Пример из практики: Периферийные вычисления
От центра обработки данных до космоса

В последнее время средства массовой информации во всем мире регулярно освещают вопросы освоения космоса, включая запуски спутников. Несмотря на то, что лидерами в этой области были национальные государственные учреждения, сейчас эта область привлекает внимание как новая развивающаяся отрасль, в которой увеличивается объем освоения космоса частными компаниями.

Варианты использования бизнес-процессов в космосе, такие как наблюдение за поверхностью Земли с использованием дистанционного зондирования и анализа, были представлены в различных местах. Вычисления на Земле легки и просты, тогда как вычисления в космосе создают новые проблемы из-за кардинально разных условий окружающей среды. В космосе нет облака, поскольку нет технологии для создания высокоскоростной сети между спутниками и облаком, как с технической, так и с экономической точки зрения, не говоря уже об огромном количестве электроэнергии, необходимой для работы серверов и процессоров.

Международная космическая станция (МКС) как космическая лаборатория, вращающаяся на высоте 254 миль (примерно 408 км) над Землей, может передавать данные на Землю в режиме реального времени, но это может занимать много времени в случае передачи больших объемов данных. Кроме того, это приведет к дальнейшей задержке связи на больших расстояниях, например, в случае полета космического корабля на Марс. Именно поэтому необходимо анализировать данные в космосе и отправлять на Землю только результаты, а не данные для анализа. В прошлом данные от различных датчиков в космосе (температура, газ, топографическая информация и т. д.) и изображения с высоким разрешением отправлялись на Землю, и на их передачу, анализ и окончательное получение результатов уходило более 10 часов. Благодаря усовершенствованиям в области «хранения» (носителей информации), включая большую емкость, небольшой размер и более высокую скорость чтения и записи, становится возможным хранить данные и запускать приложения в космосе. Это позволяет получить результаты за несколько секунд или минут, и выполненный анализ можно передать на Землю за гораздо более короткое время.

Это можно назвать основным вариантом использования «периферийных вычислений». В облачных вычислениях вся необходимая информация агрегируется, а обработка данных выполняется на высокопроизводительных серверах, и всё это в облаке. В периферийных вычислениях обработка и анализ данных выполняются на серверах, расположенных в устройствах Интернета вещей и периферийных областях в конце сети, а в облако отправляются только результаты. Это может уменьшить ненужную передачу данных, задержки и нагрузку на сеть. Периферийные вычисления играют важную роль в области освоения и исследования космоса.

Компания KIOXIA вместе с Hewlett Packard Enterprise (HPE) участвует в программе Spaceborne Computer-2 (SBC-2), созданной с использованием готовой коммерческой технологии. SBC-2 доставит на МКС первую коммерческую систему периферийных вычислений и искусственного интеллекта для исследования космического пространства и проведения различных экспериментов в космосе.

Основной целью программы является значительное усовершенствование вычислительных технологий и снижение зависимости от передачи данных для обработки на Земле. В частности, она предназначена для выполнения различных высокопроизводительных вычислительных процессов в космосе, включая обработку изображений в реальном времени, глубокое обучение и научное моделирование, что будет способствовать достижениям в области здравоохранения, обработки изображений, восстановлению после стихийных бедствий, 3D-печати, 5G, ИИ и многого другого. При использовании локальной высокоскоростной обработки или периферийных вычислений в ограниченном пространстве МКС данные с различных периферийных устройств, таких как спутники и камеры, собираются и обрабатываются в режиме реального времени.

XIA является официальным спонсором SSD-накопителей для этой системы HPE SBC-2 и предоставляет три семейства твердотельных накопителей KIOXIA для хранения данных (подробную информацию см. ниже). Ни один из этих SSD-накопителей не адаптировался и не разрабатывался для применения в космосе. Их также проверяют, чтобы узнать, как они будут работать в космосе со временем, посредством ежедневной диагностики работоспособности.

В твердотельных накопителях нет физических движущихся частей, что обеспечивает ударопрочность и позволяет выдерживать суровые условия в космосе, такие как вибрация во время запуска, невесомость и неожиданные перебои с подачей электроэнергии.

Компания KIOXIA предоставляет четыре SSD-накопителя KIOXIA RM-серии с интерфейсом Value SAS емкостью 960 гигабайт (ГБ), четыре корпоративных SSD-накопителя KIOXIA PM-серии с интерфейсом SAS емкостью 30,72 терабайт (ТБ) и восемь клиентских SSD-накопителей KIOXIA XG-серии с интерфейсом NVMe™ емкостью 1024 ГБ в SBC-2. Общая емкость хранилища данных составляет более 130 ТБ⁽¹⁾, что является самым большим хранилищем данных для полета на Международную космическую станцию в рамках одной миссии.⁽²⁾  Энергоэффективный корпоративный твердотельный накопитель с интерфейсом SAS емкостью 30,72 ТБ обеспечивает емкость хранения 130 ТБ на МКС, где электроснабжение ограничено. Это стало возможным благодаря небольшому размеру, тонкому профилю и высокой емкости на единицу площади твердотельных накопителей, предназначенных для установки в ограниченном пространстве шкафа SBC-2. Ожидается, что в будущем в космосе будут использоваться хранилища большей емкости.

Конфигурация аппаратного обеспечения KIOXIA, используемая в SBC-2, как показано ниже; твердотельные накопители KIOXIA установлены в серверах HPE Edgeline EL4000 и HPE ProLiant DL360 Gen10 (совместно именуемых «сервер SBC-2») на борту МКС.

Передача данных на Землю с данными объемом 1,8 ГБ, сжатыми до 1/10 от исходного размера, занимает примерно 12 часов. С помощью сервера SBC-2 приложение загружается на сервер SBC-2 и запускается в контейнере Docker, что обеспечивает получение результатов за 6 минут гибридной обработки данных ЦП и ГП. Передача данных, которая ранее занимала более 12 часов, теперь занимает всего около 2 секунд, что составляет 1/20 000 от первоначальных 12 часов, чтобы отправить всего 92 КБ данных. Осуществлять вычисление и анализ данных в космосе гораздо быстрее с помощью периферийных вычислений без отправки необработанных данных на Землю.

Как только анализ необработанных данных в космосе, а не их отправка на Землю для обработки станет обычной практикой, ожидается, что «время на получение знаний» сократится с нескольких месяцев до считанных минут. Получение знаний в рамках проекта HPE SBC-2 приведет к новым достижениям в области SSD-накопителей KIOXIA. Возлагаются большие надежды на технологии хранения данных, включая твердотельные накопители, которые обеспечивают большую емкость и более быструю обработку данных для потенциальных будущих космических экспедиций.

Твердотельные накопители KIOXIA были запущены на рынок вместе с запуском ракеты NG-20 к МКС, которая доставила обновленную систему HPE SBC-2, основой которой стали сервера HPE Edgeline и ProLiant.

Технология флэш-памяти и твердотельные накопители продолжают совершенствоваться, делая высокую производительность и большую емкость более доступными и еще больше расширяя спектр приложений. Компания KIOXIA также работает над уникальным исследовательским проектом под названием «ИИ, ориентированный на обработку данных в оперативной памяти». Данная технология разрабатывается, чтобы способствовать более быстрому обучению ИИ, использующему большие объемы данных, а также быть эффективной в области моделирования и высокопроизводительных вычислений с целью получения ценной информации из больших объемов данных. Технология флэш-памяти и твердотельные накопители незаменимы в эпоху «данных и искусственного интеллекта» и «данных прежде всего».