，控制發(fā)送速率。同時，在HarmonyOS的生態(tài)設(shè)備之間，利用軟時鐘同步技術(shù)，實現(xiàn)協(xié)議和軟件層面模擬的時分復(fù)用分配機(jī)制，實現(xiàn)規(guī)避相互干擾的空口資源調(diào)度機(jī)制，極大的減少了生態(tài)設(shè)備之間的相互干擾，提升了通信的穩(wěn)定性。軟時鐘同步技術(shù)如圖5所示，節(jié)點間協(xié)調(diào)任務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)送的時隙，分時間片發(fā)送數(shù)據(jù)，確保分布式系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸不沖突同時又充分利用信道資源。

四、跨端分布式計算技術(shù)應(yīng)用案例

今年HDC大會的分布式游戲展區(qū)展示了一款華為與完美世界合作完成的基于HarmonyOS的分布式游戲《新笑傲江湖》。通過利用HarmonyOS跨端分布式計算技術(shù)，實現(xiàn)了均負(fù)載、高幀率、低時延的分布式游戲新形態(tài)。

1. 分布式游戲模式

玩家在啟動游戲時可以選擇單機(jī)運(yùn)行模式或分布式運(yùn)行模式，如圖6所示。在分布式運(yùn)行模式下，手機(jī)和PC/筆記本通過無線連接，手機(jī)用于游戲操控、地圖顯示及裝備設(shè)置，PC/筆記本通過HDMI向華為智慧屏輸出顯示游戲主場景。在游戲過程中，智慧屏全程流暢運(yùn)行4K分辨率，60幀游戲畫面，畫質(zhì)絢麗逼真，媲美3A級端游體驗，手機(jī)操作非常流暢，甚至在多人打斗場景下，玩家?guī)缀醺惺懿坏讲僮餮舆t。

與傳統(tǒng)的手機(jī)投屏相比，分布式游戲畫質(zhì)與幀率大幅提升，發(fā)熱顯著降低，這種新的分布式游戲交互體驗，帶來了單手機(jī)設(shè)備完全無法比擬的沉浸式體驗。單機(jī)版本和分布式版本性能對比如圖7所示

2. 分布式游戲關(guān)鍵

與大家熟知的投屏技術(shù)完全不同，分布式游戲并不是將手機(jī)畫面通過流媒體傳輸后在大屏鏡像顯示，而是將游戲任務(wù)進(jìn)行了切分，在手機(jī)端僅運(yùn)行游戲邏輯及部分簡單的2D UI渲染任務(wù)，而將需要消耗大量資源的、復(fù)雜的3D渲染任務(wù)通過分布式技術(shù)卸載到PC或者筆記本上執(zhí)行，這樣對游戲任務(wù)進(jìn)行切分后，手機(jī)的負(fù)載變輕，重負(fù)載任務(wù)分配在高算力設(shè)備運(yùn)行，不僅合理的利用各類設(shè)備資源，也給游戲玩家也帶來媲美端游的游戲體驗。如圖9所示，展示了跨端分布式游戲-多屏多視角模式。

完美世界副總裁崔銘表示：“本次與華為合作的分布式游戲演示在玩家群體中產(chǎn)生了很大反響，我們也看到很多用戶非常期待更多分布式游戲產(chǎn)品落地，并提出了諸多建議，發(fā)展的前景非常廣闊”。據(jù)悉，除游戲應(yīng)用外，HarmonyOS后續(xù)還會拓展更多分布式算力協(xié)同的場景和應(yīng)用，不斷豐富超級終端內(nèi)涵。在“萬物互聯(lián)”時代，讓我們一起打破想象的邊界，構(gòu)想更美好的未來。

以上就是本期的全部內(nèi)容。

責(zé)任編輯：haq