重返月球、探索火星，開源和AI如何引領(lǐng)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(shù)部門經(jīng)理。

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

自1969年以來，技術(shù)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件與我們現(xiàn)在隨身攜帶的智能手機(jī)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(yuǎn)的星球？

世界各地的研究機(jī)構(gòu)和國家實(shí)驗(yàn)室投入數(shù)十萬個(gè)小時(shí)研究每一個(gè)空間科學(xué)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(jì)算 (HPC) 系統(tǒng)都在開源軟件的基礎(chǔ)上運(yùn)行。

事實(shí)上，當(dāng)今500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)百分百都通過某種形式在Linux服務(wù)器上運(yùn)行。

因此，未來太空的探索很可能建立在開源理念的基礎(chǔ)上，研究人員和開發(fā)人員之間的共享知識(shí)，開展協(xié)作。成功將取決于開放技術(shù)促進(jìn)國家間合作的程度，以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的發(fā)展。

盡管這些雄心勃勃的目標(biāo)可能需要數(shù)年的時(shí)間才能全面實(shí)施，但現(xiàn)在我們已經(jīng)看到了巨大的進(jìn)展：開源軟件已經(jīng)在太空運(yùn)行，AI和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域在航天器通信和導(dǎo)航的應(yīng)用，以及對(duì)空間經(jīng)濟(jì)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(jì)算機(jī)時(shí)選擇了自己的高密度阿波羅服務(wù)器，將兆浮點(diǎn)運(yùn)算能力從地球帶到太空，這大概不是巧合。星載計(jì)算機(jī)是安裝在特殊外殼中的現(xiàn)成系統(tǒng)。它運(yùn)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(jì)算系統(tǒng)通常是高度專業(yè)化的，并有專門加固設(shè)計(jì)來保護(hù)其暴露于宇宙射線、引力或其他危險(xiǎn)環(huán)境。然而，自1961年第一次載人航天飛行以來，關(guān)于硬件的加固和保護(hù)的觀點(diǎn)開始發(fā)生變化。如果人類能夠在長(zhǎng)期承受嚴(yán)峻的環(huán)境變化，那么計(jì)算機(jī)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(jì)劃將星載計(jì)算機(jī)任務(wù)作為為期一年的實(shí)驗(yàn)。一年相當(dāng)于宇宙飛船到達(dá)火星所需的時(shí)間。該任務(wù)的目標(biāo)是在外層空間的敵對(duì)環(huán)境中運(yùn)行計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用并確定太陽輻射在運(yùn)行過程中對(duì)系統(tǒng)的影響。星載計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)項(xiàng)目的成果將幫助科學(xué)家找到在太空中無需昂貴和笨重的保護(hù)屏蔽或其他加固技術(shù)，直接使用現(xiàn)成硬件的新方法。星載計(jì)算機(jī)的成功也證實(shí)了使用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)和軟件的民用計(jì)算機(jī)可以用來作為將人類運(yùn)送到火星的系統(tǒng)和軟件。這些機(jī)器也可以被送到火星表面，以供科學(xué)家和地面人員部署進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。

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

降低電子設(shè)計(jì)的準(zhǔn)入門檻是美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)起的一項(xiàng)倡議的主要目標(biāo)之一，該倡議旨在與微電子界分擔(dān)研究費(fèi)用，將微系統(tǒng)帶入一個(gè)創(chuàng)新的新時(shí)代。DARPA在一定程度上幫助了開源硬件設(shè)計(jì)。

同樣，我們需要從根本上改變我們處理計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的方式——就像商品化和標(biāo)準(zhǔn)化將超級(jí)計(jì)算機(jī)從專有設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦_放的設(shè)計(jì)一樣。

國際空間站上的一些計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)比在太空中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大數(shù)千倍。

因此對(duì)于長(zhǎng)期太空任務(wù)來說，可組合基礎(chǔ)設(shè)施的理念變得非常有意思?？山M合基礎(chǔ)架構(gòu)將計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視為資源池，可根據(jù)不同工作負(fù)載的需求按需實(shí)時(shí)進(jìn)行預(yù)配。

該方法在從共享池請(qǐng)求和預(yù)配資源容量這點(diǎn)上，與公共云并無不同。但是，可組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(yuǎn)的行星，目的和計(jì)算需求逐漸改變。例如，在像Mars One計(jì)劃這樣的殖民化努力中，一旦航天艙著陸，航天器就不會(huì)離開火星。因此，機(jī)載計(jì)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(chǔ)等。它們還需要運(yùn)行通用操作系統(tǒng)和業(yè)務(wù)流程軟件。

對(duì)于人類來說，世界上最有價(jià)值的貨幣是時(shí)間，尤其是在解決問題的時(shí)候。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能使人類能將時(shí)間集中在高價(jià)值問題上，從而改變行業(yè)。

這些技術(shù)在太空中能真正具有變革性。因?yàn)橛?jì)算機(jī)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(jià)格（除飛行費(fèi)用）向個(gè)人開放國際空間站。

通過可組合基礎(chǔ)設(shè)施和AI技術(shù)，來消除對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)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(wù)的角度來看，這意味著可以派遣更多具備必要技能的探險(xiǎn)家和科學(xué)家完成任務(wù)，例如殖民火星。

人類實(shí)現(xiàn)登月得益于推陳出新。登陸火星甚至更遠(yuǎn)的星球，需要從根本上改變我們部署現(xiàn)成、模塊化和自學(xué)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)架構(gòu)的方式。我們將需要重新評(píng)估我們?cè)O(shè)計(jì)軟件和硬件的方式。

整個(gè)公司生態(tài)系統(tǒng)將需要共同努力來突破目前認(rèn)為可能性限制。這聽起來像是一個(gè)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(wù)在50年前取得了成功。

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