Esettanulmány: Peremhálózati megoldások
Az adatközpontból az űrbe

Az utóbbi időben a média világszerte rendszeresen foglalkozik az űrkutatással, beleértve a műholdak fellövését is. Bár a múltban a nemzeti kormányzati szervek jártak az élen, most új növekedési iparként vonzza a figyelmet, ahol a magánvállalatok egyre inkább felfedezik az űrt.

Számos helyen vezettek be üzleti célú felhasználási eseteket az űrben, például távérzékeléssel és elemzéssel végzett földi megfigyelést. A Földön a számítástechnika egyértelmű és egyszerű, de a világűrben történő számítástechnika új kihívásokat jelent, ahol a környezeti feltételek nagyon eltérőek. Nincs felhő az űrben, mivel nem létezik olyan technológia, amely nagy sebességű hálózatot építene ki a műholdak és a felhő között, mind technikai, mind költség szempontjából, nem is beszélve a szerverek és processzorok működtetéséhez szükséges óriási teljesítményről.

Mivel az űrlaboratórium 254 mérföldnyi (kb. 408 km) távolságra van a Földtől, a Nemzetközi Űrállomás (ISS) valós időben tud adatokat továbbítani a Földnek, és hosszú időt vehet igénybe, ha az adatmennyiség nagy. Továbbá, ez további késést okozna a nagyobb távolságon történő kommunikációban, például amikor egy űrhajó a Marsra utazik. Ezért szükséges az adatok elemzése az űrben, és csak az eredmények elküldése, ahelyett, hogy az adatokat a Földre küldenék elemzésre. Korábban a világűr különböző érzékelőiről (hőmérséklet, gáz, topográfiai adatok stb.) és nagy felbontású képekről származó adatokat továbbítottak a Földre, amely több mint 10 órát vett igénybe az átvitel, az elemzés és végül az eredmények elérése érdekében. A „tárolási” (tárolóközegek) fejlesztéseknek köszönhetően, beleértve a nagy kapacitást, a kis méretet és a nagyobb olvasási és írási teljesítményt, lehetővé válik a világűrben az adatok tárolása és az alkalmazások futtatása. Ez másodpercek vagy percek alatt eredményre vezet, és az elkészült elemzés sokkal rövidebb idő alatt továbbítható a Földre.

Ez a „peremhálózati megoldások” végső felhasználási esete lehet. Felhőalapú számítástechnika esetén minden szükséges információ összesítésre kerül, és az adatfeldolgozás nagy teljesítményű szervereken történik, mindez a felhőben. A peremhálózati megoldásokban az adatfeldolgozás és az elemzés az IoT-eszközökön és a hálózat végén lévő perifériás területeken található szervereken történik, és csak az eredményeket küldik el a felhőbe. Ez csökkentheti a szükségtelen kommunikációt, a késéseket és a hálózati terhelést. A peremhálózati megoldások fontos szerepet játszanak az űrkutatás és -felfedezés területén.

A KIOXIA a Hewlett Packard Enterprise (HPE) közreműködésével részt vesz a Spaceborne Computer-2 (SBC-2) programban, amely kereskedelmi forgalomban kapható technológiával készült. Az SBC-2 az első kereskedelmi peremhálózati és mesterséges intelligenciát támogató rendszert viszi az ISS-be az űr felfedezéséhez és az űrben számos kísérlet végrehajtásához.

A program fő küldetése a számítástechnikai technológia jelentős fejlesztése és az adatok Földön történő feldolgozása során történő kommunikációra való támaszkodás csökkentése. Kifejezetten arra tervezték, hogy számos nagy teljesítményű számítástechnikai folyamatot végezzen az űrben, beleértve a valós idejű képfeldolgozást, a mélytanulást és a tudományos szimulációkat, amelyek hozzájárulnak az egészségügy, a képfeldolgozás, a természeti katasztrófa utáni helyreállítás, a 3D nyomtatás, az 5G, az AI és egyebek fejlődéséhez. A helyi nagysebességű feldolgozás vagy peremhálózati megoldások segítségével az ISS korlátozott területén a különböző peremhálózati eszközökről, például műholdakról és kamerákról származó adatokat valós időben rögzítik és dolgozzák fel.

A KIOXIA a HPE SBC-2 rendszer hivatalos SSD-tároló szponzora, és három KIOXIA SSD-termékcsaládot biztosít az adattároláshoz (a részleteket lásd alább). Ezen SSD-k egyikét sem szabták testre vagy fejlesztették űralkalmazásokhoz. A napi diagnosztikai állapotfelmérések révén tesztelik őket, hogy lássák, hogyan teljesítenek az űrben az idő múlásával.

Az SSD-k nem rendelkeznek fizikai mozgó alkatrészekkel, ami ütésállóságot biztosít, hogy ellenálljon a zord körülményeknek az űrben, mint például a rázkódás indításkor, a súlytalanság és a váratlan áramkimaradások.

A KIOXIA négy 960 gigabájtos (GB) KIOXIA RM Series Value SAS SSD-t, négy 30,72 terabájtos (TB) KIOXIA PM Series Enterprise SAS SSD-t és nyolc 1024 GB-os KIOXIA XG Series Client NVMe™ SSD-t kínál az SBC-2-ben. A teljes adattárolási kapacitás meghaladja a 130 TB-t ⁽¹⁾, amely a legnagyobb adattároló, amelyet egyetlen küldetés során a Nemzetközi Űrállomásra juttattak.⁽²⁾  Az energiahatékony, 30,72 TB-os, nagy kapacitású Enterprise SAS SSD 130 TB tárolókapacitást tesz lehetővé az ISS-ben, ahol az áramellátás korlátozott. Ezt az SBC-2 tároló korlátozott helyére tervezett SSD-k kis mérete, vékony profilja és egységnyi területre vetített nagy kapacitása teszi lehetővé. A jövőben várhatóan nagyobb tárolókapacitást fognak használni az űrben.

Az SBC-2-ben használt KIOXIA hardverkonfiguráció az alább látható módon; a KIOXIA SSD-ket HPE Edgeline EL4000 és HPE ProLiant DL360 Gen10 szerverekbe (a továbbiakban együttesen: "SBC-2 szerver") telepítették az ISS fedélzetén.

Az 1,8 GB-os adatok eredeti méretének 1/10 -ére tömörített földbe történő továbbítása körülbelül 12 órát vesz igénybe. Az SBC-2 szerver használatával az alkalmazás feltöltésre kerül az SBC-2 szerverre, és egy Docker-konténerben fut, amely 6 perc hibrid CPU és GPU adatfeldolgozást biztosít. A korábban több mint 12 órát igénylő adatátvitel mindössze 2 másodpercet vesz igénybe, ami az eredeti 12 óra 1/20 000-ének felel meg, hogy mindössze 92 KB adatot küldjön el. Sokkal gyorsabb a világűrben az adatok peremhálózati megoldások segítségével történő kiszámítása és elemzése anélkül, hogy a feldolgozatlan nyers adatokat a földre küldenék.

Amint általánossá válik az adatok űrben történő elemzése, ahelyett, hogy a nyers adatokat a Földre küldenék feldolgozásra, a várakozások szerint az „ismeretszerzési idő” hónapokról percekre csökken. A HPE SBC-2 projekt segítségével szerzett ismeretek új fejlesztéseket eredményeznek a KIOXIA SSD termékekben. Nagy elvárások vannak a tárolási technológiákkal, köztük az SSD-termékekkel szemben, amelyek nagyobb kapacitást és gyorsabb feldolgozást tesznek lehetővé a lehetséges jövőbeli űrexpedíciókhoz.

A KIOXIA SSD-k az NG-20 missziós rakéta ISS-re történő indításával emelkedtek a magasba, és egy, a HPE Edgeline és ProLiant szervereken alapuló, frissített HPE SBC-2 rendszert szállítottak.

A flash memóriatechnológia és az SSD-termékek tovább fejlődnek, így a nagy teljesítmény és a nagy kapacitás könnyebben elérhető, és az alkalmazások köre tovább bővül. A KIOXIA egy egyedi kutatási projekten is dolgozik, amelynek neve „memóriaközpontú MI”. Ezt a technológiát azért fejlesztjük, hogy hozzájáruljunk a gyorsabb MI-tanuláshoz, amely nagy mennyiségű adatot használ, és hatékony legyen a szimulációs/HPC területen is, hogy betekintést nyerjen a nagy mennyiségű adatból. A flash memóriatechnológia és az SSD-termékek nélkülözhetetlenek az „adatok x AI” és a „data first” korában.