Was ist Cloud Rendern
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Der nachfolgende Artikel entstand aus der Präsentation, die Roy Ammerschuber am 27.06.2023 auf der Web Zürich gehalten hat.
Rendern von 3D-Animationen
Rendern ist für jeden, der aus 3D-Bildern/3D-Bewegungen Bilder für Videos generieren will, ein normaler Produktionsprozess, für den reichlich Zeit einzuplanen ist. Für jede Sekunde Video benötigt man 24 Bilder pro Sekunde. Diese Bilder müssen direkt aus dem 3D-Programm generiert werden. Das sind für ein 3 min-Video immerhin 4‘320 Bilder. Wenn die Renderzeit pro Einzelbild z.B. 10 Minuten beträgt, benötigt man mit seinem Rechner und einer leistungsfähigen Grafikkarte (z.B. RTX 3080) 30 Tage zum Rendern. Zeit, die man im Regelfall nicht übrig hat. Das heisst Rendern ist ein extrem rechenintensiver Prozess.
Cloud-Lösung
(Bild 1)
Die grössten Cloudanbieter sind AWS von Amazon, GCP von Google und AZURE von Microsoft. Diese unterhalten jeweils ein weltweites Netz von ca. 30 Regionen (Bild 1, AWS), die wiederum in etwa aus 3 Rechenzentren bestehen. In diesen Rechenzentren kann man gegen Bezahlung Speicherplatz aber auch virtuelle Rechner für Rechenprozesse mieten. Dort kann man dann seine rechenintensiven Prozesse ablaufen lassen. Die Cloud stellt sowohl CPUs als auch GPUs mit extrem unterschiedlichen Leistungskonditionen zur Verfügung. So kann man sich für die aktuelle Arbeitsaufgabe eine entsprechend optimale Konfiguration zusammenstellen. Dazu gibt es Instanzen mit mehreren CPUs und unterschiedlicher Anzahl von Kernen und unterschiedlicher Kapazität des Arbeitsspeichers. Die Instanzen können auch mehrere Grafikkarten mit unterschiedlichen Leistungswerten enthalten. Allerdings stellt die jeweilige Cloud nur die virtuellen Server-Instanzen bereit und man muss selbst die Programmierung für die Berechnung von Bildern aus dem 3D-Programm vornehmen. Die Sicherheit der Daten auf der Cloud ist sehr hoch einzuschätzen.
Renderfarmen
Renderfarmen werden von Unternehmen betrieben/angeboten, die gegen Entgelt Animationen rendern. Der Markt der Renderfarmen ist sehr umfangreich und auch unübersichtlich. Die Renderfarmen benutzen zum Rendern entweder einen sehr umfangreichen Bestand an eigenen Servern oder entsprechende Instanzen auf der jeweiligen Cloud. Welche Infrastruktur von den Renderfarmen benutzt wird, wird nicht von jeder Renderfarm offengelegt.
Leistungssteigerung durch Renderfarm
Für das oben genannte Beispiel
- 3 min-Video, 4‘320 Bilder, 10 min rendern pro Bild, Grafikkarte GPU RTX 3080
benötigt man auf seinem Heimrechner 30 Tage zum Rendern
Rendern auf Renderfarm
- Gleiches Video, aber 20 virtuelle Grafikkarten NVIDIA A10G (ca.equivalent zu RTX3080)
benötigt man auf der Renderfarm nur 1.5 Tage. Diese Leistung ist auf der Cloud beliebig scalierbar/steigerbar - Die Kosten betragen dafür z.B. bei RenderGate:
1.5 Tage x 24hx1,20 $/h x20 Instanzen=864$
Recherche Renderfarmen
(Bild 2)
Für die vorliegende Abhandlung wollen wir uns auf Renderfarmen fokussieren, die das Rendern mit GPU ermöglichen. Weil die GPU grundsätzlich schneller und kostengünstiger ist. Gleichwohl muss die Erfassung der Renderfarmen zunächst / initial umfassender sein. Dabei ist es auch unerheblich, ob die Renderfarm einen eigenen Maschinenpark benutzt oder eine Cloud verwendet. Also wurde der gesamte Markt recherchiert und die folgenden 10 Renderfarmen herauskristallisiert: BlenderGrid, Conductortech, Fox Renderfarm, Garage Farm, Rays Render, RebusFarm, Render Flow, RenderGate, RenderStreet, Superrenders. Diese sind in sehr unterschiedlichen Ländern beheimatet. (Bild 2, Vergleich alle) Sie bedienen auch alle sehr unterschiedliche Renderengines, die für verschiedene 3D-Programme notwendig sind. Die in den Webseiten publizierten Angaben zu Anzahl der Karten, Qualität der Karten, Preismodelle, Zeitmodelle sind extrem unterschiedlich und verwirrend. Ausserdem werden von den meisten Renderfarmen zur Benennung des Preises verschiedenste einheiten wie $/Ghz ($ pro Gigaherz-Stunde) und $/Obh ($/Octanbench-Stunde) gemixed. Dies kann man mit einer sehr geringen Genauigkeit umrechnen und sehr schlecht vergleichen. Ebenso bieten manche Renderfarmen an, den Preis nach einem gewissen Analogieverfahren zu bestimmen, was allerdings auch ungenau ist. Deshalb haben wir uns entschlossen, für alle Renderfarmen ein Testrendering durchzuführen.
Test-Rendering
(Bild 3)
Wir haben versucht, bei allen oben genannten Renderfarmen einen Test-Renderlauf durchzuführen. Als Test-Renderer benutzten wir 100 Bilder der Benchmark Cosmos Loundromat mit einer Auflösung von 1‘920 x 1‘080 Pixeln. Wir haben anschliessend alle Renderfarmen ausgeschlossen, bei denen das Rendern nicht möglich war oder gescheitert ist. Ausserdem auch die, deren WebSite nicht mehr erreichbar war, oder die keine GPU zur Verfügung stellen. (Bild 3, Vergleich Ausgewählte) Bei den verbliebenen Renderfarmen konnten wir feststellen, dass die Renderzeit zwischen 10 Minuten und 2 Stunden liegt. Die Kosten für das Rendern betrugen zwischen 5$ und 33$. Die langsamste Renderfarm benötigte bis zum 12-fachen der Zeit des Schnellstem. Die Kosten des Teuersten Anbieters bis zum 6-fachen des Preiswertesten.
Favoriten Preis/Leistung
Das führt uns zu den beiden Favoriten, die sich sowohl in der Renderzeit als auch in den Kosten deutlich von den Mitbewerbern absetzen.
Diese haben ein vergleichbares Preis-/Leistungsverhältnis.
Zusammenfassung des Vergleichtestes
Dabei ist RenderGate doppelt so schnell und halb so teuer, wie GarageFarm.
RenderGate ist komfortabler, da es eine Vorausberechnung hat, die einem vor dem Rendern
sagen kann, wie lange es dauern und wieviel es kosten wird. Bei RenderGate wird auch gemäss
Vorausberechnung abgerechnet. Eine Vorausberechnung hat im Übrigen ausser RenderGate
nur BlenderGrid (ausgeschieden, weil keine GPU angeboten wird, sh. Bild 2). Bei
RenderGate kann ausserdem auch ohne Registrierung schon eine Vorausberechnung gestartet
werden. Allerdings kann GarageFarm neben Blender auch andere Programme(z.B. 3Ds-max,
Cinema 4D) rendern.
(Bild 4)
RenderGate ist der Favorit für Rendern mit Blender. Dafür ist GaragFarm der Favorit um alle anderen 3D-Animationsprogramme (z.B. 3Ds-max, cinema 4D) zu rendern.
Möglicher Wechsel zu einer Renderfarm
Es ist sicher lohnenswert sich frühzeitig mit dem externen Rendern zu befassen, da mit höheren Qualitätsansprüchen und längeren Sequenzen schnell die eigenen/lokalen Rechenleistungen nicht mehr genügen und dann leistungsfähigere Server zum Rendern benötigt werden. Es ist auch zu erwarten (siehe Avatar), dass die auf der Cloud verfügbaren Instanzen schneller weiteren Leistungszuwachs bekommen, was sich jetzt schon abzeichnet. Die heute verfügbaren Instanzen auf der Cloud waren vor einem Jahr noch nicht verfügbar.
Bevor eine Renderfarm für das eigenen Vorhaben ausgewählt wird, sollte man folgendermaßen vorgehen:
- Eine gewisse Anzahl von Bildern oder eine kleine Animation zurechtlegen, von der die Dauer zum Rendern auf dem eigenen PC bekannt ist
- Auf einer Selection von Renderfarmen testen, ob dort der Renderjob ausführbar ist
Die Entscheidung für eine Renderfarm sollte man an Hand der Bedienungsfreundlichkeit, zu erwartenden Kosten und Renderzeit treffen.
Detaillierter Vergleich internationale Renderfarmen
Der detaillierte Vergleich der Renderfarmen für CPU wurde 06/2020 abgeschlossen.
Der detaillierte Vergleich der Renderfarmen für GPU wurde 06/2023 abgeschlossen.
Die detaillierte Tabelle mit der Auswertung könnt ihr hier herunterladen.
Aktuelle Tendenzen bei Renderprozessen am Beispiel Filmindustrie
Die Möglichkeiten, die die Verwendung von 3D-Modellen/3D-Animationen bieten, haben
sich in den letzten Jahren sprunghaft verbessert. In einem Blockbuster, wie Avatar II
The Way of Water (Bild 5), werden für Menschen, Tiere, Fahrzeuge, Wasser, Bäume
etc. sehr detaillierte 3D-Modelle geschaffen, die in entsprechende Bewegungen versetzt
werden.
(Bild 5)
So wurde z.B. der Film Avatar II, zu 95% im 3D geschaffen und animiert. Um ein solches Epos von James Cameron zu Rendern hat die neuseeländische Firma Weta FX drei australische Rechenzentren von AWS, dem Cloudanbieter von Amazon, über einen längeren Zeitraum zum Rendern rechnen lassen.
Das hat das Film-Team in die Lage versetzt zum Einen die Bildrate von 24 Bildern pro Sekunde auf 48 Bilder pro Sekunde zu erhöhen. Ausserdem konnten unzählige Szenen in Hunderten Varianten gerendert werden.
Weta FX:“……….Um die perfekte Aufnahme zu erhalten, benötigt das Unternehmen durchschnittlich etwa 500 Iterationen pro Szene…………..Das Rendern jedes Bildes erforderte in etwa 3‘000 CPUs und eine Stunde lang…….“1
An dem AVATAR-Projekt haben 1‘700 3D-Künster jeweils 556 Tage gearbeitet. In dieser Zeit wurden die folgenden Objekte kreiert: 3‘750 digitale 3D-Objekte, 57 Spezies (Fabelwesen), 179 Charaktere; blauhäutige Einwohner Na’vi, 230 neuartige Pflanzen. Die Produktionskosten (ohne Marketing) betrugen 0.50 Mrd.$. Die Einnahmen betrugen im Zeitraum von 12/2022 bis 05/2023 insgesamt 2.30 Mrd.$