На следующей неделе планируется запуск на Международную космическую станцию (МКС) обновлённого варианта специального вычислительного модуля HPE Spaceborne Computer-2. Как сообщает Национальная лаборатория МКС, это коммерческая версия суперкомпьютера из серийных компонентов, созданная на основе серверов семейств HPE EdgeLine и ProLiant.

Организаторами запуска выступают NASA, Northrop Grumman и SpaceX. Старт должен состояться 29 января 2024 года в рамках миссии NG-20 — борту корабля Northrop Grumman Cygnus планируется доставить на станцию различные научные материалы, оборудование и компоненты. Одним из грузов будет и обновлённая версия Spaceborne-2, ранее отправленного на МКС в феврале 2021 года и вернувшегося на Землю 11 января 2023. Первый компьютер серии Spaceborne отправили на МКС 14 августа 2017 года, возвращение состоялось 4 июня 2019.

Источник изображения: NASA

По данным Datacenter Dynamics, в состав системы всё ещё входят x86-серверы HPE Edgeline EL4000 с одним GPU и HPE DL360 Gen10. Обновлённая система протестирована HPE и передана NASA. Всего по требованию NASA пришлось внести 516 корректировок. Например, HPE в сотрудничестве с KIOXIA оснастила систему дополнительным хранилищем. Суперкомпьютер поможет продолжающимся на МКС исследованиям, обеспечив более быструю обработку наблюдений со станции за Землёй и более эффективный мониторинг здоровья астронавтов.

Аэрокосмическая компания Axiom Space намерена создать в космосе орбитальный дата-центр. Как сообщает Datacenter Dynamics, она уже занимается разработкой «первой коммерческой космической станции», первый модуль которой должен быть выведен на орбиту в 2026 году. Изначально он будет пристыкован к МКС, но останется в космосе даже после того, как ту утилизируют.

В рамках проекта Axiom совместно с Kepler Communications US и Skyloom Global попытается интегрировать систему оптической межспутниковой связи (OISL) в первый модуль своей станции. Это обеспечит передачу и приём данных космического ЦОД с помощью ретрансляторов Kepler и Skyloom. Предполагается, что скорость OISL составит до 10 Гбит/с, а связь будет соответствовать стандартам Агентства космического развития (SDA) при NASA.

Источник изображения: Axiom Space

Начало работы ЦОД ODC T1 объёмом около 0,5 м³ запланировано к 2027 году. До этого Axiom установит в 2024 году малый прототип на МКС для оценки возможного поведения оборудования в космосе. В компании считают, что это будет беспрецедентное коммерческое решение, масштабируемое и экономичное. ЦОД намереваются применять для предоставления «космических» облачных сервисов без необходимости обращения к наземной инфраструктуре. Сама Axiom пользуется услугами AWS, совместно с которой на МКС уже была протестирована edge-платформа.

Axiom Space рассчитывает, что в дальнейшем будут созданы ЦОД не только на орбите Земли, но и на Луне и даже на Марсе. Японская NTT уже договорилась со SKY Perfect JSAT о запуске собственных космических ЦОД в 2025 году, Blue Origin (Amazon) также намерена внедрять космическую облачную инфраструктуру. Концепцию космических дата-центров изучают и в Евросоюзе. Наконец, Lonestar Data Holdings, специализирующаяся преимущественно на системах хранения данных, также готовится развернуть свои ЦОД на Луне.

Облачная платформа Amazon Web Services (AWS) объявила о партнёрстве с американским стартапом в области космического туризма Axiom Space, в рамках которого компании совместно занимаются разработкой более эффективных способов анализа данных миссий с помощью edge-системы AWS Snowcone. Она была протестирована во время Ax-1, одной из первых частных космических миссий на МКС, которая включает сразу 25 различных исследований, в результате чего каждый день генерируются терабайты данных.

Пропускная способность каналов связи на МКС довольно слабая из-за ограниченной инфраструктуры, что затрудняет отправку данных и изображений на Землю для обработки. Пока это вызывает лишь незначительные неудобства при движении МКС по орбите, но в дальнейшем станет серьёзной проблемой, когда космические экспедиции будут отправляться на более значительные расстояния, например, к Марсу. Тогда будут наблюдаться более длительные задержки с передачей и обработкой информации из-за огромных расстояний и большого объёма данных.

Изображения: AWS

AWS объявила на конференции Amazon re:MARS 2022 об успешном тестировании связи с модулем Snowcone на МКС и возможности обработки информации в космосе. Это первый случай, когда AWS удалённо управляет периферийным устройством обработки и хранения данных общего назначения на МКС, причём с несколькими уровнями шифрования. В течение 7 месяцев AWS работала с Axiom и NASA, чтобы обеспечить безопасную отправку устройства на МКС. Устройство прошло целый ряд тестов, включая детальный тепловой анализ и ряд лабораторных испытаний, которые имитировали случайные вибрации ракеты во время запуска и космического корабля во время полёта.

Периферийные вычисления подразумевают работу достаточно мощных серверов в нестандартных условиях. Казалось бы, 400 километров — не такое уж большое расстояние. Но если это высота орбиты космической станции, то более «периферийное» место найти будет сложно. А ведь если человечество планирует и далее осваивать космос, оно неизбежно столкнётся и с проблемами, свойственными космическим ЦОД.

Первый космический суперкомпьютер, как его окрестили создатели из HPE, появился в 2017 году и успешно проработал на орбите 615 дней. Инженеры учли выявленные особенности работы такой системы на орбите и в прошлом году отправили на МКС Spaceborne-2 (SBC-2), который стал вдвое производительнее предшественника.

HPE Spaceborne-1

Хотя SBC-2 по земным меркам и невелик и состоит всего из двух вычислительных узлов (HPE Edgeline EL4000 и HPE ProLiant DL360 Gen10, совокупно чуть более 2 Тфлопс), это самая мощная компьютерная система, когда-либо работавшая в космосе. К тому же, это единственная космическая вычислительная система, оснащённая ИИ-ускорителем NVIDIA T4.

HPE Spaceborne-2 (Изображения: HPE)

Теперь же HPE сообщает, что эта машина меньше чем за год помогла в проведении 24 важных научных экспериментов. Всё благодаря достаточно высокой производительности. Одним из первых стал стал анализ генов — обработка данных непосредственно на орбите позволила снизить объём передаваемой информации с 1,8 Гбайт до 92 Кбайт. Но это далеко не единственный результат.

Так, ИИ-ускорители были задействованы для визуального анализа микроскопических повреждений скафандров, используемых для выхода в открытый космос. Они же помогли в обработке данных наблюдения за крупными погодными изменениями и природными катаклизмами. Также был проведён анализ поведения металлических частиц при 3D-печати в невесомости, проверена возможность работы 5G-сетей космических условиях, ускорены расчёты требуемых объёмов топлива для кораблей и т.д.

Ряд проблем ещё предстоит решить: в частности, в условиях повышенной космической радиации существенно быстрее выходят из строя SSD, что естественно для технологии, основанной на «ловушках заряда». По всей видимости, для дальнего космоса целесообразнее будет использовать накопители на базе иной энергонезависимой памяти. Впрочем, при освоении Луны или Марса полагаться на земные ЦОД тоже будет трудно, а значит, достаточно мощные вычислительные ресурсы придётся везти с собой.

Бытует мнение, что в космической отрасли используется всё самое лучшее, включая компьютерные компоненты. Это не совсем так: вы не встретите в космических аппаратах 18-ядерных Xeon и ускорителей Tesla. Во-первых, энергетические резервы за пределами Земли строго ограничены, и даже на МКС никто не будет тратить несколько киловатт на питание «космического суперкомпьютера». Во-вторых, практически вся электроника, работающая за пределами атмосферы, выпускается в специальном радиационно-стойком исполнении. Чаще всего за счёт техпроцессов «кремний на диэлектрике» (SOI) и «сапфировая подложка» (SOS), используется также биполярная логика вместо менее стойкой к внешним излучениям CMOS.

Мини-кластер в космическом исполнении. Охлаждение жидкостное

Мощными в космосе считаются такие решения, как BAE Systems серии RAD, особенно новая RAD5500 (от 1 до 4 ядер, 45-нм SOI, PowerPC, 64 бита). Четырёхъядерный вариант RAD5545 развивает производительность более 3,7 гигафлопс при потреблении около 20 ватт. Иными словами, вычислительные мощности в космосе тоже растут, но совсем иными темпами, нежели на Земле. Тому подтверждением служит недавно вступивший в строй на борту Международной космической станции компьютер HPE Spaceborne. Если на Земле мощность суперкомпьютеров измеряется десятками и сотнями петафлопс, то Spaceborne куда скромнее — судя по проведённым тестам, его вычислительная мощность достигает 1 терафлопса. Достигнута она путём сочетания современных процессоров Intel с ускорителями NVIDIA Tesla P100 (NVLink-версия).

Конфигурация каждого из узлов Spaceborne

Для космических систем это большое достижение, и не стоит иронизировать над этим показателем производительности. Интересно, что сама по себе система Spaceborne, доставленная на борт станции миссией SpaceX CRS-12, является своего рода экспериментом на тему «как чувствуют себя в космосе обычные компьютерные комплектующие». Это связка из двух серверов HPE Apollo 40 на базе Intel Xeon, объединённая сетью со скоростью 56 Гбит/с. 14 сентября на систему было подано питание (48 и 110 вольт), а недавно проведены первые тесты High Performance LINPACK.

Системы охлаждения и электропитания Spaceborne

Пока Spaceborne не будет использоваться для анализа научных данных или управления какими-либо системами станции. Его миссия — продемонстрировать то, насколько живучи обычные серверы в космосе. Результаты постоянных тестов будут сравниваться с аналогичной системой, оставшейся на Земле. Тем не менее, достижение первого терафлопса в космосе является своеобразным мировым рекордом. Это маленький шаг для супервычислений, но большой для всей космической индустрии, поскольку за Spaceborne явно последуют его более совершенные и мощные потомки.