La NASA a demandé à HPE de développer un super calculateur basé sur des serveurs standard, afin d’apporter à l’ISS des capacités de HPC, d’IA et de ML, lui permettant de traiter en local l’énorme masse de données récupérée par ses capteurs. Une machine basée sur des serveurs standard, pour limiter les coûts, mais qu’il a fallu adapter à l’Espace.

La NASA a réussi le 30 janvier le lancement à l’aide d’une fusée Falcon 9 de SpaceX, de la mission de ravitaillement NG-20 de Northrop Grumman. Elle a emporté plus de 20 charges utiles vers la Station Spatiale Internationale (International Space Station – ISS). Parmi ces charges utiles se trouve un ordinateur, le HPE Spaceborne Computer-2, qui va apporter à l’ISS des capacités de calcul haute performance (HPC), d’Intelligence Artificielle (IA) et d’apprentissage automatique (ML – Machine Learning), lui permettant de traiter en local l’énorme masse de données récupérée par ses capteurs, sans avoir besoin de la transférer pour traitement vers des stations à terre.

Cela devrait permettre de réduire de 30 000 fois la taille des téléchargements, libérant ainsi de la précieuse bande passante vers la Terre. A titre d’exemple, il y a à bord de l’ISS un dispositif physique qui séquence localement l’ADN. Chaque séquençage génère 22 Go de données. Plutôt que d’envoyer ces 22 Go de données vers la Terre, le Spaceborne Computer-2 les traitera à bord, produisant finalement un fichier de sortie de 235 Ko, réduisant ainsi le temps nécessaire pour partager les informations de recherche entre l’Espace et la Terre.

« Cet ordinateur spatial a le potentiel, non seulement d’accélérer le traitement des données dans l’espace, mais aussi d’accélérer l’échange de données entre la Terre et l’Espace », explique Mark Fernandez, chef de projet chez HPE pour le Spaceborne Computer-2. « En fin de compte, cela rationalise la recherche dans l’espace en renforçant l’utilisation de l’informatique de pointe (HPC), de l’Intelligence Artificielle (IA) et de l’apprentissage automatique (ML) dans la station spatiale. »

D’Apollo 40 au Edgeline EL4000

Cette machine a été conçue par Hewlett Packard Enterprise (HPE). C’est la troisième génération de l’ordinateur HPE Spaceborne, qui a la particularité d’être construit à partir de serveurs du commerce (COTS – Commercial Off-the-Shelf), pour en limiter les coûts, moyennant toutefois de multiples adaptations. En 2017 la première version était basée sur un serveur HPE Apollo 40. Il s’agissait en fait d’une Preuve de Concept d’un an pour tester son endurance face aux accélérations d’un lancement de fusée et ses capacités à fonctionner de manière transparente dans l’ISS.

À la suite de cette période d’essai réussie, la mission a été prolongée de six mois. Le Spaceborne Computer a alors été chargé de mener des recherches opérationnelles, qui ont donné le coup d’envoi à l’ère du calcul haute performance dans l’espace. Cette première étude a valu à HPE un Prix de l’Innovation ISS dans la catégorie Développement et démonstration technologiques.

La dernière génération, le Spaceborne Computer-2, est basée sur des serveurs HPE Edgeline EL4000 et HPE ProLiant DL360 Gen10. Pour travailler efficacement, cette machine dispose de plus de 130 To de stockage flash de Kioxia (la plus grande capacité de stockage jamais transportée vers la station spatiale lors d’une seule mission). Cela comprend quatre RM Series Value SAS SSD de 960 Go, huit XG Series NVMe de 1 024 Go et quatre SSD SAS PM6 Enterprise de 30,72 To. En outre, le système d’exploitation a été mis à jour, un logiciel d’assistance aux vols spatiaux de la NASA, ainsi qu’un nouveau superviseur de sécurité du système, ont été installés. Une fois à bord de la station spatiale, l’état de ces technologies sera contrôlé quotidiennement, afin d’évaluer leurs performances dans les conditions difficiles de l’Espace.

La recherche prévue grâce à ce Spaceborne Computer-2 comprend une expérience d’apprentissage fédéré (FL – Federated Learning) qui générera indépendamment des modèles de ML et des moteurs d’inférence qui, à l’origine, étaient créés dans le Cloud. L’expérience sera menée en collaboration avec des fournisseurs de Cloud Services, avec le double objectif de contribuer aux modèles d’entraînement ML utilisés sur Terre et de maintenir un moteur d’inférence IA à jour dans l’Espace.

Une conception adaptée à l’espace

Bien que basée sur des ordinateurs standard, la conception les Spaceborne Computer a été complétement revue pour s’adapter parfaitement à la place comptée dans l’ISS. Sur Terre, les racks informatiques sont de forme rectangulaire pour optimiser l’espace occupé lorsqu’ils sont mis dans des baies. Seulement l’ISS est un assemblage de modules de forme cylindrique. La conception des Spaceborne Computer a donc commencé par un exercice de géométrie, afin de concevoir un châssis personnalisé s’insérant parfaitement contre les parois cylindriques de la station et permettant une insertion latérale.

Il a aussi fallu totalement revoir les procédures de maintenance pour s’adapter à l’apesanteur. Tirer, soulever, saisir, manipuler des objets dans l’espace oblige l’astronaute à se stabiliser en s’accrochant à plusieurs points fixes. Impossible donc de suivre les instructions valables sur la Terre, au risque de se voir propulsé à travers la station spatiale. Il a donc fallu les adapter pour répondre aux normes spatiales de la NASA.

De même, dans l’espace toute chose flotte si elle n’est pas attachée à un point fixe. C’est ainsi que les ingénieurs, qui ont développé la première génération de Spaceborne Computer, ont pu découvrir lors de son retour sur Terre en 2019, que certains fils du câblage interne se sont aventurés trop près des ventilateurs de refroidissement du système, ce qui a usé leur isolant au fil du temps, libérant de la poussière, qui a heureusement été capturée par les filtres du système. Les concepteurs ont alors développé une solution pour sécuriser le câblage interne. Le problème et la solution ont été documentés pour améliorer la conception des futurs produits, qu’ils soient destinés à la Terre ou à l’Espace.

De nouveaux équipements

La première génération de Spaceborne Computer avait été développée en 13 mois, pour passer de la planche à dessin à l’Espace. Du coup, certaines solutions n’avaient pas été explorées. Ainsi à la demande de la NASA et des équipages, cette génération est équipée d’un port Ethernet 10 gigabits. Et bien que HPE considère généralement les ports USB sur les matériels des Data Centers comme une vulnérabilité qui doit être évitée, la station spatiale n’est pas exactement un Data Center classique, du coup, étant donné que l’équipage a besoin d’analyser des données fréquemment, des ports USB externes ont également été ajoutés au Spaceborne Computer-2.

Le Spaceborne Computer-2 est également équipé d’unités de traitement graphique (GPU) pour traiter efficacement les données à forte composante image nécessitant une résolution plus élevée, telles que des prises de vue des calottes glaciaires polaires de la Terre ou des radiographies médicales. Les capacités du GPU prendront également en charge des projets spécifiques utilisant des techniques d’IA et d’apprentissage automatique.

Le HPC et l’IA franchissent donc une nouvelle frontière, celle de l’Espace.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : https://www.issnationallab.org/release-ng20-hpe-spaceborne-computer2/