Космос привлекает не только учёных, но и компании, работающие в области информационных технологий

Космос привлекает не только учёных, но и компании, работающие в области информационных технологий. Сама идея размещения вычислительных мощностей в космическом пространстве имеет ряд уникальных преимуществ. Одним из пионеров в этой области по праву можно считать HPE, ещё в 2017 году отправившую на МКС систему HPE Spaceborne. Сегодня HPE объявляет о переходе от тестовой фазы к коммерческой и представляет второе поколение платформы, Spaceborne-2.

Как правило, космическая электроника имеет ряд специфических особенностей, связанных с условиями функционирования. Во-первых, она должна быть устойчива к повышенным уровням радиации, а во-вторых, потреблять как можно меньше энергии. Стоит такая электроника очень дорого, а вычислительными мощностями не блистает, поэтому решение HPE об адаптации классических вычислительных платформ к условиям, царящим на МКС, выглядит вполне логично. К тому же, на МКС постоянно проводятся научные эксперименты, которым лишние терафлопсы отнюдь не помешали бы.

Первый вариант Spaceborne уже превосходил по производительности всё, когда-либо побывавшее на орбите. Этот космический суперкомпьютер состоял из двух серверов HPE Apollo 40, объединённых сетью InfiniBand со скоростью 56 Гбит/с, но что важнее, каждый вычислительный узел содержал по четыре ускорителя NVIDIA Tesla P100. Это позволило довести мощность Spaceborne до 1 Тфлопс — скромно по наземным меркам, но рекорд для космоса.

Первое поколение HPE Spaceborne не использовалось в научных целях или для управления подсистемами МКС, его задачей было доказать возможность нормального функционирования серверного оборудования в условиях космической станции. Эксперимент завершился успешно, и сегодня HPE готова представить новое поколение «космических суперкомпьютеров» — Spaceborne-2.

Его основой станет конвергентная платформа для периферийных вычислений HPE Edgeline EL4000, а в качестве основных вычислительных узлов будут применены серверы HPE ProLiant DL360 последнего поколения с двумя процессорами Intel Xeon Cascade Lake и ускорителями NVIDIA T4. Ожидается, что по производительности Spaceborne-2, как минимум, вдвое превзойдёт своего предшественника, но что более важно — это уже не эксперимент и новый космический суперкомпьютер будет приносить реальную пользу.

Стоек с EL4000 и DL360 будет две, и обе будут следить за состоянием и себя, и соседа. Все данные дублируются между стойками, а SSD будут программно и аппаратно объединены в RAID-массивы. Несмотря на то, что SSD менее устойчивы к космической радиации (у Spaceborne-1 из 20 дисков в процессе эксплуатации «умерло» 9), они имеют преимущество в скорости работы. К тому же некоторые запасные компоненты серверов будут в наличии на самой станции, чтобы их можно было быстро заменить.

Для общения между собой серверы будут использовать 10GbE-сеть. Питание систем будет осуществляться от двух независимых линий, которые подключены к солнечным батареям и аккумуляторам. Предусмотрено ступенчатое динамическое регулирование уровня энергопотребления. Охлаждение у новых систем гибридное — теплообменник в стойке напрямую подключается к водному контуру охлаждения МКС.

МКС — станция немолодая, первые модули были выведены на орбиту ещё в 1998 году, но всё это время она постоянно модернизировалась с учётом новых научных потребностей. За это время, как мы знаем, вычислительная техника успела сделать огромный скачок вперёд, но до нынешних пор её возможности были малодоступны учёным, работающим на МКС и нуждающимся во всё более серьёзных вычислительных мощностях. Станция обросла многочисленными приборами и датчиками, объёмы получаемых данных возросли, но даже для первичной обработки их всё равно приходилось передавать на Землю, что негативно сказывалось на времени проведения исследований.

Появление Spaceborne-2 позволит решить эту проблему: с мощностью свыше 2 Тфлопс можно будет осуществлять, как минимум, первичную обработку данных в кратчайшие сроки, а в некоторых случаях этих мощностей хватит и для проведения исследований без задействования наземных вычислительных мощностей. Среди названных HPE сценариев использования — отслеживание наземного трафика из космоса с целью выявления его тенденций, оценка загрязнений атмосферы Земли, а также отслеживание воздушного и космического трафика, также в реальном времени.

Немаловажное участие Spaceborne-2 примет и в обеспечении здоровья астронавтов, работающих на станции: мощностей новой платформы, хватит на постоянное отслеживание показателей их здоровья, включая сложные — рентгеновские снимки и сонограммы. Это позволит ставить диагноз в кратчайшие сроки и, тем самым, минимизировать ущерб от возможного заболевания, а может быть, и спасти жизнь заболевшего астронавта.

Новый «космический суперкомпьютер» HPE будет способен работать не только в одиночку, но и в качестве периферийной платформы — Microsoft Azure Space обеспечит двухстороннюю связь Spaceborne-2 с наземными вычислительными комплексами, что позволит использовать её учёным по всему миру. Среди названных Microsoft Research исследований фигурирует моделирование и предсказание пылевых штормов на Земле, что поможет лучше понять аналогичные процессы на Марсе, оценка затрат воды при выращивании растений в условиях невесомости, а также исследование грозовых паттернов, приводящих к масштабным лесным пожарам.

Но МКС пока у человечества одна, и потребности в космических вычислительных мощностях явно превосходят её грузовые и пассажирские возможности. HPE разрабатывает платформу SatFrame, которая может быть использована на необитаемых спутниках — запуск такого спутника будет существенно дешевле пилотируемого полёта на МКС, а значит, позволить себе космический периферийный вычислительный микро-ЦОД сможет большее количество компаний и научных организаций.

В настоящее время срок запуска Spaceborne-2 уже назначен на 20 февраля. Если всё пойдёт по плану, то новый «космический суперкомпьютер» на МКС доставит 15-ая грузовая экспедиция Northrop Grumman. За доставку отвечает корабль Cygnus «SS. Katherine Johnson». Предполагается, что эксплуатация Spaceborne-2 продлится минимум 2-3 года. Уже открыт приём заявок> для проведения экспериментов на новой космической вычислительной платформе. Среднее время ожидания для запуска задач составит 1-2 недели.