Fragen und Antworten mit Mark Fernandez, Hauptforscher für HPE Spaceborne Computer-2
Seit seiner Reise im Februar 2020 zur Internationalen Raumstation hat Spaceborne Computer-2 20 Experimente abgeschlossen, die sich auf Gesundheitsversorgung, Kommunikation, Erdbeobachtung und Biowissenschaften konzentrierten. Dennoch wächst die Warteschlange für den Zugriff auf den kommerziellen Standardcomputer, der mit Microsofts Azure-Cloud verbunden ist, weiter.
Mark Fernandez, Hauptforscher für Spaceborne Computer-2, sieht eine vielversprechende Zukunft für weltraumgestütztes Computing. Er erwartet, dass in den kommenden Jahren immer leistungsfähigere Computer auf Satelliten installiert und in Rechenzentren im Orbit untergebracht werden. Edge-Prozessoren werden Daten auf dem Mond verarbeiten, und das Lunar Gateway der NASA wird fortschrittliche Computerressourcen hosten, sagte Fernandez WeltraumNews.
Fernandez, der an der University of Southern Mississippi in wissenschaftlicher Informatik promoviert hat, diente als Softwarenutzlastentwickler für den ursprünglichen Spaceborne Computer von HPE, einen Supercomputer, der im August 2017 die ISS erreichte und anderthalb Jahre später in einer SpaceX Dragon-Fracht zur Erde zurückkehrte Kapsel.
Was meinen die Leute, wenn sie von Supercomputern im Weltraum sprechen?
Kleine Cluster am Edge werden als Supercomputer positioniert, weil sie mehr als nur ein winziges Edge-Gerät sind. Wir nannten Spaceborne-1 einen Supercomputer, weil wir im Weltraum ein Teraflop an Berechnungen durchgeführt haben. Das sind Größenordnungen mehr als je zuvor jemand getan hat.
Was lernen Sie von Spaceborne Computer-2?
Was mich überrascht, ist die Vielfalt der Experimente. Wir haben 39 Experimente in der Warteschlange und die Zahl der Experimente wächst.
Wir analysieren Astronauten-DNA. Das freut mich besonders, weil die Wissenschaftler wochen- oder monatelang darauf gewartet haben, diese große DNA-Sequenz zur Analyse auf die Erde zu bringen. Sie können diesen großen Datensatz mit dem großen menschlichen Genom vergleichen, aber Sie interessieren sich nur für die Mutationen.
Nun, wir brauchten ungefähr 13 Minuten für die Verarbeitung und dann ungefähr zwei Sekunden, um es herunterzuladen. Plötzlich, sagten die Wissenschaftler, könnten sie, anstatt jeden Monat die Gesundheit eines Astronauten zu überwachen, die gesamte Besatzung täglich überwachen und eine bessere Vorstellung davon bekommen, wann die Raumfahrt sie nachteilig beeinflusst.
Wir untersuchen, wie Satelliten miteinander kommunizieren. Verschiedene Arten der Verschlüsselung, verschiedene Arten von Protokollen, verschiedene Arten der Komprimierung.
Was gibt Ihnen die größte Sicherheit und verbraucht am wenigsten Energie?
Viele Experimente haben mit Wetter- und Katastrophenvorsorge zu tun. Hochauflösende Bilder von Stürmen und Tornados sind große Datendateien. Im Grunde wollen die Ersthelfer nur wissen, wo der Waldbrand ist. Welche Bahn hat der Tornado? Das kannst du ihnen mit wenigen Worten sagen.
Statt Bilder?
Ein Bild braucht ewig, um runter zu kommen. Das können wir verarbeiten. Ich möchte wissen, wo es überschwemmt und nicht überschwemmt ist. Ich möchte wissen, ob die Autobahn befahrbar ist oder nicht.
Senden Sie nur die wertvollsten Informationen an den Boden?
Das ist die erste Schicht der Zwiebel, die wir erforschen. Es ist eine intelligente Kante. Wir wollen nicht die gesamte Berechnung an den Rand treiben. Wir wollen nicht die gesamte Berechnung in die Cloud verlagern. Wenn ich einen mehrstufigen Workflow habe, kann ich am Rand zwei oder drei Schritte ausführen. Aber ich bin viel besser dran, wenn ich diese kleineren Ergebnisse mitten im Arbeitsablauf in die Cloud verlagere.
Beispielsweise?
Es geht auf Astronauten-DNA zurück. Mutationen werden ständig in Datenbanken des National Institute of Health und des National Cancer Institute aktualisiert. Wir lassen die Cloud diese Datenbanken durchsuchen.
Was ist der beste Ansatz für verschiedene Arten von Daten?
Wir haben einige ernsthafte Propellerkopf-Wissenschaftler, die Dinge nur in der Cloud oder nur im Weltraum auf Spaceborne Computer ausführen. Sie differenzieren es. Sie führen es nur auf der CPU aus, nur auf der GPU. Sie entwickeln Richtlinien.
Die Leute sprechen auch über Edge-Processing für den Satellitenbetrieb.
Das Analoge ist autonomes Fahren. So wie alle Autos miteinander sprechen werden, werden all diese Satelliten miteinander sprechen. Einer von ihnen wird seine Hand heben und sagen: „Ich habe eine gute Verbindung zur Erde. Ich überbringe diese Nachricht.“ Dann sind sich alle einig.
HPE hat 2019 eine Allianz mit OrbitsEdge gegründet, einem Startup aus Florida mit einem Satellitenbus für sensible Elektronik. Arbeiten Sie daran, HPE-Computer auf OrbitsEdge-Satelliten zu installieren?
Ja, in der Tat. OrbitsEdge richtet einen Satelliten mit mehreren unterschiedlichen Computern von HPE ein. Für Sie sieht es aus wie Ihr Computer auf Ihrem Satelliten. Aber sie hosten tatsächlich mehrere Computer von mehreren Personen, die vollständig voneinander durch Firewalls getrennt sind, weil sie sich auf physisch getrennten Geräten befinden. Sie können beliebige Protokolle und beliebige Kommunikation ausführen.
Wie stellen Sie sich Rechenressourcen im cislunaren Raum vor?
Wenn wir den Mond erreichen, werden das Rechenzentrum und das Hochleistungsrechnen den Mond umkreisen, und die Außenposten werden der Rand sein.
Was sind die Herausforderungen für das weltraumgestützte Computing?
Sie alle haben mit der Weltraumforschung zu tun. Stromversorgung, Kühlung und Netzwerk sind nicht stabil. Das Netzwerk ist am instabilsten. Es gibt mehrere Male am Tag [auf der ISS], an denen wir keine Verbindung haben. Wenn dies Ihr Handy wäre, würden Sie sich einen neuen Anbieter suchen. Aber die Raumstation hat keine Option.
Wohin stellst du dir das in der Erdumlaufbahn, auf Mond und Mars vor?
Wenn OrbitsEdge seinen Proof-of-Concept in Gang bringt und einen Multi-Tenant-Satelliten haben kann, ist der nächste logische Schritt ein Multi-Tenant-Rechenzentrum, das aus größeren Satelliten aufgebaut ist. OrbitsEdge konzentriert sich auf Leistung, Kühlung und Vernetzung. Sie überlassen uns diese Berechnung.
Auf dem Mond hätten Sie eine energiearme Kommunikation bis zum Gateway. Das Gateway wird über die Stromversorgung, Kühlung und Speicherung verfügen. Eine ähnliche Architektur wird für den Mars-Außenposten in Betracht gezogen.
Benötigen Weltraumanwendungen ständig mehr Rechenressourcen wie terrestrische Anwendungen?
Ja, Sie wollen es schneller, Sie wollen eine bessere Vernetzung und Sie wollen mehr Leistung. Niemand hat sich darüber beschwert, dass sie im Moment viele Spaceborne Computer haben. Sie fragen: "Wann kann ich wieder darauf zugreifen?"
Dieser Artikel erschien ursprünglich in der Januar-Ausgabe 2022 des Magazins SpaceNews.
