Estudio de caso: Computación perimetral
Desde el centro de datos al espacio

Los medios de comunicación de todo el mundo se han hecho eco recientemente de la exploración espacial, también de los lanzamientos de satélites. Aunque en el pasado fueron las agencias gubernamentales nacionales las que abrieron el camino, una nueva industria en crecimiento en la que la exploración espacial por parte de empresas privadas ha ido en aumento está suscitando interés.

Los casos de uso empresarial en el espacio, tales como la observación de la Tierra mediante detección y análisis remotos, están presentes en varios lugares. La computación en tierra es sencilla, pero la computación en el espacio presenta nuevos desafíos, donde las condiciones ambientales son muy diferentes. No hay nube en el espacio, ya que no existe la tecnología para construir una red de alta velocidad entre satélites y la nube, tanto desde un punto de vista técnico como de costes, por no mencionar la gran cantidad de energía necesaria para ejecutar los servidores y procesadores.

Como laboratorio espacial que orbita a aprox. 408 km sobre la Tierra, la Estación Espacial Internacional (ISS) puede transmitir datos a la Tierra en tiempo real, pero el proceso puede demorarse mucho si el volumen de datos es grande. Además, conllevaría un mayor retraso en la comunicación a mayor distancia, como cuando una nave espacial viaja a Marte. Por ello resulta necesario analizar los datos en el espacio y enviar solo los resultados, en lugar de enviar los datos hasta la Tierra para su análisis. En el pasado, los datos de varios sensores en el espacio (temperatura, gas, información topográfica, etc.) y las imágenes de alta resolución se enviaban a la Tierra y se tardaban más de 10 horas en transmitir, analizar y, en última instancia, generar resultados. Con mejoras de "almacenamiento" (medios de almacenamiento), que incluyen alta capacidad, tamaño pequeño y mayor rendimiento de lectura y escritura, es posible almacenar datos y ejecutar aplicaciones en el espacio. Se generan así resultados en segundos o minutos, y el análisis listo puede transmitirse a la Tierra en un intervalo de tiempo mucho más corto.

Esto podría denominarse el caso de uso definitivo para la "computación perimetral". En la computación en la nube, toda la información requerida se agrega y el procesamiento de datos se realiza en servidores de alto rendimiento, todo en la nube. En la computación perimetral, el procesamiento y análisis de datos se realiza en servidores ubicados en dispositivos IoT y áreas periféricas al final de la red, y únicamente los resultados se envían a la nube. Este enfoque puede reducir la comunicación innecesaria, los retrasos y la carga de red. La computación perimetral desempeña un papel importante en el ámbito de la investigación y exploración espaciales.

KIOXIA participa en el programa Spaceborne Computer-2 (SBC-2) con Hewlett Packard Enterprise (HPE), construido con tecnología comercial estándar. El SBC-2 lleva a la Estación Espacial Internacional (ISS) el primer sistema comercial de computación perimetral y habilitado para IA para la exploración del espacio y la realización de diversos experimentos en el espacio.

El programa tiene como misión principal avanzar significativamente en la tecnología computacional y reducir la dependencia de la comunicación de datos para su procesamiento en la Tierra. Específicamente, está diseñado para realizar una variedad de procesos informáticos de alto rendimiento en el espacio, incluido el procesamiento de imágenes en tiempo real, el aprendizaje profundo y las simulaciones científicas, que contribuirán a los avances en los ámbitos de la atención médica, el procesamiento de imágenes, la recuperación ante desastres naturales, la impresión 3D, 5G, IA y otros. Mediante el uso de capacidades de procesamiento local de alta velocidad o de computación perimetral en el espacio limitado de la ISS, los datos de varios dispositivos perimetrales, tales como satélites y cámaras, se capturan y procesan en tiempo real.

KIOXIA es el patrocinador oficial de almacenamiento SSD para este sistema HPE SBC-2 y proporciona tres familias de productos SSD de KIOXIA para el almacenamiento de datos (consulte a continuación los detalles). Ninguna de estas unidades SSD se ha personalizado ni desarrollado para aplicaciones espaciales. También se están probando para ver cómo se comportan en el espacio en el transcurso del tiempo mediante controles diarios de diagnóstico.

Las SSD no tienen piezas móviles físicas, por lo que son resistentes a los golpes para soportar condiciones difíciles en el espacio, tales como la vibración durante el lanzamiento, la ingravidez y los cortes de energía inesperados.

KIOXIA proporciona cuatro unidades SSD Value SAS de la serie RM de KIOXIA de 960 gigabytes (GB), cuatro unidades SSD SAS Enterprise de la serie PM de KIOXIA de 30,72 terabytes (TB) y ocho unidades SSD Client NVMe™ de la serie XG de KIOXIA de 1024 GB en SBC-2. La capacidad total de almacenamiento de datos es de más de 130 TB⁽¹⁾, la mayor cantidad de almacenamiento de datos que viaja a la Estación Espacial Internacional en una sola misión.⁽²⁾  La unidad SSD SAS Enterprise de alta capacidad y bajo consumo de 30,72 TB permite 130 TB de capacidad de almacenamiento en la ISS, donde la fuente de alimentación es limitada. Esto es posible gracias al tamaño pequeño, el perfil delgado y la alta capacidad por unidad de superficie de las unidades SSD diseñadas para su instalación en el espacio limitado del módulo SBC-2. En el futuro, se prevé utilizar una mayor capacidad de almacenamiento en el espacio.

Configuración de hardware de KIOXIA utilizada en SBC-2 como se muestra a continuación; las unidades SSD de KIOXIA se instalan en servidores HPE Edgeline EL4000 y HPE ProLiant DL360 Gen10 (denominados en conjunto “servidor SBC-2”) a bordo de la ISS.

La transmisión de datos a la Tierra con datos de 1,8 GB comprimidos a 1/10 de su tamaño original requiere aproximadamente 12 horas. La aplicación se carga en el servidor SBC-2 y se ejecuta en un contenedor Docker, lo que proporciona resultados en 6 minutos de procesamiento de datos híbridos de CPU y GPU. La transmisión de datos que antes requería más de 12 horas, ahora solo tarda unos 2 segundos, que es 1/20 000 de las 12 horas originales en enviar solo 92 KB de datos. Es mucho más rápido calcular y analizar los datos mediante computación perimetral en el espacio sin enviar los datos brutos sin procesar a la Tierra.

Cuando analizar los datos en el espacio se convierta en una práctica común, en lugar de enviar dichos datos sin procesar a la Tierra para su procesamiento, se espera que el “tiempo de conocimiento” se acorte de meses a minutos. Los conocimientos atesorados gracias al proyecto HPE SBC-2 propiciarán nuevos avances en los productos SSD de KIOXIA. Hay grandes expectativas en cuanto a las tecnologías de almacenamiento, incluidos los productos SSD, que permiten una mayor capacidad y un procesamiento más rápido para posibles expediciones espaciales futuras.

Las unidades SSD de KIOXIA alzaron el vuelo con el lanzamiento del cohete de la misión NG-20 a la ISS, entregando un sistema HPE SBC-2 actualizado, basado en servidores HPE Edgeline y ProLiant.

La tecnología de memoria flash y los productos SSD siguen evolucionando, lo que facilita el acceso a un alto rendimiento y gran capacidad y amplía aún más la gama de aplicaciones. KIOXIA también está trabajando en un proyecto de investigación único denominado "IA centrada en la memoria". Esta tecnología se está desarrollando para contribuir a un aprendizaje de la IA más rápido que utiliza grandes cantidades de datos y también es eficaz en los ámbitos de la simulación/HPC para obtener información de grandes cantidades de datos. La tecnología de memoria flash y los productos SSD son indispensables en la era de los "datos para IA" y "datos primero".