背景與挑戰

科技部落格 GigaOM 曾報導：YouTube 的視訊略縮圖採用 WebP 格式後，網頁載入速度提升了 10%；谷歌的 Chrome 網上應用商店採用 WebP 格式圖片後，每天可以節省幾 TB 的頻寬，頁面平均載入時間大約減少 1/3；Google+ 移動應用採用 WebP 圖片格式後，每天節省了 50TB 資料儲存空間。但Webp最大的缺點在於壓縮演算法計算複雜度是JPEG的10倍以上，我們迫切需要一套高效能加速方案來降低業務成本。

專案

今年春節期間大客戶為了支援其搶紅包業務向阿里雲提出了webp轉碼需求。根據以往經驗總共需要準備數幾十臺32核64執行緒的物理機。阿里云為提升使用者體驗降低自身成本，使用FaaS（FPGA as a Service） F1例項加速webp編碼。其中FaaS團隊提供了FPGA平臺支援，OSS團隊提供了演算法的支援。得益於高效能的FPGA平臺，我們使用5臺單卡FPGA雲伺服器扛下了日常40%的webp編碼流量。

效果

本次效能測試所使用樣本為512×512的圖片，所有測試都在阿里雲FaaS F1例項上測試。根據業務方的要求，我們對其中部分資料值做了一些混淆。

1）延時

在使用了FPGA加速webp編碼之後，延遲降為原來的1/10。

2）吞吐量

每個單卡的F1例項（8vcpu，1 * ARRIA 10)可以獲得大約32核64執行緒物理機的~2倍吞吐量，跟某業內專業加速webp編碼公司對比（在用同樣F1例項）。我們發現某司的FPGA加速webp編碼對CPU依賴非常多，但利用率又只有50-60%，這非常讓人費解。

3）圖片質量

下圖是在不同quality下，對比軟體（藍線）、OSS（紅線）、某司（綠線）的編碼後psnr曲線。PSNR使用ImageMagick的convert工具計算，數值越大越好。OSS提供的硬體加速演算法，在影像質量方面幾乎跟軟體幾乎完全重合，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試架，quality設定也一樣，數值為相對JPEG原圖的壓縮率，數值越小越好。經過測試我們發現軟體、OSS、某司的壓縮率幾乎完全重合，但依舊保持原有梯隊，軟體>OSS>某司。

根據上面測試結果，目前阿里雲OSS的加速方案在webp壓縮場景所有指標都超過了某司，除了壓縮率小幅領先之外，其他兩個指標都有非常明顯的優勢。

未來

1）預計效能優化完成之後E2E還可以提升50%的效能。壓縮率上，未來採用m6等級的編碼，其壓縮率比當前壓縮率更高。
2）單個FPGA板卡的成本遠小於伺服器，所以降低業務成本的關鍵在於提高FPGA的密度。未來webp加速器將使用F3例項，單個晶片的FPGA效能提升了超過2倍，單臺伺服器的FPGA晶片密度也提升了一倍。