Estudo de caso: Computação de borda
Do data center ao espaço

SSDs KIOXIA no HPE Spaceborne Computer-2 – KIOXIA Memory Maker (3:07)

Recentemente, a exploração espacial, incluindo o lançamento de satélites, tem sido regularmente coberta pelos meios de comunicação social em todo o mundo. Embora tenham sido as agências governamentais nacionais que lideraram o caminho no passado, está agora atraindo a atenção como uma nova indústria em crescimento, onde a exploração espacial por empresas privadas tem aumentado.

Casos de uso comercial no espaço, como observação da Terra usando sensoriamento e análise remotos, foram introduzidos em vários lugares. A computação na Terra é simples e fácil, mas a computação no espaço apresenta novos desafios, onde as condições ambientais são muito diferentes. Não existe nuvem no espaço, pois não existe tecnologia para construir uma rede de alta velocidade entre os satélites e a nuvem, tanto do ponto de vista técnico quanto de custos, sem falar na grande quantidade de energia necessária para operar os servidores e processadores.

Sendo um laboratório espacial orbitando 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 se o volume de dados for grande. Além disso, causaria mais atraso na comunicação a uma distância maior, como quando uma espaçonave viaja para Marte. É por isso que é necessário analisar os dados no espaço e enviar apenas os resultados, em vez de enviar os dados até à Terra para análise. No passado, dados de vários sensores no espaço (temperatura, gás, informação topográfica etc.) e imagens de alta resolução eram enviados para a Terra demorando mais de 10 horas a transmitir, analisar e, finalmente, produzir resultados. Com melhorias no “armazenamento” (mídia de armazenamento), incluindo alta capacidade, tamanho pequeno e maior desempenho de leitura e gravação, torna-se possível armazenar dados e executar aplicativos no espaço. Isto produz resultados em segundos ou minutos, e a análise completa pode ser transmitida à Terra num tempo muito mais curto.

Isso poderia ser chamado de caso de uso definitivo para “computação de borda”. Na computação em nuvem, todas as informações necessárias são agregadas e o processamento dos dados é realizado em servidores de alto desempenho, tudo na nuvem. Na computação de borda, o processamento e análise de dados é realizado 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 comunicações desnecessárias, atrasos e carga de rede. A computação de borda desempenha um papel importante na área de pesquisa e exploração espacial.

KIOXIA está participando do programa Spaceborne Computer-2 (SBC-2) com a Hewlett Packard Enterprise (HPE), construído com tecnologia comercial pronta para uso. A SBC-2 traz o primeiro sistema comercial de computação de ponta e habilitado para IA para a ISS para exploração no espaço e para conduzir uma variedade de experimentos no espaço.

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

A KIOXIA é o patrocinador oficial de armazenamento SSD deste sistema HPE SBC-2 e está fornecendo três famílias de produtos SSD KIOXIA para armazenamento de dados (veja detalhes abaixo). Nenhum desses SSDs foi personalizado ou desenvolvido para aplicações espaciais. Eles também estão sendo testados para verificar seu desempenho no espaço ao longo do tempo, por meio de exames diários de diagnóstico de saúde.

Os SSDs não possuem partes físicas móveis, o que proporciona resistência a choques para suportar condições adversas no espaço, como vibração durante o lançamento, ausência de peso e quedas de energia inesperadas.

A KIOXIA fornece quatro SSDs KIOXIA RM Series Value SAS de 960 gigabytes (GB), quatro SSDs KIOXIA PM Series Enterprise SAS de 30,72 terabytes (TB) e oito SSDs KIOXIA XG Series Client NVMe™ de 1.024 GB em SBC-2. A capacidade total de armazenamento de dados é superior a 130 TB⁽¹⁾, a maior capacidade de armazenamento de dados para viajar até a Estação Espacial Internacional em uma única missão.⁽²⁾ O SSD Enterprise SAS de alta capacidade e eficiência energética de 30,72 TB permite 130 TB de capacidade de armazenamento no ISS, onde o fornecimento de energia é limitado. Isto é possível graças ao tamanho pequeno, perfil fino e alta capacidade por unidade de área dos SSDs projetados para instalação no espaço limitado do armário SBC-2. No futuro, espera-se que seja utilizada maior capacidade de armazenamento no espaço.

Configuração de hardware KIOXIA usada no SBC-2 conforme mostrado abaixo; Os SSDs KIOXIA são instalados nos servidores HPE Edgeline EL4000 e HPE ProLiant DL360 Gen10 (coletivamente chamados de “servidor SBC-2”) a bordo do ISS.

A transmissão de dados à Terra com 1,8 GB de dados compactados a 1/10 do seu tamanho original leva aproximadamente 12 horas. Usando o servidor SBC-2, o aplicativo é carregado no servidor SBC-2 e executado em um contêiner Docker, que fornece resultados em 6 minutos de processamento híbrido de dados de CPU e GPU. A transmissão de dados que antes demorava mais de 12 horas, agora leva apenas cerca de 2 segundos, o que representa 1/20.000 das 12 horas originais para enviar apenas 92 KB de dados. É muito mais rápido calcular e analisar dados por meio da computação de borda no espaço, sem enviar os dados brutos não processados à Terra.

Quando se tornar prática comum analisar dados no espaço, em vez de enviar esses dados brutos à Terra para processamento, espera-se que o “tempo de conhecimento” seja reduzido de meses para minutos. Os ganhos de conhecimento com o projeto HPE SBC-2 levarão a novos avanços nos produtos SSD KIOXIA. Existem grandes expectativas em relação às tecnologias de armazenamento, incluindo produtos SSD, que permitem maior capacidade e processamento mais rápido para potenciais expedições espaciais futuras.

Os SSDs KIOXIA decolaram com o lançamento do foguete de missão NG-20 para a ISS, entregando um sistema HPE SBC-2 atualizado, baseado em servidores HPE Edgeline e ProLiant.

A tecnologia de memória flash e os produtos SSD continuam evoluindo, tornando o alto desempenho e a grande capacidade mais prontamente disponíveis e expandindo ainda mais a gama de aplicações. KIOXIA também está trabalhando em um projeto de pesquisa exclusivo chamado "Memory-centric AI" (IA centrada em memória). Esta tecnologia está sendo desenvolvida para contribuir para um aprendizado mais rápido de IA que usa grandes quantidades de dados e também para ser eficaz no campo de simulação/HPC para obter insights de grandes quantidades de dados. A tecnologia de memória flash e os produtos SSD são indispensáveis na era de “dados x IA” e “dados primeiro”.