Estudio de caso: Computación de extremo
Desde el centro de datos al espacio

Recientemente, los medios de comunicación de todo el mundo han cubierto periódicamente la exploración espacial, incluidos los lanzamientos de satélites. Aunque en el pasado fueron las agencias gubernamentales nacionales quienes abrieron el camino, en la actualidad está atrayendo la atención como una nueva industria en crecimiento, donde la exploración espacial por parte de empresas privadas ha ido aumentando.

En varios lugares se han presentado casos de uso empresarial en el espacio, como la observación de la Tierra mediante sensores y análisis remotos. La computación en la Tierra es sencilla y directa, pero en el espacio presenta nuevos desafíos, donde las condiciones ambientales son muy diferentes. No hay nube en el espacio, ya que no existe la tecnología necesaria para construir una red de alta velocidad entre los satélites y la nube, tanto desde el punto de vista técnico como del de los costos, sin mencionar la gran cantidad de energía necesaria para hacer funcionar los servidores y procesadores.

Como laboratorio espacial que orbita a 254 millas (aproximadamente 408 km) sobre la Tierra, la Estación Espacial Internacional (ISS) puede transmitir datos a la Tierra en tiempo real, y puede tardar mucho tiempo si el volumen de datos es grande. Además, se generaría un mayor retraso en la comunicación a distancias más largas, como cuando una nave espacial viaja a Marte. Por eso es necesario analizar datos en el espacio y enviar solo los resultados, en lugar de enviar datos a la Tierra para su análisis. En el pasado, los datos de varios sensores en el espacio (temperatura, gas, información topográfica, etc.) e imágenes de alta resolución se enviaban a la Tierra, y se tardaba más de 10 horas en transmitirlos, analizarlos y, en última instancia, producir resultados. Con las mejoras en el “almacenamiento” (medios de almacenamiento), que incluyen alta capacidad, tamaño pequeño y mayor rendimiento de lectura y escritura, es posible almacenar datos y ejecutar aplicaciones en el espacio. Esto produce resultados en segundos o minutos, y el análisis completo se puede transmitir a la Tierra en un tiempo mucho más corto.

Este podría denominarse el caso de uso definitivo de la computación de extremo”. En la computación en la nube, toda la información requerida se agrega y el procesamiento de datos se realiza en servidores de alto rendimiento, todo en la nube. En la computación en la nube, toda la información requerida es agregada, y el procesamiento de datos se realiza en servidores de alto rendimiento, todo en la nube. Esto puede reducir las comunicaciones innecesarias, los retrasos y la carga de la red. La computación de extremo juega un papel importante en el área de la investigación y exploración espacial.

KIOXIA participa en el programa Spaceborne Computer-2 (SBC-2) con Hewlett Packard Enterprise (HPE), creado con tecnología comercial disponible en el mercado. El SBC-2 trae el primer sistema comercial habilitado para inteligencia artificial y computación de extremo a la Estación Espacial Internacional (ISS) para la exploración espacial y para realizar una variedad de experimentos en el espacio.

El programa tiene la importante misión de avanzar significativamente en la tecnología informática y reducir la dependencia de la comunicación de datos para su procesamiento en la Tierra. Específicamente, está diseñado para realizar una variedad de procesos informáticos de alto rendimiento en el espacio, incluyendo el procesamiento de imágenes en tiempo real, el aprendizaje profundo y las simulaciones científicas, que contribuirán a los avances en atención médica, procesamiento de imágenes, recuperación de desastres naturales, impresión 3D, 5G, inteligencia artificial y más. Con el uso del procesamiento local de alta velocidad o las capacidades informáticas de extremo en el espacio limitado de la ISS, los datos de varios dispositivos de extremo, como satélites y cámaras, se capturan y procesan en tiempo real.

KIOXIA es el patrocinador oficial de almacenamiento SSD para este sistema HPE SBC-2 y proporciona tres familias de productos SSD de KIOXIA para almacenamiento de datos (consulte los detalles a continuación). Ninguna de estas SSD ha sido personalizada o desarrollada para aplicaciones espaciales. También se están probando para ver cómo se desempeñan en el espacio a lo largo del tiempo mediante controles de diagnóstico diarios.

Las SSD no tienen partes físicas móviles, lo que las hace resistentes a los golpes para soportar las duras condiciones en el espacio, como vibraciones durante el lanzamiento, ingravidez y cortes de energía inesperados.

KIOXIA proporciona cuatro SSD SAS Value de la serie RM de KIOXIA de 960 gigabytes (GB), cuatro SSD SAS Enterprise de la serie PM de KIOXIA de 30,72 terabytes (TB) y ocho SSD NVMe™ Client de la serie XG de KIOXIA de 1024 GB en SBC-2. La capacidad total de almacenamiento de datos es de más de 130 TB⁽¹⁾, la mayor cantidad de almacenamiento de datos para viajar a la Estación Espacial Internacional en una sola misión.⁽²⁾ Las SSD SAS Enterprise de alta capacidad y 30,72 TB de bajo consumo permite 130 TB de capacidad de almacenamiento en la ISS, donde el suministro de energía es limitado. Esto es posible gracias al tamaño pequeño, el perfil delgado y la alta capacidad por unidad de área de las SSD diseñadas para su instalación en el espacio limitado del casillero de SBC-2. En el futuro, se espera que se utilice una mayor capacidad de almacenamiento en el espacio.

Configuración de hardware KIOXIA utilizada en SBC-2 como se muestra a continuación; las SSD de KIOXIA se instalan en servidores HPE Edgeline EL4000 y HPE ProLiant DL360 Gen10 (denominados colectivamente "servidor SBC-2") a bordo de la ISS.

La transmisión de datos a la Tierra con 1,8 GB de datos comprimidos a 1/10 de su tamaño original tarda aproximadamente 12 horas. Usando el servidor SBC-2, la aplicación se carga en el servidor SBC-2 y se ejecuta en un contenedor Docker, lo que proporciona resultados de procesamiento de datos híbridos de CPU y GPU en 6 minutos. La transmisión de datos que antes tardaba más de 12 horas, ahora tarda solo unos 2 segundos, lo que supone 1/20.000 de las 12 horas originales para enviar solo 92 KB de datos. Es mucho más rápido calcular y analizar datos mediante computación de extremo en el espacio que enviar los datos sin procesar a la Tierra.

Una vez que se haga común analizar datos en el espacio, en lugar de enviar esos datos sin procesar a la Tierra para su procesamiento, se espera que se reduzca el “tiempo de obtención de conocimiento” de meses a minutos. Los conocimientos adquiridos gracias al proyecto HPE SBC-2 conducirán a nuevos avances en los productos SSD de KIOXIA. Existen grandes expectativas en las tecnologías de almacenamiento, incluidos los productos SSD, que permiten una mayor capacidad y un procesamiento más rápido para utilizarse en futuras expediciones espaciales.

Las SSD KIOXIA tomaron vuelo con el lanzamiento del cohete de misión NG-20 al ISS, entregando un sistema HPE SBC-2 actualizado, basado en servidores HPE Edgeline y ProLiant.

La tecnología de memoria flash y los productos SSD continúan evolucionando, haciendo que el alto rendimiento y la gran capacidad estén fácilmente disponibles y ampliando aún más la gama de aplicaciones. KIOXIA también está trabajando en un proyecto de investigación único llamado "Memory-centric AI" (IA centrada en la memoria). Esta tecnología se está desarrollando para contribuir a un aprendizaje de inteligencia artificial más rápido que utiliza grandes cantidades de datos y también para ser eficaz en el campo de la simulación/HPC a fin de obtener información a partir de grandes cantidades de datos. La tecnología de memoria flash y los productos SSD son indispensables en la era de “datos x IA” y “datos primero”.