Европейское космическое агентство (ESA), по сообщению HPC Wire, близко к выпуску специализированного процессора под названием Occamy, спроектированного для использования в космической технике. В основу решения с чиплетной компоновкой положена архитектура RISC-V.

Сообщается, что в составе изделия соседствуют современные и неновые технологии. Чип ориентирован прежде всего на задачи ИИ и НРС. Процессор создан по программе EuPilot, цель которой заключается в снижении зависимости от проприетарных платформ х86 и Arm. В разработке Occamy приняли участие специалисты Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) и Болонского университета (Италия).

Источник изображения: HPC Wire

В состав Occamy входят два вычислительных модуля, каждый из которых содержит 216 ядер RISC-V. Таким образом, суммарное количество ядер достигает 432. Задействованы два блока памяти HBM2e ёмкостью 16 Гбайт. Кроме того, процессор содержит 64-бит блоки для FP-вычислений. Соединения размещены в кремниевом слое-интерпозере (interposer).

Occamy насчитывает в общей сложности приблизительно 1 млрд транзисторов. Заявленная производительность FP64 достигает 0,75 Тфлопс, FP8 — 6 Тфлопс. Изделию не требуется активное охлаждения. Общие размеры составляют 73 × 73 мм.

Новинка также включает «лёгкое» 32-битное ядро, выполняющее функции управления. Применена память HBM2e разработки Micron, а само решение Occamy изготавливается на предприятии Globalfoundries с применением техпроцесса 12LPP. Процессор Occamy можно эмулировать на базе FPGA. Реализация, в частности, была протестирована на FPGA AMD Xilinx Virtex UltraScale+ HBM и FPGA Virtex UltraScale+ VCU1525.

Спутниковые проекты, позволяющие передавать и обрабатывать солидные объёмы данных, уже давно привлекают внимание гигантов облачных вычислений, включая Amazon, Microsoft и Google, заинтересованных в выходе на рынок космических услуг, пишет DIGITIMES Research.

Согласно классификации DIGITIMES Research, публичные облака сейчас предлагают три типа услуг: базовые облачные сервисы, наземные станции с облачными сервисами и облачные сервисы, основанные на собственной спутниковой сети. Спутниковая экосистема включает сами спутники, наземные станции и приёмники. Спутники используются для выполнения различных задач, включая наблюдение Земли, передачу сигналов и обеспечение связи. Наземные станции отвечают за управление спутниками, передачу и обработку данных, в том числе потоковых.

Amazon, Microsoft и Google уже внедряют доступ к наземным станциям по модели как-услуга (GSaaS). Прямое подключение позволит спутниковым операторам сэкономить на узлах передачи данных и собственной наземной инфраструктуре, а облакам поможет внедрить новые сервисы на границе сети. Однако подход у провайдеров разнится. Например, Google Cloud Platform (GCP) фокусируется на обработке данных и геосервисах, интегрированных с целым рядом облачных услуг. А Amazon Web Services (AWS) и Microsoft Azure инвестируют в наземную инфраструктуру, в которой заинтересованы спутниковые компании.

Источник изображения: DIGITIMES

Особняком стоит спутниковый проект Project Kuiper, разрабатываемый собственными силами Amazon с целью снижения TCO и вертикальной интеграции с инфраструктурой AWS. Собственная спутниковая система позволит не только развивать услуги спутниковой широкополосной связи и IoT, но и будет служить основой для комплексных решений, задействуюших ресурсы других подразделений Amazon. Кроме того, компания намерена инвестировать $10 млрд в развитие сети наземных станций. По оценкам DIGITIMES Research, развёртывание экосистемы сопряжено с риском, поэтому Amazon будет осмотрительна.

DIGITIMES Research отмечает, что основное отличие Microsoft Azure от AWS в данном контексте заключается в открытости экосистемы. AWS представляет собой более «закрытую» среду. К тому же AWS сотрудничает с такими стартапами, как Maxar, BlackSky, Capella и D-Orbit, а не с традиционными спутниковыми игроками и операторами наземных станций. Вместе с тем компания сталкивается с большими проблемами при расширении своего рынка из-за конкуренции с существующими спутниковыми компаниями, предоставляя при этом только базовые облачные услуги.

Изображение: Microsoft Azure

В отличие от Amazon, Microsoft имеет платформу и экосистему для подключения к облаку компаний из различных отраслей, и Microsoft готова к сотрудничеству с другими спутниковыми компаниями. Сервис Azure Orbital предлагает обширную экосистему партнёрских возможностей, которая привлекает и SES с Viasat, и SpaceX. DIGITIMES Research предупреждает, что по мере увеличения экосистемы становится всё более сложным поддержание её стабильного роста экосистемы и синергии сотрудничества, и в перспективе Azure Orbital станет серьёзной проблемой для Microsoft.

По оценкам DIGITIMES Research, у AWS самые высокие потенциальные преимущества и риски в области спутниковых систем, в то время как у GCP самые стабильные потенциальные преимущества и самые низкие риски. Azure же занимает промежуточное положение — умеренные риски и умеренные преимущества на рынке.

Периферийные вычисления подразумевают работу достаточно мощных серверов в нестандартных условиях. Казалось бы, 400 километров — не такое уж большое расстояние. Но если это высота орбиты космической станции, то более «периферийное» место найти будет сложно. А ведь если человечество планирует и далее осваивать космос, оно неизбежно столкнётся и с проблемами, свойственными космическим ЦОД.

Первый космический суперкомпьютер, как его окрестили создатели из HPE, появился в 2017 году и успешно проработал на орбите 615 дней. Инженеры учли выявленные особенности работы такой системы на орбите и в прошлом году отправили на МКС Spaceborne-2 (SBC-2), который стал вдвое производительнее предшественника.

HPE Spaceborne-1

Хотя SBC-2 по земным меркам и невелик и состоит всего из двух вычислительных узлов (HPE Edgeline EL4000 и HPE ProLiant DL360 Gen10, совокупно чуть более 2 Тфлопс), это самая мощная компьютерная система, когда-либо работавшая в космосе. К тому же, это единственная космическая вычислительная система, оснащённая ИИ-ускорителем NVIDIA T4.

HPE Spaceborne-2 (Изображения: HPE)

Теперь же HPE сообщает, что эта машина меньше чем за год помогла в проведении 24 важных научных экспериментов. Всё благодаря достаточно высокой производительности. Одним из первых стал стал анализ генов — обработка данных непосредственно на орбите позволила снизить объём передаваемой информации с 1,8 Гбайт до 92 Кбайт. Но это далеко не единственный результат.

Так, ИИ-ускорители были задействованы для визуального анализа микроскопических повреждений скафандров, используемых для выхода в открытый космос. Они же помогли в обработке данных наблюдения за крупными погодными изменениями и природными катаклизмами. Также был проведён анализ поведения металлических частиц при 3D-печати в невесомости, проверена возможность работы 5G-сетей космических условиях, ускорены расчёты требуемых объёмов топлива для кораблей и т.д.

Ряд проблем ещё предстоит решить: в частности, в условиях повышенной космической радиации существенно быстрее выходят из строя SSD, что естественно для технологии, основанной на «ловушках заряда». По всей видимости, для дальнего космоса целесообразнее будет использовать накопители на базе иной энергонезависимой памяти. Впрочем, при освоении Луны или Марса полагаться на земные ЦОД тоже будет трудно, а значит, достаточно мощные вычислительные ресурсы придётся везти с собой.

Бытует мнение, что в космической отрасли используется всё самое лучшее, включая компьютерные компоненты. Это не совсем так: вы не встретите в космических аппаратах 18-ядерных Xeon и ускорителей Tesla. Во-первых, энергетические резервы за пределами Земли строго ограничены, и даже на МКС никто не будет тратить несколько киловатт на питание «космического суперкомпьютера». Во-вторых, практически вся электроника, работающая за пределами атмосферы, выпускается в специальном радиационно-стойком исполнении. Чаще всего за счёт техпроцессов «кремний на диэлектрике» (SOI) и «сапфировая подложка» (SOS), используется также биполярная логика вместо менее стойкой к внешним излучениям CMOS.

Мини-кластер в космическом исполнении. Охлаждение жидкостное

Мощными в космосе считаются такие решения, как BAE Systems серии RAD, особенно новая RAD5500 (от 1 до 4 ядер, 45-нм SOI, PowerPC, 64 бита). Четырёхъядерный вариант RAD5545 развивает производительность более 3,7 гигафлопс при потреблении около 20 ватт. Иными словами, вычислительные мощности в космосе тоже растут, но совсем иными темпами, нежели на Земле. Тому подтверждением служит недавно вступивший в строй на борту Международной космической станции компьютер HPE Spaceborne. Если на Земле мощность суперкомпьютеров измеряется десятками и сотнями петафлопс, то Spaceborne куда скромнее — судя по проведённым тестам, его вычислительная мощность достигает 1 терафлопса. Достигнута она путём сочетания современных процессоров Intel с ускорителями NVIDIA Tesla P100 (NVLink-версия).

Конфигурация каждого из узлов Spaceborne

Для космических систем это большое достижение, и не стоит иронизировать над этим показателем производительности. Интересно, что сама по себе система Spaceborne, доставленная на борт станции миссией SpaceX CRS-12, является своего рода экспериментом на тему «как чувствуют себя в космосе обычные компьютерные комплектующие». Это связка из двух серверов HPE Apollo 40 на базе Intel Xeon, объединённая сетью со скоростью 56 Гбит/с. 14 сентября на систему было подано питание (48 и 110 вольт), а недавно проведены первые тесты High Performance LINPACK.

Системы охлаждения и электропитания Spaceborne

Пока Spaceborne не будет использоваться для анализа научных данных или управления какими-либо системами станции. Его миссия — продемонстрировать то, насколько живучи обычные серверы в космосе. Результаты постоянных тестов будут сравниваться с аналогичной системой, оставшейся на Земле. Тем не менее, достижение первого терафлопса в космосе является своеобразным мировым рекордом. Это маленький шаг для супервычислений, но большой для всей космической индустрии, поскольку за Spaceborne явно последуют его более совершенные и мощные потомки.