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太空数据中心的前沿技术探索与研究

2019-02-18 09:52
来源: 中国IDC圈

如今已进入商业化的时代。从卫星通信到新兴的加密货币存储,数据中心已经成为大量计算行动的发源地。而一些具有前瞻意识的人在太空中看到了更多的机会,甚至可能将数据中心发送到太空中。然而,发送数据中心的大量硬件需要经过详细的成本效益分析,并且仍然存在一些技术障碍。太空数据中心的概念尚未出现,但正在接近。

太空数据中心

更大规模、基于空间的计算和存储的成本前景正在改善,私人太空飞行正在促使价格下降。而简化的火箭设计、可互操作的部件以及可重复使用的自动着陆火箭等技术创新正在大幅降低太空技术成本。SpaceX公司创始人伊隆·马斯克声称发射一颗卫星的价格已经降低了3亿美元,而且发送设备的价格已降至每磅不到2,500美元。

与此同时,技术的小型化(例如可以将128 GB的数据存储作为钥匙环)使得在更小的空间提供更多容量成为可能。事实上,如今一部iPhone手机的性能比阿波罗太空时代的电脑都要强大。

太空数据中心的前沿技术探索与研究

尽管如此,向地球同步轨道发射一个成本高昂的数据中心需要耗费数十万千克燃料,这并不是一件小事。只有获得显著的优势才值得一试。以下是人们希望获得的好处:

(1)能源–根据调查,全球数据中心的能耗占到全球能耗资的10%。而太空数据中心设施可以获得丰富的太阳能,这极具吸引力。

(2)冷却–太空环境温度很低,温度越低,IT设备故障率越低,计算处理速度越快。

(3)一致性–太空对于人类来说是恶劣环境,而对计算机来说非常有用。没有风暴或其他极端天气,几乎没有湿气或灰尘,更重要的是,机械硬盘的运行可以在零重力的环境中更好地运行。

(4)准入性-将独立的太空舱置于发展中国家或荒凉地区的空间轨道上,可以提供比陆基数据中心更高的服务水平。

从低维护到免维护

太空数据中心吊舱将像卫星一样完全密封,并可能充满氮气。因为让系统管理员更换故障部件是不切实际的,所以这些设施需要完全自给自足,并且硬件非常可靠。

数据中心行业正在进行的重要工作将推动将该行业转变为太空所需的能力。标准机构Uptime Institute声称,超过70%的数据中心中断是由人为错误引起的。现在正在开发全自动、无人值守的数据中心,有朝一日可以整体打包。此外,高级“即插即用”模块化数据中心正在设计、配备并交付给迪拜国际机场等设施,而数据中心的硬件技术已经完全准备就绪。那么为什么不进入太空轨道?

微软公司正在推动其海底数据中心的发展。2018年早些时候,该公司在苏格兰的奥克尼群岛附近的水域放置了一个水下数据中心,利用海水进行自然冷却,同时该吊舱的位置更加接近人口中心。

他们承认水下数据中心无法维护是一个问题,但也是一个节约成本的机会。正如研究项目总监Ben Cutler所说的那样:“我们将数据中心放置在海底,我们的任务已经完成了,我们不会进行更换硬件等这样的维护工作。”

毋庸置疑,微软公司没有必要为此签订为期三年的OEM支持合同。但是,现成设备常见的故障足以损害对太空数据中心设施的投资,但与此同时,可用于太空的定制硬件也存在其自身的障碍。

太空数据中心的前沿技术探索与研究

面临的难题

将IT设备送入太空轨道(或更远)的核心挑战包括伴随起飞的巨大冲击力量和随后暴露在太阳辐射和太阳耀斑中。如今在太空中漂浮的设备,无论是卫星、国际空间站(ISS)还是火星探测器,都经过加固,能够抵御这些挑战。

这个过程很有效,但做到这点代价高昂。开发硬化加固设备也需要一定的时间。这就是为什么国际空间站的指挥和控制从20世纪80年代后期开始运用IT技术,而宇航员的笔记本电脑却仍是2007年生产的原因。

例如,当数量并不多时,这些问题是可以控制的,但是对于真正的太空数据中心来说,不可能与陆基数据中心进行竞争。人们希望采用一种更便宜的、基于软件的硬化方法可以允许使用当前的设备。

HPE公司正在测试一个概念。该公司向国际空间站发送了两台水冷外壳式服务器。采用的液体冷却技术,在服务器外部提供了一层保护壳,但其服务器内部是标准的硬件。该公司正在调查在太阳耀斑或辐射危害的情况下运行或关闭是否可以防止数据损坏。

其他方法依赖于冗余技术。例如,ConnectX公司正在推出一种专有的分布式弹性解决方案,以处理使系统无法运行的事件。人们虽然有很多想法,但还没有一个产品可以满足人们运行太空数据中心的梦想。

实际上这是一个难题

以合理的成本和生产规模制造硬化的IT设备可能是一个障碍,但它是一个可管理的障碍。更多关于太空数据中心概念的是网络。例如将数据从地球发送到轨道,反之亦然,不过速度相对较慢。

2016年,美国国家航空航天局(NASA)的太空网络能够达到300 Mbps的连接速度,每天传输大约28 TB的信息。它经历了多次升级,但在许多情况下,网络传输瓶颈仍然是一个挑战,例如卫星望远镜发送收集的大型图像文件。如果要将谷歌公司的服务器发送到地球同步轨道,科学家将需要找到以指数方式提高数据传输速率的方法。

还有一些公司在工作中采用一些有趣的解决方案,例如交织光束,以最大限度地提高射频吞吐量。美国国家航空航天局(NASA)本身正在测试和改进激光下行链路技术,该技术更快、更小、更轻、更安全。当大多数人已经对4G技术感到失望时,它是否能让消费者广泛使用?

如果人们能够解决这最后一个主要问题,并加速数据传输,那么遍布地球表面的边缘计算设施总有一天可能会出现在太空。

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