Cómo YouTube allanó el camino para el servicio Stadia Cloud Gaming de Google

Cuando los ejecutivos de Google lanzaron una visión para el servicio de juegos en la nube Stadia que podría hacer que los juegos con gráficos intensivos estén disponibles en cualquier dispositivo, sabían que la empresa no tendría que construir toda la tecnología necesaria desde cero. En cambio, el gigante de la tecnología planeaba aprovechar su experiencia en la configuración de los estándares de Internet e instalar infraestructura para admitir la transmisión de vídeos de YouTube a más de mil millones de personas en todo el mundo.

Hoy en día, la plataforma de juegos en la nube de Stadia, que se encuentra en las etapas finales de desarrollo, se basa en la descarga de tareas de procesamiento de gráficos y computación desde el dispositivo de un usuario hasta los centros de datos del tamaño de un almacén que pueden estar a muchas millas del jugador. Cuando se inicie el servicio a fines de este año, los clientes podrán comenzar a jugar casi instantáneamente en Stadia al lanzar un programa cliente simple que se ejecuta en Chromecasts, Chromebooks, PC y teléfonos.

«Nuestra visión es tener Stadia disponible en todos los dispositivos que transmiten YouTube, un verdadero servicio independiente de la plataforma», dice Majd Bakar, vicepresidente de ingeniería de Stadia.

Es más fácil decirlo que hacerlo porque los juegos en la nube tienen requisitos técnicos más estrictos que la transmisión de vídeos. Los servicios de transmisión de vídeo como YouTube y Netflix solo necesitan entregar vídeo a pedido cuando una persona presiona play. Los servicios de transmisión de vídeo no tienen que administrar una experiencia de juego interactiva en vivo que también incluye comentarios de los controles de un jugador. Con Stadia, el dispositivo de un usuario debe realizar una pequeña cantidad de procesamiento adicional para manejar estas entradas.

La clave de Google Stadia

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Entonces, ¿cómo construyó Google una plataforma que pudiera ofrecer una experiencia de juego multijugador en tiempo real en cualquier dispositivo? La compañía aprovechó las tecnologías de Internet preexistentes y la infraestructura desarrollada para YouTube para preparar el lanzamiento previsto de Stadia en noviembre de 2019 en los Estados Unidos, Canadá y una docena de países europeos, entre ellos, España.

Para los usuarios de Stadia, Google recomienda una velocidad de descarga de Internet mínima de 10 megabits por segundo (Mbps) para experimentar un juego con una resolución de 720p a 60 cuadros por segundo. Las velocidades de Internet de banda ancha más altas permiten mejores experiencias de juego: una velocidad de descarga de 35 Mbps permitirá un juego 4K High Dynamic Range (HDR) a 60 cuadros por segundo con sonido envolvente 5.1. El servicio requiere una velocidad de carga mínima de 1.5 Mbps.

No sería posible entregar gráficos de alta intensidad en un ancho de banda relativamente pequeño sin los códecs de vídeo que comprimen los archivos de vídeo digital en archivos más pequeños. Los archivos de vídeo comprimidos requieren menos ancho de banda y menos tiempo para transferir entre un servidor de YouTube o Netflix y el dispositivo de una persona. Eso hace una gran diferencia cuando el vídeo representa más de la mitad de todo el tráfico de Internet descendente, y solo YouTube representa más del 10 por ciento.

Al igual que YouTube, Stadia también se apoyará en los códecs de vídeo para comprimir lo que los jugadores ven en fragmentos de datos que son más fáciles de entregar. Un códec de vídeo común llamado H.264 se ha convertido en un estándar de compresión para los populares servicios de transmisión de vídeo, discos Blu-ray y transmisiones de HDTV desde su debut en 2003. Una década después del debut en H.264, Google también desarrolló un competidor llamado VP9 que podría ofrecer transmisión de vídeo HD y 4K en YouTube utilizando la mitad del ancho de banda de otros códecs.

Google ha creado «aceleradores de hardware personalizados especialmente diseñados» para Stadia que realizan una rápida codificación de video a escala basada en estos dos códecs de vídeo, dice Bakar. Añadió que el equipo de Stadia también ha «pasado una cantidad significativa de tiempo sintonizando ambos codificadores para lograr un equilibrio óptimo entre latencia, calidad y tasas de bits para la transmisión interactiva en tiempo real en todas las condiciones de la red».

Protocolos de transporte

Otra tecnología que ha sentado las bases para la visión de los juegos en la nube de Stadia son los protocolos de transporte, incluidos los protocolos básicos como TCP y UDP, que actúan como intermediarios al pasar datos entre dispositivos conectados a Internet. Stadia se basará en protocolos especializados desarrollados por Google para garantizar transferencias rápidas y confiables de datos que involucren tanto los efectos visuales del juego como las entradas del jugador.

Uno de los protocolos utilizados por Stadia, llamado WebRTC, surgió de un proyecto de código abierto respaldado por Google, Mozilla y Opera. WebRTC permite a los desarrolladores de software crear comunicaciones de audio y vídeo en tiempo real en navegadores web como Google Chrome y aplicaciones como Google Hangouts y Duo.

Stadia también se basará en el protocolo QUIC (Quick UDP Internet Connections) de Google que ha reducido los tiempos de conexión y minimizado los retrasos en la transmisión en comparación con el protocolo TCP más antiguo. El navegador Chrome de Google y varias aplicaciones ya usan QUIC para una transmisión de datos más eficiente. Pero la capacidad del protocolo para entregar datos con menos latencia también puede hacer una gran diferencia para las experiencias de juego en línea que requieren que los jugadores tomen decisiones de una fracción de segundo.

BBR para aumentar la velocidad

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Otro aumento de la velocidad proviene del desarrollo de Google de un algoritmo de control de congestión llamado BBR (Ancho de banda de cuello de botella y tiempo de propagación de ida y vuelta) que se ejecuta dentro de las computadoras y los teléfonos inteligentes conectados a Internet. Este algoritmo puede medir con precisión la congestión del tráfico de Internet para que pueda regular la rapidez con la que envía los datos y la cantidad de datos que coloca en una red en un momento dado.

«La tecnología de transmisión adaptable en tiempo real de Stadia se ajusta a la calidad de la red en tiempo real», dice Bakar. «Junto con técnicas como BBR, podemos detectar problemas de red, como la congestión antes de que ocurran, en el caso de eventos de red adversos, optimizamos para una experiencia de juego fluida y receptiva».

Estos códecs de vídeo, protocolos de Internet y algoritmos de control de congestión ayudan a Google a hacer el mejor uso del ancho de banda existente disponible en la infraestructura de Internet actual, es decir, cables de fibra óptica que abarcan océanos y continentes. Pero al igual que muchos gigantes tecnológicos, Google ha creado su propia infraestructura privada de Internet para que pueda ofrecer rápidamente servicios en línea como YouTube a clientes de todo el mundo.

Google Stadia estará blindada

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Si hay un corazón físico para los servicios de Google, son 16 centros de datos enormes ubicados en las Américas, Europa y Asia. Cada centro de datos está lleno de muchas filas de racks llenos de servidores de ordenadores y otro hardware. El servicio de Stadia hará uso de una GPU (unidad de procesamiento de gráficos) AMD personalizada que puede entregar 10.7 teraflops de rendimiento. Eso se compara muy favorablemente con las tarjetas gráficas en las consolas de videojuegos tradicionales como XBox One X con 6.0 teraflops y la PlayStation 4 Pro con 4.2 teraflops, y Stadia podría incluso aprovechar muchas tarjetas gráficas a la vez para mejorar las experiencias de juego.

Para conectar esos centros de datos a los clientes, Google ha creado una red troncal de fibra óptica en expansión y una red dedicada a brindar los servicios de Google en todo el mundo. Incluso cuando se trata de colocar fibra a través de los océanos, Google ha compartido o completo la propiedad de aproximadamente el 8,5 por ciento de los cables submarinos del mundo.

Bakar explica que las conexiones punto a punto de Stadia utilizarán los centros de datos y los cables de fibra óptica de Google para eliminar completamente la latencia de jugadores múltiples. Esa infraestructura debería reducir la latencia, incluso si los usuarios se conectan a centros de datos separados mientras juegan juntos a través de Stadia.

Por último, pero no menos importante, Google ha colocado más de 7,500 nodos de borde, que son servidores de Google instalados en las redes de servicios de Internet y proveedores de red. Esos nodos de borde representan los puntos finales de infraestructura de Google más cercanos a los clientes.

«Los servidores Stadia se implementan en las ubicaciones de Google Edge que son más cercanas a los [proveedores de servicios de Internet] asociados para garantizar aún más una experiencia de juego consistente y sin problemas», dice Bakar.

Google deberá aprovechar al máximo su vasta infraestructura y experiencia en la gestión del tráfico de Internet para ofrecer una experiencia de juegos en la nube convincente y fluida. Mientras que la transmisión de vídeo en vivo aún puede tener 500 milisegundos (medio segundo) para administrar posibles fallos de red sin interrupciones notables, Stadia podría tener solo 16 milisegundos o menos para brindar una experiencia fluida para juegos interactivos en tiempo real.

Y dado que los juegos en la nube son una actividad en tiempo real que requiere una latencia mínima, Stadia no puede confiar en técnicas comunes como la codificación fuera de línea de los archivos de vídeo, el almacenamiento en caché del contenido de vídeo a lo largo de la ruta de la red o el aprovechamiento de los buffers de los clientes de vídeo para suavizar la red. fallas

Sin embargo, el éxito de Google en el suministro de YouTube y otros servicios de Google a miles de millones de clientes en todo el mundo ha brindado lecciones útiles para el movimiento de la compañía hacia los juegos en la nube. «Mientras estos dispositivos tengan una buena conectividad a Internet y puedan decodificar vídeos de alta calidad, pueden manejar Stadia», dice Bakar.

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