Le cloud gaming est-il condamné à cause de la physique ?

Pendant de nombreuses années, la puissance de calcul du PC dépendait de l'investissement qu'on y faisait. Plus il était cher, plus il avait de performances élevées pour pouvoir exécuter des jeux matériels plus exigeants. Mais comme les exigences du système de jeu augmentent chaque année, un tel investissement matériel se déprécie également rapidement. De plus, le matériel est rare, ce qui ne s'améliore pas. Mais quand ça va mieux, ça coûte cher.

Mais il y a une solution. Vous n'avez pas à vous soucier de la faiblesse ou de la puissance de votre PC avec le cloud gaming. Vous choisissez un jeu dans le service et vous l'exécutez. Les commandes de votre contrôleur sont envoyées au serveur, calculées dans le jeu, converties en flux vidéo et audio, puis renvoyées.

Cela vous semble trop de travail, trop long et trop compliqué ? Découvrons-le.

Lors de l'analyse de ce sujet, j'ai utilisé les articles " Cloud Gaming " et " Cloud gaming don't a thing if you ain't got that ping " comme source d'inspiration.

Qualité vidéo et latence

Lorsque vous jouez à des jeux sur PC et consoles, les artefacts vidéo dans l'image et la latence d'entrée entre l'appui sur un bouton et l'exécution d'une commande à l'écran sont réduits au minimum. La qualité vidéo est directement liée à la puissance de traitement de votre matériel et aux capacités de votre moteur de jeu. La latence dépend principalement de la fréquence d'images du jeu, de la façon dont le moteur de jeu traite la logique et du temps de traitement du signal du moniteur.

Il est difficile de déterminer la valeur de latence totale pour tous les jeux et toutes les configurations matérielles. Cependant, je ferai quelques généralisations pour mieux comprendre la différence entre le jeu local et le jeu dans le cloud pour faciliter la comparaison.

Décalage d'entrée de jeu local

L'un des principaux facteurs affectant la latence est le nombre d'images par seconde auquel le jeu est rendu. À 60 FPS, vous voyez chaque image pendant 16,7 ms.

Alors, ce que je vois ici :

• L'utilisateur appuie sur un bouton de la manette, puis un signal est envoyé à la console/au PC. 10 ms est un nombre approximatif car le retard du signal dépend du contrôleur spécifique, qu'il soit câblé ou sans fil, etc.

• La logique de jeu est d'abord calculée puis transmise à l'affichage sur la base des données reçues. Un moteur de jeu optimisé pour les jeux modernes prend généralement 3 images.

• Le délai d'entrée moyen pour l'affichage est d'environ 30 ms.

  
  

Ainsi, votre appareil de jeu, qu'il s'agisse d'un PC ou d'une console, prendra 90 ms pour mettre à jour votre commande d'entrée. C'est 5 images ou presque un dixième de seconde.

Décalage d'entrée de jeu dans le cloud

La latence d'entrée dans le cloud gaming est différente car de nombreux autres processus sont pris en compte. Ce n'est plus si simple :

• Comme pour les jeux locaux, tout commence par l'envoi d'une commande d'entrée par l'utilisateur.
• Il est reçu par l'équipement de jeu de l'utilisateur (PC, console ou smartphone) puis transmis aux serveurs cloud avec le jeu souhaité. Notez que cette étape se produira plus rapidement lorsque votre contrôleur est l'appareil de jeu - comme dans le cas des smartphones. Dans cet aspect, assez intéressant était l' expérience de Stadia , dont le contrôleur était directement connecté au routeur, en contournant le lien intermédiaire - PC.
• Le moteur de jeu reçoit la commande d'entrée, après quoi la logique du jeu est calculée et rendue.
• Le signal tiré est envoyé à l'encodeur, qui encode le matériel dans un codec audio et vidéo approprié, puis renvoyé à l'utilisateur.
• Le codec audio et vidéo résultant est décodé, rendu et envoyé au moniteur.
• Le moniteur effectue un traitement interne du signal et affiche l'image à l'écran.

Si vous additionnez tous les composants, le retard sera d'environ 130 ms.

Et maintenant, discutons des résultats d'une étude "Cloud Gaming : Architecture and Performance" , dont les auteurs affirment que le délai d'interaction maximal pour de nombreux jeux ne devrait pas dépasser 200 ms, et pour les jeux qui nécessitent une réponse rapide - non plus de 100 ms.

Quelques conclusions de cette étude :

• Les jeux de tir et de combat devraient avoir une latence inférieure à 100 ms, car ils sont particulièrement exigeants en termes de réactivité.

• Les jeux de rôle, tels que World of Warcraft, ne devraient pas avoir une latence supérieure à 500 ms. Ils ne sont plus sensibles à la réactivité mais nécessitent toujours une certaine réactivité aux événements du monde du jeu et des actions fiables, telles que soigner un personnage ou lancer des sorts.

• Les RTS sont encore plus indulgents en matière de latence et autorisent parfois jusqu'à 1000 ms. Il n'est plus crucial pour ces joueurs d'effectuer toutes leurs actions immédiatement. Par exemple, les joueurs peuvent construire sans rafraîchir constamment le jeu.

  
  

Compte tenu de cela, une augmentation de la latence de 1,5 fois par rapport à l'ordinateur local ne semble pas critique. Mais alors pourquoi la première impression du cloud gaming est-elle généralement négative ?

Et il s'agit le plus souvent de la connexion Internet de l'utilisateur. Et le fait que votre 100 Mbps n'est pas nécessairement 100 Mbps.

Examinons ensuite ce qui peut empêcher les joueurs dans le cloud d'atteindre une latence d'entrée optimale.

Du serveur à l'utilisateur

De manière générale, le routage Internet et IP par défaut ne garantit pas une livraison fiable des données ou une qualité de service. Ils ont également d'autres limitations qui rendent difficile le maintien d'un ping bas à tout moment.

Il existe de nombreuses façons dont la latence peut se produire. La petite taille des paquets de jeu (55 octets) par rapport aux paquets Internet standard (1 500) fait que les routeurs IP réduisent leur surcharge de traitement de 27. La plus petite taille de paquet laisse également tomber plus de paquets car les limites de la mémoire tampon sont généralement définies en fonction du nombre de paquets, et non leur taille.

D'autres problèmes de latence découlent de la façon dont les réseaux IP calculent le routage des paquets. Le protocole de routage principal sur Internet (BGP) peut créer des chemins circulaires sur le réseau avec plus de sauts que nécessaire et créer des chemins différents pour le trafic entrant et sortant. De plus, lorsqu'il s'agit de peering ou de transfert de trafic vers d'autres réseaux, BGP ne tient pas compte de la bande passante du réseau de réception, des performances en temps réel ou des performances du réseau. Il peut choisir différents points de peering pour le trafic entrant et sortant. Cela peut entraîner des résultats de performances différents et des taux de ping faibles, en particulier pour les joueurs connectés à des réseaux avec différents fournisseurs.

Le peering nécessite une compréhension des chemins de bout en bout entre le serveur hôte et les joueurs qui l'utilisent. Ainsi, des analyses de réseau en temps réel sont nécessaires pour offrir la meilleure expérience de jeu. En comprenant les modèles de trafic de jeu et la façon dont le trafic circule sur Internet et d'autres réseaux, les sociétés de jeux peuvent optimiser les flux de trafic de bout en bout entre leurs serveurs, les réseaux de distribution de contenu (CDN), Internet et les utilisateurs finaux.

De plus en plus, les sociétés de jeux en nuage construisent leurs réseaux fédérateurs pour connecter les centres de données périphériques et centraux qui hébergent des serveurs de jeux. Cela permet un contrôle de bout en bout plus granulaire, garantissant les meilleures performances pour les applications de jeu. Internet n'agit alors que comme le "dernier kilomètre" pour les joueurs.

Cette structure d'interconnectivité entre les centres de données se compose généralement de routeurs et de troncs de fibre. Les couches IP et optique du réseau doivent être coordonnées pour garantir que ces connexions sont déterministes. Un contrôleur logiciel central joue ce rôle dans les réseaux définis par logiciel (SDN) modernes. Les analyses sont également intégrées au système. Ainsi, contrairement à BGP, nous connaissons les performances de la route de bout en bout, y compris les points de peering. Le contrôleur configure les routeurs et les liaisons optiques en fonction de politiques de performances et de SLA spécifiques.

Vitesses de connexion Internet

Qu'advient-il du signal sur le chemin du serveur à nos maisons, nous avons à peu près compris. Revenons maintenant aux choses les plus banales - l'Internet dans notre appartement.

La vitesse Internet indiquée dans le contrat de service est la vitesse maximale possible que l'opérateur alloue par canal. Ce sera pertinent pour vous si vous êtes le seul dans toute la maison à utiliser Internet et qu'il n'y a aucun obstacle sur le chemin du signal. La situation semble assez utopique. Vous pouvez mesurer la vitesse réelle de votre Internet, par exemple, en utilisant speedtest.net .

Cependant, la configuration système requise pour la connexion Internet de GFN de 15 Mbit/s pour 720p à 60 FPS et de 25 Mbit/s pour 1080p à 60 FPS. Comme pour MY.GAMES Cloud - 10 Mbit/s pour faire tourner des jeux en 720p à 30 FPS, 25 Mbit/s à 120 FPS.

Dans un monde idéal où les vitesses Internet répondent toujours à nos besoins, un signal non compressé à haut débit serait transmis à l'utilisateur, offrant une image de très haute qualité indiscernable de celle diffusée sur l'équipement local. Mais en raison des contraintes de bande passante dans le monde, les débits doivent être réduits tout en maintenant une faible latence et une qualité vidéo élevée. Comme vous l'avez probablement déjà compris, ce n'est pas une tâche facile.

Garder la latence au minimum introduit des restrictions sur les flux vidéo. Dans ce cas, les trames B ne peuvent pas ou ne doivent pas être utilisées car le retard augmenterait considérablement. Les autres parties du flux ne doivent en aucun cas être compliquées, de sorte que l'encodeur et le décodeur puissent coder et décoder une fréquence d'images et une résolution élevées en temps réel.

Avec ces limitations, l'augmentation du débit binaire résout le problème de qualité. Cependant, cela augmente le problème de livraison, car la plupart des foyers dans le monde n'ont toujours pas accès à des connexions Internet stables et bon marché dotées d'une bande passante élevée. Et il ne s'agit même pas de Full HD et de 7-8 Mbps. C'est environ 30+ Mbps. Et ce nombre ne fait qu'augmenter avec des fréquences d'images et des résolutions plus élevées.

Une autre façon de résoudre le problème consiste à utiliser un codec plus efficace. Aujourd'hui, H.264 est le codec le plus courant. Il est optimal à utiliser dans les services de jeux en nuage qui ne dépendent pas de leur équipement dédié pour le décodage du signal. En effet, la plupart des appareils modernes sont équipés de puces capables de décoder certains profils H.264 à la volée. Cependant, supposons que l'utilisateur dispose d'un appareil avec des puces plus récentes qui prennent en charge le décodage de codecs plus performants (tels que H.265 HEVC). Dans ce cas, la qualité peut être considérablement améliorée en utilisant la même bande passante.

D'après les besoins exacts en bande passante, on peut deviner que si l'Internet domestique n'est pas toujours adapté aux jeux via le cloud, le mobile ne l'est pas du tout en raison de caractéristiques techniques. Cependant, nous attendons la diffusion de la 5G, car elle devrait améliorer la qualité du cloud gaming.

Signal du routeur au PC

Le signal Internet a inévitablement une perte, y compris sur le "dernier kilomètre" - déjà à l'intérieur de votre appartement ou de votre maison.

La connexion optimale, qui supprime une partie de la perte, se fait directement via un câble Ethernet à votre PC, que vous utilisez seul. Cependant, tous les modèles d'ordinateurs portables n'ont pas du tout un tel connecteur. En général, le routeur WiFi est depuis longtemps une solution standard pour la maison et le bureau, ce qui vous permet de vous connecter au même réseau à partir de plusieurs appareils et en même temps de ne pas vous emmêler dans les fils.

Cependant, il y a quelques nuances lors de l'utilisation des routeurs WiFi :

• Comme nous l'avons déjà dit, plus il y a de personnes connectées au réseau, plus la vitesse de connexion d'une personne en particulier sera lente.

• La plupart des routeurs Internet fonctionnent à 2,4 GHz, la même fréquence que les appareils Bluetooth tels que les contrôleurs d'ordinateur et les casques. Même un micro-onde ordinaire affecte cette fréquence. La solution pourrait être de se connecter au WiFi sur d'autres fréquences - telles que 5 GHz. Mais tous les appareils ne le supportent pas, vous devez donc d'abord vous assurer que votre PC et votre routeur peuvent fonctionner avec.

• Le signal du routeur "s'estompe" inévitablement lorsqu'il se déplace dans l'appartement et entre en collision avec divers obstacles : plafonds, murs, portes et meubles. Le signal sera bien meilleur si votre PC se trouve dans la "ligne de mire" du routeur.

  
  

La connexion par câble Ethernet est meilleure que la connexion sans fil avec WiFi.

Problèmes d'ordinateur

Ainsi, le ping élevé et la latence élevée sont dus à une mauvaise qualité de connexion entre le PC et les serveurs de jeu. Et tandis que certains des problèmes ne sont résolus que du côté du fournisseur de services Internet et du service de jeu en nuage, il y a encore certaines choses que l'utilisateur peut faire pour rendre le jeu plus facile.

Par exemple, si la connexion laisse à désirer, vous pouvez réinitialiser le routeur ou reconnecter le câble par lequel vous vous connectez à Internet. Dans le cas d'un routeur, vous devez également déconnecter temporairement d'autres appareils du réseau : téléphones, téléviseurs, équipements "intelligents" et appareils connectés via Bluetooth. Enfin, vous devez désactiver les téléchargements de fichiers, fermer les onglets inutiles dans le navigateur et généralement réduire autant que possible la charge sur le système d'exploitation, ce qui peut réduire la bande passante du réseau. N'oubliez pas que tout cela enlève de la vitesse au jeu dans le cloud.

La réduction de la latence d'entrée peut être partiellement éliminée en augmentant la fréquence d'images à laquelle le jeu s'exécute. Naturellement, cela augmentera également les exigences de codage et de décodage des flux et le besoin d'une bande passante encore plus élevée à mesure que davantage de données deviennent nécessaires.

L'achat d'un moniteur avec un traitement du signal plus rapide ou un "mode jeu" réduira également le problème, en économisant quelques millisecondes de délai d'entrée. Mais gardez à l'esprit que le "mode jeu" minimisera la qualité de l'image car le traitement du signal sera effectué moins fréquemment.

Conclusion

Alors qu'en est-il du cloud gaming - est-ce si mauvais avec la latence ? Tout dépend à qui vous demandez. Mais son avenir semble définitivement prometteur, et voici pourquoi.

Premièrement, la plupart des joueurs choisissent des jeux qui ne remarquent généralement même pas le décalage d'entrée supplémentaire. Quant aux projets plus exigeants (compétitifs ou avec des graphismes réalistes modernes), le cloud gaming a encore du chemin à faire.

Cependant, la part des demandes liées aux délais de saisie a sensiblement diminué. Cela signifie que la qualité d'Internet augmente et qu'avec sa croissance et le développement de la 5G, il y aura encore moins de problèmes avec le réseau.

Le deuxième facteur est la géolocalisation du serveur. Les services eux-mêmes en décident.