Estudo de caso: Computação de ponta
Do Centro de Dados ao Espaço

Recentemente, a exploração espacial, incluindo lançamentos por satélite, tem sido regularmente abrangida pelos meios de comunicação social em todo o mundo. Embora tenham sido as agências governamentais nacionais que lideraram o caminho no passado, está agora a chamar a atenção como uma nova indústria de crescimento onde a exploração espacial por empresas privadas tem vindo a aumentar.

Foram introduzidos casos de utilização empresarial no espaço, como a observação da terra utilizando deteção e análise remotas, em vários locais. A computação na Terra é simples e direta, mas a computação no espaço apresenta novos desafios, onde as condições ambientais são muito diferentes. Não existe cloud no espaço, uma vez que não existe tecnologia para construir uma rede de alta velocidade entre os satélites e a cloud, tanto do ponto de vista técnico como de custo, para não falar da grande quantidade de energia necessária para executar os servidores e processadores.

Como um laboratório espacial que roda 254 milhas (aproximadamente 408 km) acima da Terra, a Estação Espacial Internacional (ISS) pode transmitir dados para a Terra em tempo real e pode demorar muito tempo se o volume de dados for grande. Além disso, causaria um maior atraso na comunicação a uma distância maior, como quando uma nave espacial viaja para Marte. É por isso que é necessário analisar dados no espaço e enviar apenas os resultados, em vez de enviar dados até à Terra para análise. No passado, os dados de vários sensores no espaço (temperatura, gás, informações topográficas, etc.) e imagens de alta resolução eram enviados para a Terra, demorando mais de 10 horas a transmitir, analisar e, em última análise, produzir resultados. Com melhorias de "armazenamento" (suportes de armazenamento), incluindo alta capacidade, pequeno tamanho e maior desempenho de leitura e escrita, torna-se possível armazenar dados e executar aplicações no espaço. Isto produz resultados em segundos ou minutos e a análise concluída pode ser transmitida para a Terra num período muito mais curto.

Poder-se-ia dizer que este é o derradeiro caso de utilização da "computação de ponta". Na computação em nuvem, todas as informações necessárias são agregadas e o processamento de dados é realizado em servidores de alto desempenho, tudo na nuvem. Na computação de ponta, o processamento e análise de dados são realizados em servidores localizados em dispositivos IoT e áreas periféricas no final da rede, e apenas os resultados são enviados para a nuvem. Isso pode reduzir a comunicação desnecessária, os atrasos e a carga da rede. A computação de ponta desempenha um papel importante na área da investigação e exploração espacial.

A KIOXIA está a participar no programa Spaceborne Computer-2 (SBC-2) com a Hewlett Packard Enterprise (HPE), construída com tecnologia comercial pronta a utilizar. O SBC-2 traz o primeiro sistema de computação de ponta comercial e IA ao ISS para exploração no espaço e para realizar uma variedade de experiências no espaço.

O programa tem uma missão importante de avançar significativamente a tecnologia informática e reduzir a dependência da comunicação de dados para processamento na Terra. Especificamente, foi concebido para realizar uma variedade de processos informáticos de alto desempenho no espaço, incluindo processamento de imagens em tempo real, aprendizagem profunda e simulações científicas, que irão contribuir para os avanços nos cuidados de saúde, processamento de imagens, recuperação de desastres naturais, impressão 3D, 5G, IA e muito mais. Utilizando o processamento local de alta velocidade, ou capacidades de computação de ponta no espaço limitado do ISS, os dados de vários dispositivos edge, como satélites e câmaras, são capturados e processados em tempo real.

O KIOXIA é o patrocinador oficial de armazenamento SSD para este sistema HPE SBC-2 e está a fornecer três famílias de produtos SSD KIOXIA para armazenamento de dados (ver abaixo para mais detalhes). Nenhuma destas unidades SSD foi personalizada ou desenvolvida para aplicações espaciais. Também estão a ser testados para verificar o seu desempenho no espaço ao longo do tempo através de verificações diárias de saúde de diagnóstico.

As unidades SSD não têm peças móveis físicas, o que faz com que a resistência a choques resista a condições adversas no espaço, tais como vibração durante o lançamento, leveza e falhas de energia inesperadas.

O KIOXIA fornece quatro SSD SAS KIOXIA RM Series Value de 960 gigabytes (GB), quatro SSD SAS KIOXIA PM Series Enterprise de 30,72 terabytes (TB) e oito SSD NVMe™ Client da Série KIOXIA XG de 1024 GB no SBC-2. A capacidade total de armazenamento de dados é superior a 130 TB ^(1), o maior armazenamento de dados a viajar para a Estação Espacial Internacional numa única missão.⁽²⁾  O SSD Enterprise SAS de alta capacidade de 30,72 TB com eficiência energética permite 130 TB de capacidade de armazenamento em ISS, onde a fonte de alimentação é limitada. Isto é possível graças ao pequeno tamanho, perfil fino e à elevada capacidade por unidade de área das unidades SSD concebidas para instalação no espaço limitado do cacifo SBC-2. No futuro, espera-se que uma maior capacidade de armazenamento seja utilizada no espaço.

Configuração de hardware KIOXIA utilizada no SBC-2 conforme mostrado abaixo; as unidades SSD KIOXIA são instaladas nos servidores HPE Edgeline EL4000 e HPE ProLiant DL360 Gen10 (coletivamente referidos como “servidor SBC-2”) a bordo do ISS.

A transmissão de dados para a terra com 1,8 GB de dados comprimidos para 1/10 do seu tamanho original demora aproximadamente 12 horas. Utilizando o servidor SBC-2, a aplicação é carregada para o servidor SBC-2 e executada num contentor Docker, o que fornece resultados em 6 minutos de processamento de dados híbridos de CPU e GPU. A transmissão de dados que antes demorava mais de 12 horas, agora demora apenas cerca de 2 segundos, que é 1/20.000 das 12 horas originais para enviar apenas 92 KB de dados. É muito mais rápido calcular e analisar dados por computação ponta no espaço sem enviar os dados não processados para a terra.

Assim que se tornar prática comum analisar dados no espaço, em vez de enviar esses dados brutos para a terra para processamento, espera-se que reduza o “tempo até conhecimento” de meses para minutos. Os ganhos de conhecimento com a utilização do projeto HPE SBC-2 levarão a novos avanços nos produtos SSD KIOXIA. Existem elevadas expectativas em relação a tecnologias de armazenamento, incluindo produtos SSD, que permitem uma maior capacidade e um processamento mais rápido para potenciais expedições futuras no espaço.

Os SSD KIOXIA voaram com o lançamento do foguete missionário NG-20 no ISS, entregando um sistema HPE SBC-2 atualizado, baseado nos servidores HPE Edgeline e ProLiant.

A tecnologia de memória flash e os produtos SSD continuam a evoluir, tornando o alto desempenho e a grande capacidade mais prontamente disponíveis e expandindo ainda mais a gama de aplicações. A KIOXIA também está a trabalhar num projeto de investigação único chamado “IA centrada na memória”. Esta tecnologia está a ser desenvolvida para contribuir para uma aprendizagem de IA mais rápida que utiliza grandes quantidades de dados e também é eficaz no campo de simulação/HPC para obter informações a partir de grandes quantidades de dados. A tecnologia de memória flash e os produtos SSD são indispensáveis na era dos "dados x IA" e dos "dados em primeiro lugar".