The Spaceborne Computer - „superkomputer” trafia na Międzynarodową Stację Kosmiczną [AKT]

W ładunku, który trafia na Międzynarodową Stację Kosmiczną zawsze znajdują się tylko potrzebne rzeczy. Tym razem takim niezbędnym elementem będzie superkomputer wyprodukowany przez Hewlett Packard Enterprises. W ziemskich kategoriach nazwanie tego urządzenia superkomputer byłoby pewnym nadużyciem. W kosmicznych warunkach maszyna, która o mocy obliczeniowej rzędu teraflopsów (nawet jeśli jest to tylko jeden lub kilka TFlops) to jest już coś.

Start rakiety ze wspomnianym komputerem ma mieć miejsce dziś (14.08.2017) około godziny 18:30 (szanse, że pogoda dopisze wynoszą 70%). Poniżej okno z przekazem, który na tę okazję zaplanowało SpaceX.

AKTUALIZACJA 16.08.2017: Start został przeprowadzony pomyslnie, a kapsuła Dragon dwa dni później pomyslnie zadokowała do Stacji Kosmicznej.

Komputery wysyłane w kosmos od zawsze musiały spełniać bardzo ostre normy. Nie tylko wytrzymałościowe, by przetrwać start, ale też (i przede wszystkim) musiały być niezawodnymi konstrukcjami. W czasach, gdy sprzęt był prosty, w dużej części budowany z analogowych komponentów, sprawa nie była jeszcze tak skomplikowana. Początki ery kosmicznej to czas kiedy nie mieliśmy w domach dziesiątek urządzeń obliczeniowych. To właśnie komputery wysyłane w kosmos robiły wrażenie.

Komputery w kosmosie przyśpieszają wolniej niż na Ziemi

Z upływem lat gdy technologie półprzewodnikowe zaczęły się zgodnie z obowiązującymi zasadami rozwijać coraz szybciej, można byłoby pomyśleć, że tak samo szybko jak pod strzechy, wydajne i coraz mniejsze komputery trafią do pojazdów kosmicznych. Jednak jedna przeszkoda stanęła i nadal zdaje się stać na przeszkodzie. W Kosmosie, w przeciwieństwie do warunków jakie panują na powierzchni Ziemi, wszystko - zarówno elektronika jak i żywe tkanki - jest wystawione na promieniowanie. Różnego rodzaju - kosmiczne, promieniowanie jonizujące. Na dole jesteśmy przed nim stosunkowo dobrze chronieni, ale już kilkaset km wyżej jego siła jest dużo wyższa.

A jeśli komputer pracuje z dala od Ziemi może być jeszcze gorzej. Dlatego nie ma się co dziwić, że co jakiś czas słyszymy o restarcie komputerów sond badających odległe planety, w momencie gdy już samo zbliżenie się do nich jest niebezpieczne. W przypadku Jowisza na przykład sonda musi zmagać się nie tylko z promieniowaniem docierającym z daleka, ale też tym, które emituje sam gazowy gigant. I dlatego żadna sonda (na razie) nie wytrzyma zbyt długo bardzo blisko Jowisza.

Podobnie jest w przypadku sond, które badają Słońce. Tam na dodatek promieniowanie termiczne stanowi kłopot. Sondy wyposaża się w ekrany, które chronią przed zbytnim nagrzewaniem się aparatury.

Komputer i praca w kosmosie nie za bardzo się lubią

Wiele mówi się o zagrożeniach dla żywych organizmów w kontekście długich wypraw załogowych, ale już dawno te problemy zmusiły konstruktorów pojazdów kosmicznych do ostrożniejszego wyboru jednostek obliczeniowych, które lecą w kosmos. Dziś w komputerach domowych znajdziemy superwydajne procesory, jednostki GPU, coraz pojemniejsze dyski SSD i masę pamięci RAM. Tymczasem by wysłać w kosmos maszynę o wydajności porównywalnej z przeciętnym domowym komputerem (szczególnie mowa o GPU) należałoby dokładnie ją zabezpieczyć przed promieniowaniem, dodać algorytmy sprzętowe korekty błędów i naturalną w takich warunkach pracy (przestrzeń kosmiczna) nadmiarowość.

To uczyniłoby taki komputer bardzo drogim, ciężkim (a wyniesienie każdego kilograma w Kosmos to duże koszty) i trudnym do zaprojektowania. Dlatego kluczowe zadania obliczeniowe, w tym te związane ze sterowaniem pojazdami czy zarządzaniem Stacją Kosmiczną, wykonują dużo słabsze obliczeniowo komputery. Dwie, trzy dekady temu, byłyby to niezłe maszyny, ale dziś budzą jedynie politowanie.

W kosmosie jednak potrzeba mocy obliczeniowej. Dziś komputery nie są wymagane jedynie do monitorowania stanu aparatury czy wsparcia relatywnie prostych obliczeń trajektorii lotu. Oczekiwania rosną, szczególnie gdy myślimy o wysyłaniu ludzi i maszyn z dala od Ziemi. W miejscach z którymi kontakt wiąże się z co najmniej wielominutowym opóźnieniem, warto byłoby mieć pod ręką szybki komputer, a nie polegać na odpowiedzi z Ziemi.

Zresztą również na ziemskiej orbicie lepiej by się wiodło astronautom (a i eksperymenty by zyskały), gdyby mieli do dyspozycji szybkie maszyny. Na razie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej najwydajniejszymi maszynami są laptopy, z których korzystają jej mieszkańcy. Najwięcej jest Lenovo Thinkpadów T61. I mimo, że w porównaniu z elektroniką sterującą, to szybkie urządzenia, z naszej perspektywy to już przeszłość.

The Spaceborne Computer - superkomputer na ISS

The Spaceborne Computer wyprodukowało Hewlett Packard Enterprises. Choć nazwa sugeruje szczególne przystosowanie do warunków kosmicznych, jest to komputer dostępny seryjnie. Jest oczywiście specjalnie przystosowany do wytrzymania trudnych warunków pracy, ale są to kryteria stawiane też sprzętowi eksploatowanemu tu na Ziemi. The Spaceborne Computer ostatnio przetrwał silną burzę (temat ważki w ostatnich dniach i u nas w kraju), a zatem pierwszy test zaliczono.

Teraz w ramach eksperymentu The Spaceborne Computer trafi na orbitę. Niedługo dowiemy się, czy przetrwał lot. Potem przez rok będzie pracował na pokładzie Stacji Kosmicznej, a jego aktywność i podatność na błędy, będzie dokładnie monitorowana.

Jest to maszyna linuksowa i choć dokładnej specyfikacji nie znamy, wiadomo że osiąga wydajność około 1 teraflopsa. Zbudowano ją z wykorzystaniem dwóch serwerów HPE Apollo Intel x86, które połączono interkonektem o przepustowości 56 Gbps.

Ponieważ bezbłędność obliczeń będzie monitorowana, wyniki z oprogramowania benchmarkującego pozwolą ocenić jak ekspozycja na warunki panujące w Kosmosie wpływa na wydajność. Praca na Stacji Kosmicznej pomoże też wykryć błędy konstrukcyjne i poprawi też niezawodność kolejnych generacji komputerów eksploatowanych na Ziemi.

Dużo danych dostarcza już monitorowanie obecnie pracujących w Kosmosie maszyn, ale tym razem będzie to doświadczenie w wykorzystaniem dużo wydajniejszego komputera. W kosmicznych kryteriach - Superkomputera.

Ile to jest 1 teraflops?

Jeden teraflops to mniej więcej tyle samo co wydajność standardowej konsoli Xbox One. Kilkukrotnie wydajniejsza jest konsola PS4 Pro o mocy 4,2 teraflopsa, a najnowszy zapowiadany Xbox One X to być może nawet 6 teraflopsów. Oczywiście trudno bezpośrednio przekładać moc obliczeniową konsoli do gier na wydajność komputera stosowanego do obliczeń naukowych, ale mamy pewien punkt odniesienia.

Dla porównania najszybszy dziś superkomputer na liście Top500, Sunway TaihuLight, jest około 100 tysięcy razy szybszy. Lecz pomyślcie też o jego apetycie na energię. 15,3 megawata to ponad 120 razy więcej niż zapewnia podsystem zasilania na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. A nie tylko komputery potrzebują tam prądu.

Inne eksperymenty wysyłane wraz z zaopatrzeniem CRS-12

Komputer HPE to jeden z wielu eksperymentów, dla których zaopatrzenie trafia na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Na pokładzie Dragona znajdzie się też 20 żywych załogantów - myszy, wyposażenie do badań nad chorobą Parkinsona, a także prób prowadzenia wzrostu komórek płucnych z komórek macierzystych.

Źródło: NASA, spacedaily, SpaceX, inf. własna