HPE und NASA bringen Edge Computing zur ISS

Der HPE Spaceborne Computer-2 soll nach dem Start am 20. Februar für die nächsten zwei bis drei Jahre auf der Internationalen Raumstation (ISS) installiert sein. Man hofft, dass das Edge-Computing-System es den Astronauten ermöglicht, die Latenzzeit zu eliminieren, die mit dem Senden von Daten zur und von der Erde verbunden ist, um Forschungen in Angriff zu nehmen und sofort Erkenntnisse für Projekte wie die Echtzeitanalyse von Satellitenbildern mit künstlicher Intelligenz zu gewinnen.

Die NASA wirbt damit, dass dieser Schritt die Erforschung des Weltraums beschleunigt und die Verarbeitung von Daten in Echtzeit ermöglicht, mit dem Ziel, Rechenressourcen zu schaffen, die an Bord einer Mission zum Mars eingesetzt werden können.

HPE erwartet, dass das Kit für Experimente wie die Verarbeitung medizinischer Bildgebung und DNA-Sequenzierung eingesetzt wird, um wichtige Erkenntnisse aus Mengen von entfernten Sensoren und Satelliten zu gewinnen. Der erste Spaceborne Computer wurde im August 2017 ins All geschickt. Nach 615 Tagen auf der ISS kehrte er zur Erde zurück.

Der Computer landete an Bord derselben SpaceX Dragon-Kapsel – entwickelt von Elon Musks SpaceX – die ihn zur ISS gebracht hatte, wobei HPE dies damals als „weit entfernt von den anfänglichen Vorhersagen, dass er innerhalb einer Woche ausfallen und mit dem Müll zurückgebracht werden würde“, anpries.

„Der Computer hat 1,8 Jahre lang funktioniert und damit unsere einjährige Mission weit übertroffen. Während dieser Zeit haben wir 1,1 Teraflops an Double Precision, echtem Compute, geleistet“, sagte HPE Converged Edge Systems Solution Architect Dr. Mark Fernandez während eines Pressebriefings vor dem Start.

„Wir wurden schnell gefragt, ob wir daran interessiert wären, Spaceborne Computer-2 zu machen. Bringen Sie uns, Herr Wissenschaftler, die Software, die auf der Erde unter Linux läuft, durch die Sie die Daten laufen lassen werden, wenn sie schließlich bei Ihnen ankommen, und lassen Sie uns beweisen, dass Sie das an Bord tun können und die Zeit bis zur Erkenntnis verkürzen“.

Die NASA wandte sich an HPE mit der Bitte um Hilfe bei der Unterstützung der Weltraumforschung durch Modellierung und Simulation, z. B. bei Wettermodellen und Shuttle-Starts. Fernandez schilderte die Vorbereitungen für den ersten Computer, der lediglich die Möglichkeit von Computern im Weltraum testen sollte.

„Sie sagten, dass, wenn wir zum Mond und wenn wir zum Mars kommen, die Kommunikationsverzögerungen einer begrenzten Bandbreite sie daran hindern würden, ihre Mission zu erfüllen, und das wurde in dem Film „Der Marsianer“ sehr gut dargestellt“, erklärt Fernandez.

„Wir sagten begeistert ja, aber als wir uns in das Projekt vertieften, brachen wir es in drei Hauptziele herunter: Könnten wir hochmoderne, kommerzielle Server aus dem Regal verpacken, die täglich von unseren Kunden genutzt werden, könnten wir das in eine Rakete verpacken, und, wenn ja, würde es das Rütteln, Klappern und Rollen eines Starts überstehen?“

Als die IT-Ausrüstung an die ISS geliefert wurde, stellte sich für HPE auch die Frage, ob nicht-IT-geschulte Astronauten sie installieren und an die Stromversorgung, die Kühlung und das Netzwerk anschließen könnten. Vorausgesetzt, dass dies alles klappte, bestand das nächste Problem darin, sicherzustellen, dass der Rechner im Weltraum tatsächlich funktioniert.

„Wir erforschen zuverlässiges Edge Computing, und der Weltraum ist der Edge des Edges“, sagte Fernandez. Es wurde viel Wert darauf gelegt, diese Computer autark zu machen. Aber es war auch wichtig, dass die gesammelten Daten zur Erkenntnisgewinnung verschickt wurden. „Der Zweck der Exploration ist die Erkenntnis, nicht die Datensammlung“.

Von entscheidender Bedeutung sei es, so Fernandez, „kostbare Bandbreite“ für kritische oder Notfallzwecke reservieren zu können.

Das Proof-of-Concept adressiert den Bedarf an zuverlässigeren Rechenkapazitäten auf der ISS oder im niedrigen Erdorbit (LEO), die bisher aufgrund der rauen Umgebung der ISS mit ihrer Schwerelosigkeit und der hohen Strahlung, die die IT-Ausrüstung beschädigen kann, die für das Hosten von Rechentechnologien erforderlich ist, unmöglich zu erreichen waren.

Mit Spaceborne 2 wird HPE die doppelte Rechenleistung liefern, was doppelt so viel kostbaren Platz auf der Rakete und der ISS beansprucht, und die NASA hat die Mission auf zwei bis drei Jahre verdoppelt. „“Dieser Zeitrahmen stimmt mit der tatsächlichen ersten Mars-Mission überein“, fügte Fernandez hinzu.

HPE liefert die gleichen Edge-Computing-Technologien, die für unzugängliche und abgelegene Umgebungen auf der Erde mit großen Temperaturunterschieden wie Öl- und Gasraffinerien, Fertigungsanlagen oder bei Verteidigungsmissionen gedacht sind.

Der Spaceborne Computer-2 bietet speziell entwickelte Edge-Computing-Funktionen, die auf dem HPE Edgeline Converged Edge-System und dem HPE ProLiant-Server basieren, um Daten von einer Reihe von Geräten in Echtzeit aufzunehmen und zu verarbeiten. Spaceborne Computer-2 wird auch mit Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs) ausgestattet sein, um bildintensive Daten, die eine höhere Bildauflösung erfordern, wie z. B. Aufnahmen der Polkappen der Erde oder medizinische Röntgenaufnahmen, effizient zu verarbeiten. Die GPU-Fähigkeiten werden auch spezielle Projekte unterstützen, die KI- und maschinelle Lerntechniken verwenden, so HPE.

Zu den Aufgaben zählt die Echtzeit-Überwachung des physiologischen Zustands von Astronauten durch Verarbeitung von Röntgenbildern, Sonogrammen und anderen medizinischen Daten, um die Zeit bis zur Diagnose im Weltraum zu verkürzen.

Weiter geht es um Auswertung von großen Mengen an Sensordaten aus der Ferne: Es gibt Hunderte von Sensoren, die die NASA und andere Organisationen strategisch auf der ISS und auf Satelliten platziert haben, die riesige Datenmengen sammeln, die eine erhebliche Bandbreite benötigen, um sie zur Erde zu senden und zu verarbeiten.

Mit In-Space-Edge-Computing können Forscher Bild-, Signal- und andere Daten an Bord verarbeiten, die sich auf eine Reihe von Ereignissen beziehen, wie z. B. Verkehrstrends durch einen breiteren Blick auf die Anzahl der Autos auf der Straße und sogar auf Parkplätzen, Luftqualität durch Messung von Abgaswerten und anderen Schadstoffen in der Atmosphäre und Verfolgung von Objekten, die sich im Weltraum und in der Atmosphäre bewegen, von Flugzeugen bis zu Raketenstarts.

Auch Microsoft ist in das Projekt eingebunden und wird die Verbindung zu Azure bereitstellen. Die HP-Microsoft Spaceborne-Ankündigung ist eine Erweiterung der Azure Space-Initiative von Microsoft, die im Oktober 2020 angekündigt wurde. Azure Space ist eine Reihe von Produkten sowie neu angekündigte Partnerschaften, die Azure als Hauptakteur im weltraum- und satellitenbezogenen Konnektivitäts-/Compute-Teil des Cloud-Marktes positionieren sollen.