Caso di studio: Edge Computing
Dal data center allo spazio

KIOXIA SSDs in HPE Spaceborne Computer-2 – KIOXIA Memory Maker (3:07)

Di recente, l'esplorazione spaziale, compresi i lanci di satelliti, è stata regolarmente oggetto di attenzione da parte dei media di tutto il mondo. Sebbene in passato siano state le agenzie governative nazionali a fare da apripista, il settore sta ora attirando l'attenzione come nuova industria in crescita, con un aumento dell'esplorazione spaziale da parte di aziende private.

I casi d'uso aziendali nello spazio, come l'osservazione della terra tramite il telerilevamento e l'analisi, sono stati introdotti in vari luoghi. Il computing sulla Terra è semplice e diretto, ma il computing nello spazio presenta nuove sfide, in cui le condizioni ambientali sono molto diverse. Non esiste un cloud nello spazio, poiché non esiste la tecnologia per costruire una rete ad alta velocità tra i satelliti e il cloud, sia dal punto di vista tecnico che dei costi, per non parlare dell'enorme quantità di energia necessaria per far funzionare i server e i processori.

Come laboratorio spaziale in orbita a 408 km circa sopra la Terra, la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è in grado di trasmettere dati alla Terra in tempo reale, il che può richiedere molto tempo se il volume dei dati è elevato. Inoltre, la comunicazione su una distanza maggiore, come nel caso di un veicolo spaziale che viaggia verso Marte, comporterebbe un ulteriore ritardo. Ecco perché è necessario analizzare i dati nello spazio e inviare solo i risultati, piuttosto che inviare i dati fino alla Terra per farli analizzare. In passato, i dati provenienti da vari sensori nello spazio (temperatura, gas, informazioni topografiche, ecc.) e immagini ad alta risoluzione venivano inviati alla Terra, impiegando più di 10 ore per trasmettere, analizzare e infine produrre risultati. Grazie ai miglioramenti apportati allo "storage" (supporti di archiviazione), tra cui l'alta capacità, le dimensioni ridotte e le prestazioni di lettura e scrittura più elevate, risulta possibile memorizzare dati ed eseguire applicazioni nello spazio. Ciò produce risultati in pochi secondi o minuti, e l’analisi completata può essere trasmessa alla Terra in un tempo molto più breve.

Questo potrebbe essere definito il caso d’uso finale per “l’edge computing”. Nel cloud computing, tutte le informazioni richieste vengono aggregate e l'elaborazione dei dati viene eseguita su server ad alte prestazioni, il tutto nel cloud. Nell’edge computing, l'elaborazione e l'analisi dei dati vengono eseguite su server situati nei dispositivi IoT e nelle aree periferiche all'estremità della rete, e solo i risultati vengono inviati al cloud. Ciò può ridurre le comunicazioni non necessarie, i ritardi e il carico di rete. L’edge computing svolge un ruolo importante nell’area della ricerca e dell’esplorazione spaziale.

KIOXIA partecipa al programma Spaceborne Computer-2 (SBC-2) insieme a Hewlett Packard Enterprise (HPE), costruito con tecnologia commerciale pronta all'uso. L'SBC-2 porta il primo sistema commerciale di edge computing e AI sulla ISS per l'esplorazione spaziale e per condurre una serie di esperimenti nello spazio.

Il programma ha la missione principale di far progredire in modo significativo la tecnologia informatica e di ridurre la dipendenza dalla comunicazione di dati da elaborare sulla Terra. In particolare, è stato progettato per eseguire una serie di processi di computing a prestazioni elevate nello spazio, tra cui l'elaborazione di immagini in tempo reale, l'apprendimento profondo e le simulazioni scientifiche, che contribuiranno ai progressi nell'assistenza sanitaria, nell'elaborazione delle immagini, nel recupero dei disastri naturali, nella stampa 3D, nel 5G, nell'IA e altro ancora. Grazie all'elaborazione locale ad alta velocità o alle capacità di edge computing nello spazio limitato della ISS, i dati provenienti da vari dispositivi periferici, come satelliti e telecamere, vengono acquisiti ed elaborati in tempo reale.

KIOXIA è lo sponsor ufficiale dell’archiviazione SSD per questo sistema HPE SBC-2 e fornisce tre famiglie di prodotti SSD KIOXIA per l’archiviazione dei dati (vedere di seguito per i dettagli). Nessuna di queste unità SSD è stata personalizzata o sviluppata per applicazioni spaziali. Queste unità vengono inoltre testate per vedere come si comportano nello spazio nel corso del tempo, attraverso controlli diagnostici quotidiani.

Le SSD non hanno parti fisiche in movimento, il che le rende resistenti agli urti per sopportare le condizioni difficili nello spazio, come le vibrazioni durante il lancio, l'assenza di peso e le interruzioni di corrente impreviste.

KIOXIA fornisce quattro SSD SAS da 960 gigabyte (GB) della serie KIOXIA RM Value, quattro SSD SAS aziendali da 30,72 terabyte (TB) della serie KIOXIA PM e otto SSD NVMe™ da 1.024 GB della serie KIOXIA XG Client nel SBC-2. La capacità totale di archiviazione dei dati è di oltre 130 TB(1), la più grande capacità di archiviazione dei dati che sia stata trasportata sulla Stazione Spaziale Internazionale in una singola missione.(2) L'SSD Enterprise SAS ad alta capacità da 30,72 TB, efficiente dal punto di vista energetico, consente una capacità di archiviazione di 130 TB sulla ISS, dove l'alimentazione è limitata. Ciò è possibile grazie alle dimensioni ridotte, al profilo sottile e all'elevata capacità per unità di superficie delle unità SSD progettate per essere installate nello spazio limitato dell'armadietto del SBC-2. In futuro, si prevede che nello spazio verrà utilizzata una capacità di archiviazione più elevata.

La configurazione hardware KIOXIA utilizzata nell'’SBC-2 è illustrata di seguito; le unità SSD KIOXIA sono installate nei server HPE Edgeline EL4000 e HPE ProLiant DL360 Gen10 (indicati collettivamente come "server SBC-2") a bordo dell'ISS.

La trasmissione di dati a terra con 1,8 GB di dati compressi a 1/10 delle dimensioni originali richiede circa 12 ore. Utilizzando il server SBC-2, l'applicazione viene caricata sul server SBC-2 ed eseguita in un contenitore Docker, che fornisce risultati in 6 minuti di elaborazione ibrida dei dati di CPU e GPU. La trasmissione dei dati che in precedenza richiedeva più di 12 ore, ora richiede solo circa 2 secondi, ovvero 1/20.000 delle 12 ore originali per inviare solo 92 KB di dati. È molto più veloce calcolare e analizzare i dati mediante edge computing nello spazio senza inviare i dati grezzi non elaborati a terra.

Quando diventerà prassi comune analizzare i dati nello spazio, anziché inviarli a terra per l'elaborazione, si prevede che il “time-to-knowledge” si ridurrà da mesi a minuti. Le conoscenze acquisite grazie al progetto HPE SBC-2 porteranno a nuovi progressi nei prodotti SSD KIOXIA. Le aspettative per le tecnologie di archiviazione, compresi i prodotti SSD, che consentono una maggiore capacità e un'elaborazione più veloce per le potenziali spedizioni spaziali future, sono elevate.

Le unità SSD KIOXIA hanno preso il volo con il lancio del razzo della missione NG-20 verso la ISS, trasportando un sistema HPE SBC-2 aggiornato, basato sui server HPE Edgeline e ProLiant.

La tecnologia della memoria flash e i prodotti SSD continuano a evolversi, rendendo le prestazioni elevate e la grande capacità più prontamente disponibili ed espandendo ulteriormente la gamma di applicazioni. KIOXIA sta anche lavorando a un progetto di ricerca unico chiamato "Memory-centric AI" (IA incentrata sulla memoria). Questa tecnologia è stata sviluppata per contribuire a un apprendimento più rapido dell'intelligenza artificiale che utilizza grandi quantità di dati e per essere efficace anche nel campo della simulazione/HPC per ottenere informazioni da grandi quantità di dati. La tecnologia delle memorie flash e i prodotti SSD sono indispensabili nell'era dei "dati x AI" e del "data first."