Casestudy: Edge computing
Van het datacenter naar de ruimte

De laatste tijd worden ruimteverkenning, waaronder satellietlanceringen, regelmatig wereldwijd door de media behandeld. Hoewel in het verleden nationale overheidsinstanties het voortouw namen, trekt het nu de aandacht als een nieuwe groeisector waar ruimteverkenning door particuliere bedrijven is toegenomen.

Zakelijke gebruikssituaties in de ruimte, zoals observatie van de aarde met behulp van teledetectie en analyse, zijn op verschillende plaatsen geïntroduceerd. Computergebruik op aarde is duidelijk en eenvoudig, maar computergebruik in de ruimte brengt nieuwe uitdagingen met zich mee, omdat de omgevingsomstandigheden er heel anders zijn. Er is geen cloud in de ruimte, omdat er niet de technologie is om een snel netwerk te bouwen tussen satellieten en de cloud, zowel vanuit technisch als kostenoogpunt, om nog maar te zwijgen van de enorme hoeveelheid stroom die nodig is om de servers en processors te draaien.

Als ruimtelaboratorium dat 254 mijl (ongeveer 408 km) boven de aarde cirkelt, kan het International Space Station (ISS) in realtime gegevens naar de aarde verzenden, en kan het lang duren als het volume van de gegevens groot is. Bovendien zou het leiden tot verdere vertraging om over een langere afstand te communiceren, zoals wanneer een ruimteschip naar Mars reist. Daarom is het nodig om gegevens in de ruimte te analyseren en alleen de resultaten te verzenden, in plaats van gegevens helemaal naar de aarde te sturen voor analyse. In het verleden werden gegevens van verschillende sensoren in de ruimte (temperatuur, gas, topografische informatie, enz.) en afbeeldingen met hoge resolutie naar de aarde verzonden. Het duurde meer dan 10 uur om ze te verzenden, te analyseren en uiteindelijk resultaten te produceren. Met verbeteringen in "opslag" (opslagmedia), waaronder hoge capaciteit, kleine afmetingen en hogere lees- en schrijfprestaties, wordt het mogelijk om gegevens op te slaan en toepassingen in de ruimte uit te voeren. Dit levert resultaten op in seconden of minuten, en voltooide analyse kan in een veel kortere tijd naar de aarde worden verzonden.

Dit kan het ultieme gebruiksscenario voor "edge computing" worden genoemd. Bij cloudcomputing wordt alle vereiste informatie samengevoegd en wordt gegevensverwerking uitgevoerd op hoogwaardige servers, allemaal in de cloud. In edge computing worden gegevensverwerking en -analyse uitgevoerd op servers in IoT-apparaten en randgebieden aan het einde van het netwerk, en alleen de resultaten worden naar de cloud verzonden. Dit kan onnodige communicatie, vertragingen en netwerkbelasting verminderen. Edge computing speelt een belangrijke rol op het gebied van ruimteonderzoek en -verkenning.

KIOXIA neemt deel aan het Spaceborne Computer-2 (SBC-2) programma met Hewlett Packard Enterprise (HPE), gebouwd met commerciële kant-en-klare technologie. De SBC-2 brengt het eerste commerciële edge computing- en AI-enabled systeem naar het ISS voor verkenning in de ruimte en om verschillende experimenten in de ruimte uit te voeren.

Het programma heeft een belangrijke missie om de computertechnologie aanzienlijk te verbeteren en de afhankelijkheid van de communicatie van gegevens voor verwerking op aarde te verminderen. Het is met name ontworpen om een verscheidenheid aan hoogwaardige computerprocessen in de ruimte uit te voeren, waaronder realtime beeldverwerking, deep learning en wetenschappelijke simulaties die zullen bijdragen aan vooruitgang in de gezondheidszorg, beeldverwerking, natuurrampherstel, 3D-printen, 5G, AI en meer. Met behulp van lokale snelle verwerking, of edge computing-mogelijkheden in de beperkte ruimte van de ISS, worden gegevens van verschillende edge-apparaten, zoals satellieten en camera's, in realtime vastgelegd en verwerkt.

KIOXIA is de officiële SSD-opslagsponsor voor dit HPE SBC-2-systeem en biedt drie KIOXIA SSD-productfamilies voor gegevensopslag (zie hieronder voor details). Geen van deze SSD's is aangepast of ontwikkeld voor ruimtetoepassingen. Ze worden ook getest om te zien hoe ze in de loop van de tijd in de ruimte presteren door middel van dagelijkse diagnostische gezondheidscontroles.

SSD's hebben geen fysiek bewegende delen, wat zorgt voor schokbestendigheid tegen zware omstandigheden in de ruimte, zoals trillingen tijdens de lancering, gewichtloosheid en onverwachte stroomuitval.

KIOXIA biedt vier 960 gigabyte (GB) KIOXIA RM Series Value SAS SSD’s, vier 30,72 terrabyte (TB) KIOXIA PM Series Enterprise SAS SSD’s en acht 1.024 GB KIOXIA XG Series Client NVMe™ SSD’s in SBC-2. De totale opslagcapaciteit voor gegevens is meer dan 130 TB ⁽¹⁾, de meeste gegevensopslag om met één missie naar het International Space Station te reizen.⁽²⁾  De energiezuinige 30,72 TB Enterprise SAS SSD met hoge capaciteit maakt 130 TB opslagcapaciteit mogelijk in het ISS, waar de voeding beperkt is. Dit wordt mogelijk gemaakt door het kleine formaat, het dunne profiel en de hoge capaciteit per unitgebied van de SSD's die zijn ontworpen voor installatie in de beperkte ruimte van de SBC-2-locker. In de toekomst zal naar verwachting een hogere opslagcapaciteit in de ruimte worden gebruikt.

KIOXIA-hardwareconfiguratie gebruikt in SBC-2 zoals hieronder weergegeven; KIOXIA SSD's worden geïnstalleerd in HPE Edgeline EL4000- en HPE ProLiant DL360 Gen10-servers (gezamenlijk aangeduid als “SBC-2-server”) aan boord van de ISS.

Gegevensoverdracht naar de aarde met gegevens van 1,8 GB gecomprimeerd tot 1/10 van de oorspronkelijke grootte duurt ongeveer 12 uur. Met behulp van de SBC-2-server wordt de toepassing geüpload naar de SBC-2-server en uitgevoerd in een Docker-container, die resultaten levert in 6 minuten hybride CPU- en GPU-gegevensverwerking. Gegevensoverdracht die voorheen meer dan 12 uur duurde, duurt nu slechts ongeveer 2 seconden, wat 1/20.000 van de oorspronkelijke 12 uur is om slechts 92 KB aan gegevens te verzenden. Het is veel sneller om gegevens te berekenen en analyseren door edge computing in de ruimte zonder de onbewerkte gegevens naar de aarde te sturen.

Zodra het gebruikelijk wordt om gegevens in de ruimte te analyseren, in plaats van die ruwe gegevens naar de aarde te verzenden voor verwerking, wordt verwacht dat het de "tijd tot kennis" van maanden naar minuten zal verminderen. De kennisverwerving met behulp van het HPE SBC-2-project zal leiden tot nieuwe ontwikkelingen in KIOXIA SSD-producten. Er zijn hoge verwachtingen voor opslagtechnologieën, waaronder SSD-producten, die een hogere capaciteit en snellere verwerking mogelijk maken voor mogelijke toekomstige ruimte-expedities.

KIOXIA SSD's kenden een flinke groei samen met de lancering van de NG-20 missieraket naar het ISS, en leverden een bijgewerkt HPE SBC-2-systeem, gebaseerd op HPE Edgeline- en ProLiant-servers.

Flashgeheugentechnologie en SSD-producten blijven zich ontwikkelen, waardoor hoge prestaties en grote capaciteit gemakkelijker beschikbaar zijn en het scala aan toepassingen nog verder wordt uitgebreid. KIOXIA werkt ook aan een uniek onderzoeksproject genaamd "Memory-centric AI". Deze technologie wordt ontwikkeld om bij te dragen aan sneller AI-leren dat grote hoeveelheden gegevens gebruikt en ook effectief is op het gebied van simulatie/HPC om inzicht te krijgen in grote hoeveelheden gegevens. Flashgeheugentechnologie en SSD-producten zijn onmisbaar in het tijdperk van "data x AI" en "data first."