重返月球、探索火星，開源和AI如何引領宇宙科技變革？

編者注：本文作者Yan Fisher是紅帽公司（Red Hat）全球新興技術部門經(jīng)理。

2019年7月20日，是人類成功登月50周年紀念日。登月是人類最偉大的技術成就之一。

自1969年以來，技術發(fā)生了巨大的變化。曾經(jīng)幫助尼爾·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）、巴茲·奧爾德林（Buzz Aldrin）和Michael Collins登上月球的計算機系統(tǒng)和軟件與我們現(xiàn)在隨身攜帶的智能手機相比顯得蒼白無力。

五十年過去了，什么樣的科技革新將帶我們重返月球，以及未來人類太空飛行至火星甚至更遠的星球？

世界各地的研究機構和國家實驗室投入數(shù)十萬個小時研究每一個空間科學可以想象到的方面。而且，絕大多數(shù)用于所有研究的高性能計算 (HPC) 系統(tǒng)都在開源軟件的基礎上運行。

事實上，當今500強超級計算機百分百都通過某種形式在Linux服務器上運行。

因此，未來太空的探索很可能建立在開源理念的基礎上，研究人員和開發(fā)人員之間的共享知識，開展協(xié)作。成功將取決于開放技術促進國家間合作的程度，以及人工智能和機器學習領域的發(fā)展。

盡管這些雄心勃勃的目標可能需要數(shù)年的時間才能全面實施，但現(xiàn)在我們已經(jīng)看到了巨大的進展：開源軟件已經(jīng)在太空運行，AI和機器學習領域在航天器通信和導航的應用，以及對空間經(jīng)濟感興趣的商業(yè)公司數(shù)量正在增加。

HPE在2017年建造國際空間站的星載計算機時選擇了自己的高密度阿波羅服務器，將兆浮點運算能力從地球帶到太空，這大概不是巧合。星載計算機是安裝在特殊外殼中的現(xiàn)成系統(tǒng)。它運行非硬化硬件和軟件，并由開源操作系統(tǒng)控制。

航天器上的計算系統(tǒng)通常是高度專業(yè)化的，并有專門加固設計來保護其暴露于宇宙射線、引力或其他危險環(huán)境。然而，自1961年第一次載人航天飛行以來，關于硬件的加固和保護的觀點開始發(fā)生變化。如果人類能夠在長期承受嚴峻的環(huán)境變化，那么計算機硬件難道不也該如此嗎？

HPE和美國國家航空航天局（NASA）最初計劃將星載計算機任務作為為期一年的實驗。一年相當于宇宙飛船到達火星所需的時間。該任務的目標是在外層空間的敵對環(huán)境中運行計算機和數(shù)據(jù)密集型應用并確定太陽輻射在運行過程中對系統(tǒng)的影響。星載計算機在國際空間站上度過了615天，奔波近2.28億英里后，搭乘宇宙飛船SpaceX的Dragon 9于今年6月4日成功返回地球。

星載計算機項目的成果將幫助科學家找到在太空中無需昂貴和笨重的保護屏蔽或其他加固技術，直接使用現(xiàn)成硬件的新方法。星載計算機的成功也證實了使用標準操作系統(tǒng)和軟件的民用計算機可以用來作為將人類運送到火星的系統(tǒng)和軟件。這些機器也可以被送到火星表面，以供科學家和地面人員部署進行研究和實驗。

我們可以推測出計算機硬件將遵循與軟件、開源設計原則相同的模式，如在RISC-V中應有的模式，這將有助于創(chuàng)建能作為航天器運行或著陸艙控制中心的處理器。

降低電子設計的準入門檻是美國國防高級研究計劃局（DARPA）發(fā)起的一項倡議的主要目標之一，該倡議旨在與微電子界分擔研究費用，將微系統(tǒng)帶入一個創(chuàng)新的新時代。DARPA在一定程度上幫助了開源硬件設計。

同樣，我們需要從根本上改變我們處理計算基礎架構的方式——就像商品化和標準化將超級計算機從專有設計轉(zhuǎn)變?yōu)楦_放的設計一樣。

國際空間站上的一些計算機系統(tǒng)已有20-25年的歷史。它們一旦上了太空，通常就留在那里。我們現(xiàn)在使用的計算機比在太空中運行的計算機強大數(shù)千倍。

因此對于長期太空任務來說，可組合基礎設施的理念變得非常有意思。可組合基礎架構將計算、存儲和網(wǎng)絡設備視為資源池，可根據(jù)不同工作負載的需求按需實時進行預配。

該方法在從共享池請求和預配資源容量這點上，與公共云并無不同。但是，可組合基礎結(jié)構位于企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心。在這種情況下則在航天器上。

航天器從地球到軌道再到遙遠的行星，目的和計算需求逐漸改變。例如，在像Mars One計劃這樣的殖民化努力中，一旦航天艙著陸，航天器就不會離開火星。因此，機載計算系統(tǒng)需要采用"便攜式云"的形式，它可以自我感知并能夠智能地將自己重新配置基本元素，如CPU、內(nèi)存和存儲等。它們還需要運行通用操作系統(tǒng)和業(yè)務流程軟件。

對于人類來說，世界上最有價值的貨幣是時間，尤其是在解決問題的時候。機器學習和人工智能使人類能將時間集中在高價值問題上，從而改變行業(yè)。

這些技術在太空中能真正具有變革性。因為計算機可以在不涉及人工的情況下收集、分析和處理在飛行過程中獲得的數(shù)據(jù)。人工在太空非常昂貴——NASA在6月宣布，將以每人每晚約3.5萬美元的價格（除飛行費用）向個人開放國際空間站。

通過可組合基礎設施和AI技術，來消除對計算機技術員或工程師（或宇航員）的需求，意味著可以為更多專家騰出位子，而不是寄希望于宇航員是全能的。因此，從任務的角度來看，這意味著可以派遣更多具備必要技能的探險家和科學家完成任務，例如殖民火星。

人類實現(xiàn)登月得益于推陳出新。登陸火星甚至更遠的星球，需要從根本上改變我們部署現(xiàn)成、模塊化和自學的計算機基礎架構的方式。我們將需要重新評估我們設計軟件和硬件的方式。

整個公司生態(tài)系統(tǒng)將需要共同努力來突破目前認為可能性限制。這聽起來像是一個很高的要求，但正是這種精神，這種突破界限的意愿使阿波羅登月任務在50年前取得了成功。

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