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重返月球、探索火星!开源设计和AI如何为我们打开新世界的大门

作者: Jansfer

时间: 2019-07-24 11:57

7月20日,全球各地都在庆祝人类历史上最伟大的科技成果之一:登入月球50周年纪念。

自1969年以来,科技发生了翻天覆地的变化。那些将尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)和迈克尔·柯林斯(Michael Collins)带往最近毗邻天体的计算机系统和软件,与我们今天随身携带的智能手机相比,显得苍白无力。

经过五十年的风风雨雨,当我们着眼于重返月球,前往火星以及更远的地方时,有什么科技创新将助我们一臂之力呢?

开放与合作

为了研究太空科学的方方面面,世界各地的研究机构和国家实验室已经投入了数十万小时的精力。而且,令人欣慰的是,绝大多数用于研究的高性能计算(HPC)系统都运行开源软件。

事实上,目前500强的超级计算机100%以某种形式在Linux上运行。

因此,太空探索的未来很可能将建立在开放源码哲学的基础上,即研究人员和开发人员之间的知识共享和协作。太空探索的成功将取决于技术的开放程度和国家间的合作模式,以及人工智能和机器学习领域的进展。

尽管这些宏伟的目标需要经历数年后才能实现,但我们已经看到了很大的进步:开源软件已经运行在太空,AI和机器学习应用于宇宙飞船的通信和导航,并且,越来越多的商业公司进入空间经济领域。

航天器上的计算机

2017年,HPE在建造国际空间站(International Space Station)的星载计算机时,选择了自主研发的高密度阿波罗(Apollo)服务器,将1万亿次运算能力从地球带到太空,这可能并非巧合。星载计算机是一个安装在特殊外壳中的现成系统,它运行非固化的硬件和软件,并由开源操作系统控制。

航天器上的计算系统通常高度专一化,并经过特殊加固,以防止暴露在宇宙射线、引力和其他环境危害下。然而,自从1961年第一次载人航天飞行以来,关于加强和保护硬件的观点已经开始改变,如果人类能在很长一段时间内承受剧烈的环境变化,那么计算机硬件为什么不可以?

HPE和NASA最初将星载任务视作为期一年的实验,这大概是宇宙飞船到达火星所需的时间。其目的是在外太空的极端环境下运行计算机和数据密集的应用程序,并确定系统在运行时受太阳辐射的影响。在国际空间站上度过615天、飞行距离达2.28亿英里之后,星载计算机于今年6月4日、由SpaceX的龙9号飞船陆续送回地球。

太空项目的成果将帮助科学家们找到在太空中使用现成硬件的新方法,从而不需要昂贵而笨重的防护屏障或其他加固技术。该项目的成功也证实了使用标准操作系统和软件的商用电脑可胜任运输人类到火星的任务。这些机器先被运送到火星表面,然后由科学家和地面人员部署,进行研究和实验。

开源硬件和基础设施

据推测,计算机硬件将遵循与软件相同的模式,类似RISC-V中的开源设计原则,这将有助于制造驱动航天器或着陆模块的处理器。

降低电子设计的准入门槛是DARPA发起的一项计划的主要目标之一,该计划旨在与微电子行业分摊研究成本,从而将微系统带入科技创新的新时代。从这一点上来看,DARPA推动了开源硬件设计。

同样,我们需要在处理基础运算的方式上进行根本性的转变——就像商品化和标准化将超级计算机从专有设计转变为更开放的设计一样。

国际空间站上的一些计算机系统有20-25年的历史。因为一旦计算机进入太空,通常会被保留在那里。所以,我们如今在地球上使用的计算机比在太空中运行的计算机要强大几千倍。

对于扩展空间任务,可组合的模块化基础设施听起来非常有趣。可组合的基础设施将计算、存储和网络设备视为资源池,可以根据不同工作负载的需要实时地提供这些资源。

这种方法与公共云相似,因为资源量是从共享池中请求和供应的,可组合的基础设施位于企业数据中心的内部。然而,在这种情况下,模块化基础设施则在飞船上。

当你乘坐航天器从地球进入轨道,然后到遥远的行星,目标和计算需求会逐渐改变。例如,在火星一号这样的殖民行动中,一旦登月舱着陆,它就不会离开火星。因此,机载计算系统需要采用“可移植云”的形式,这种云模式能够自我感知,并能够智能地重新配置自己,细微至CPU、内存和存储等基本元素。而且,它们还需要能运行通用操作系统和编制软件。

用AI拓展人类的能力

对人类而言,世界上最有价值的货币就是时间,尤其是面临问题的时候。机器学习和人工智能正不断改变着人的生活,它们使得人类可以将时间花费在高价值的问题上。

在太空中,这些技术确实具有革命性,因为计算机可以自主收集、分析和处理飞行过程中获得的数据,而无需人工参与。众所周知,将一个人送入太空是非常昂贵的——NASA在6月份宣布,它将以每人每晚约3.5万美元的价格(不包括飞行费用)向私人开放国际空间站。

如果通过可组合的基础设施和人工智能免除了对计算机技术人员或工程师的需求(或者减少宇航员需要完成的许多任务中的一项),就可以为更多的专家腾出空间,而不是期望宇航员是“万事通”。因此,从任务的角度来看,这意味着可以派遣更多仅具有基本技能的探险家和科学家去开拓火星。

坚持创新、打破传统是人类能够登上月球的关键。若要到达这颗红色星球以及更远的地方,我们需要在部署现成的、模块化的和自学习的计算机基础设施的方式上进行根本性的转变,我们必须重新评估设计软件和硬件的方式。全球的航天公司将要共同努力,打破目前认为可能的极限。这听起来似乎是一个很高的要求,但正是这种精神,这种跨越极限的意愿,使得阿波罗计划在50年前大获成功。

参考:https://venturebeat.com/2019/07/20/how-open-source-and-ai-can-take-us-to-the-moon-mars-and-beyond/

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