ارسال هوش مصنوعی به ماه؛ کامپیوتر فضایی نسل چهارم HPE روی ماه‌نورد FLIP مستقر می‌شود

ایده دیتاسنترهای مداری در فضا را فعلاً کنار بگذارید؛ زیرا پیش از پایان سال جاری میلادی، شرکت هیولت پاکارد انترپرایز (HPE) هوش مصنوعی را مستقیماً روی سطح ماه به اجرا درخواهد آورد.

این ماجرا صرفاً یک رؤیاپردازی جاه‌طلبانه مدیریتی نیست. شرکت HPE سال‌ها است پلتفرم‌های محاسباتی مداری را برای ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) توسعه می‌دهد و اکنون قصد دارد نسل چهارم کامپیوتر فضایی خود موسوم به Spaceborne Computer را سوار بر ماه‌نورد FLIP (پلتفرم نوآوری ماه استرولب) راهی قمر زمین کند.

این ماه‌نورد که بخشی از برنامه خدمات محموله تجاری به ماه (CLPS) ناسا به شمار می‌رود، قرار است اواخر سال جاری میلادی توسط فرودگر گریفین-۱ (Griffin-1) متعلق به شرکت وویاجر تکنالوجیز در نزدیکی قطب جنوب ماه فرود بیاید.

در صورت فرود موفقیت‌آمیز بر سطح ماه، ماه‌نورد FLIP به بستری آزمایشی برای مجموعه‌ای از فناوری‌های نوظهور، از جمله جدیدترین پلتفرم محاسباتی فضایی HPE، تبدیل خواهد شد.

به‌طور مشخص، کامپیوتر فضایی نسل چهارم که به‌اختصار SBC4 نامیده می‌شود، در طول مأموریت یک‌ساله این ماه‌نورد در قطب ماه، مجموعه‌ای از آزمایش‌های متمرکز بر هوش مصنوعی و رایانش با کارایی بالا (HPC) را اجرا خواهد کرد.

آنچه تاکنون درباره کامپیوتر فضایی SBC4 می‌دانیم

تراشه و سخت‌افزار اصلی تأمین‌کننده توان پردازشی SBC4 هنوز تا حدی در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. بر اساس گزارش‌ها، دلیل اصلی این پنهان‌کاری به ماهیت فوق‌العاده پرریسک مأموریت مربوط می‌شود؛ چراکه در صورت بروز هرگونه نقص فنی در سخت‌افزار، شریک تجاری HPE تمایلی ندارد نام برندش با این شکست پیوند بخورد.

ظاهراً دستیابی به افتخار بدون پذیرش ریسک‌های بزرگ ممکن نیست؛ هرچند شرکت کیوکسیا (Kioxia) چندان نگران به نظر نمی‌رسد و بدون ترس وارد این میدان شده است.

آنچه تا این لحظه مشخص شده، این است که سیستم مذکور به یک واحد پردازش مرکزی (CPU) کم‌مصرف، یک پردازنده گرافیکی (GPU) و دو درایو حالت جامد (SSD) شرکت کیوکسیا با پیکربندی آینه‌ای و مجموع ظرفیت ۱ ترابایت مجهز است. با وجود اینکه SBC4 در زمره قدرتمندترین کامپیوترهای مستقر روی ماه قرار خواهد گرفت، اما همچنان سیستمی بسیار جمع‌وجور است؛ زیرا ماه‌نورد FLIP بودجه نامحدودی برای تأمین برق یا مدیریت حرارت در اختیار ندارد و رادیاتورهای آن تنها قادر به دفع حجم مشخصی از گرما هستند.

ابعاد این سیستم حدود ۵ در ۱۰ اینچ و ضخامت آن تقریباً ۱ اینچ است؛ اندازه‌ای که چندان بزرگ محسوب نمی‌شود، اما فضا برای میزبانی از پلتفرم‌های محاسباتی گوناگون را دارد. پردازنده این دستگاه می‌تواند تراشه GB10 انویدیا، Xilinx Versal AI متعلق به AMD یا حتی قطعاتی برگرفته از یک گوشی هوشمند قدیمی باشد؛ موضوعی که تا زمان روشن شدن و آغاز به کار دستگاه در ماه مشخص نخواهد شد.

در نقطه مقابل، مأموریت‌ها و برنامه‌های اجرایی SBC4 کاملاً شفاف و مشخص است. ناسا قصد دارد مجموعه‌ای از آزمایش‌های مربوط به مدل‌های زبانی بزرگ (LLM) بهینه‌سازی‌شده را روی این سیستم اجرا کند؛ از جمله یک سیستم تولید تقویت‌شده با بازیابی اطلاعات (RAG) که به جستجو و تفسیر اسناد فنی داخلی ماه‌نورد کمک خواهد کرد. علاوه بر این، اجرای الگوریتم‌های یادگیری ماشین روی داده‌های دریافتی از دوربین‌ها و سنسورهای لایدار (LiDAR) نیز بر عهده این سیستم خواهد بود.

با این حال، بدون اطلاع از ابعاد و تعداد پارامترهای این مدل‌های زبانی، حدس زدن مشخصات دقیق سخت‌افزار زیربنایی دشوار است. طبق اعلام مسئولان پروژه، جزئیات بیشتر درباره تراشه‌های به کار رفته در SBC4 پس از راه‌اندازی موفقیت‌آمیز دستگاه روی ماه اعلام خواهد شد.

در کنار هوش مصنوعی، SBC4 چندین بنچمارک رایانش با کارایی بالا (HPC) را نیز برای سنجش حداکثر توان پردازشی سیستم اجرا خواهد کرد. این آزمون‌ها شامل Linpack با کارایی بالا (HPL) و گرادیان مزدوج با کارایی بالا (HPCG) هستند؛ اقدامی که باعث می‌شود HPE و استرولب به‌زودی افتخار ثبت نخستین نتیجه رسمی در فهرست ابرکامپیوترهای برتر جهان (Top500) از مبدأ یک جرم آسمانی دیگر را به نام خود رقم بزنند.

سیستم‌های HPE نه تنها توان پردازشی برخی از سریع‌ترین ابرکامپیوترهای روی زمین را تأمین می‌کنند، بلکه به‌زودی می‌توانند جایگاه نخست قدرتمندترین کامپیوتر روی ماه را نیز از آن خود کنند؛ هرچند که در شرایط فعلی، رقیب دیگری در آنجا برای رقابت وجود ندارد.

گذشته از جنبه‌های تبلیغاتی و رکوردشکنی، بار پردازشی سنگینی مانند بنچمارک HPL می‌تواند کاربرد حیاتی دیگری نیز داشته باشد: گرمای حاصل از پردازش سنگین به جلوگیری از یخ‌زدگی ماه‌نورد در طول شب‌های تقریباً ۱۴ روزه و فوق‌العاده سرد ماه در طول مأموریت کمک خواهد کرد.

مقاوم‌سازی کامپیوتر SBC4 برای شرایط خشن ماه

این ماه‌نورد و به تبع آن کامپیوتر SBC4، باید با فشارهای ناشی از لرزش‌های شدید هنگام پرتاب و فرود، نوسانات شدید دما و البته پرتوهای کیهانی و تشعشعات خورشیدی دست‌وپنجه نرم کنند؛ چراکه ماه بر خلاف زمین از اتمسفر ضخیم و میدان مغناطیسی محافظ برای دفع این پرتوها بی‌بهره است.

اما آن‌طور که مشخص شده، تشعشعات فضایی شاید آن‌قدرها که تصور می‌شود چالش‌برانگیز نباشد. به گفته فرناندز، کامپیوتر SBC4 تا حد زیادی از قطعات تجاری موجود در بازار، از جمله درایوهای حالت جامد استاندارد، سرهم‌بندی شده است.

این پلتفرم محاسباتی از درایوهای استاندارد Kioxia BG6 M.2 بهره می‌برد و خط اصلی دفاعی آن برای حفظ داده‌ها، آرایه نرم‌افزاری RAID 1 است.

مارک فرناندز، دانشمند ارشد فناوری‌ها و راهکارهای فضایی HPE، در این باره توضیح می‌دهد: «این ساختار یک آینه بی‌صدا است. اولویت بوت سیستم ابتدا تلاش برای خواندن یکی از درایوها است و اگر مشکلی رخ داده باشد، بلافاصله به سراغ درایو دیگر می‌رود. ما با تکیه بر تجربه ۹ ساله خود در استفاده از درایوهای ذخیره‌سازی در ایستگاه فضایی بین‌المللی، حتی ناسا را متقاعد کردیم که برای عملکرد در فضا نیازی به انجام کارهای پیچیده و خاص نیست.»

با این وجود، همیشه چنین دیدگاهی حاکم نبوده است. در نسخه‌های اولیه کامپیوترهای فضایی، نرخ خرابی حافظه‌های SSD بسیار بالا گزارش شده بود؛ اما بررسی‌ها نشان داد همان درایوها روی زمین نیز با نرخ خرابی مشابهی مواجه می‌شدند. فرناندز توضیح می‌دهد علت این خرابی‌ها پرتوهای کیهانی یا ذرات پرانرژی خورشید نبود، بلکه به خازن‌های بی‌کیفیت ارتباط داشت: «از سال ۲۰۱۹ تاکنون، نرخ خرابی درایوهای SSD ما به صفر رسیده است.»

اگرچه قطعات الکترونیکی تجاری دست‌کم در چارچوب مأموریت FLIP مقاومت شگفت‌انگیزی در برابر پرتوها از خود نشان می‌دهند، شرکت HPE سرمایه‌گذاری سنگینی روی افزونگی و بازیابی مبتنی بر نرم‌افزار انجام داده است.

فرناندز این رویکرد را «مقاوم‌سازی سخت‌افزار از طریق نرم‌افزار» می‌نامد. در این روش، چرخه‌های پردازشی بلااستفاده پردازنده مرکزی به‌طور پیوسته برای پایش و مقایسه شاخص‌های سخت‌افزاری با جدول وضعیت به کار گرفته می‌شوند. چنانچه پارامتری از آستانه مجاز فراتر رود، SBC4 فوراً اقداماتی برای محافظت از خود انجام می‌دهد.

او در تشریح این راهکار می‌گوید: «در نگاه کلی، منطق ما این است: اولویت سیستم کار با حداکثر سرعت است؛ اگر این امر ممکن نباشد، سرعت را کاهش می‌دهد. اگر این هم مقدور نباشد، سیستم روشن و بوت‌شده باقی می‌ماند اما هیچ برنامه‌ای اجرا نمی‌کند تا سرور شاید به حالت عادی برگردد. در بدترین حالت نیز خاموش شدن را به آسیب دیدن ترجیح می‌دهد.»

پردازش داده‌ها در دوردست‌ترین لبه ارتباطی

ماه‌نورد FLIP اساساً به‌عنوان یک وسیله اثبات مفهوم طراحی شده است؛ به این معنا که نقش بستری آزمایشی را برای فناوری‌هایی ایفا می‌کند که ممکن است در مأموریت‌های آینده ماه به کار گرفته شوند.

بهره‌گیری از SBC4 واقعیت‌های کار در دورترین لبه مدار زمین را به تصویر می‌کشد. تاخیر ارتباطی میان زمین و ماه به‌هیچ‌وجه به اندازه تاخیر رفت‌وبرگشت ۴۴ دقیقه‌ای مریخ نیست، اما حتی تأخیر ۲٫۵ ثانیه‌ای نیز کنترل لحظه‌ای از هیوستون، یا در این پرونده از مرکز کنترل مأموریت استرولب در هاوتورن کالیفرنیا (که زیرساخت ابری خصوصی Greenlake شرکت HPE توان‌بخش آن است) را بسیار دشوار و دست‌وپاگیر می‌کند.

مسئله دیگری که شرایط را پیچیده‌تر می‌کند، محدودیت شدید پهنای باند مخابراتی ماه‌نورد است. هنگامی که فضاپیمای آرتمیس ۲ در اوایل سال جاری میلادی به دور ماه گردش کرد، فضانوردان به دلیل کمبود پهنای باند نتوانستند تصاویر با وضوح بالا را به‌صورت لحظه‌ای به زمین ارسال کنند و تنها در مسیر بازگشت به زمین بود که موفق شدند کانال ارتباطی پهنی برای انتقال تصاویر با کیفیت اصلی برقرار سازند.

به همین دلیل، فرناندز تأکید می‌کند که کامپیوتر SBC4 برای فعالیت در «دوردست‌ترین نقطه رایانش لبه‌ای» طراحی شده است.

با توجه به محدودیت‌های پهنای باند، پردازش محلی بخش عمده داده‌ها و اطلاعات تله‌متری ثبت‌شده توسط دوربین‌ها، سنسورهای لایدار و حسگرهای محیطی ماه‌نورد، راهکاری به‌مراتب ساده‌تر و منطقی‌تر خواهد بود.

جارت متیوز، مدیرعامل استرولب، در این باره می‌گوید: «اولویت حیاتی این است که به‌جای ارسال انبوه داده‌های خام، تا حد امکان تحلیل‌ها و نتایج پالایش‌شده را به زمین بفرستیم؛ بنابراین برخورداری از توان محاسبات لبه‌ای برای پردازش محلی داده‌های خام، صرفه‌جویی چشمگیری در پهنای باند مخابراتی زمین به‌همراه دارد.»

متیوز تنها کسی نیست که چنین دیدگاهی دارد. اوایل سال جاری میلادی، جنسن هوانگ، مدیرعامل انویدیا، در جریان گزارش مالی سه‌ماهه اول شرکت، چالش‌ها و فرصت‌های رایانش فضایی را برای تحلیلگران تشریح کرد.

هوانگ در آن زمان گفت: «مسائل محاسباتی متعددی وجود دارد که واقعاً باید در خود فضا انجام شوند. یکی از بهترین کاربردهای پردازنده‌های گرافیکی در فضا، پردازش تصویر است. برای انجام تصویربرداری در مقیاس‌های بسیار وسیع، وضوح فوق‌العاده بالا و با سرعت بسیار زیاد، نمی‌توان پتابایت‌ها داده تصویری را به زمین فرستاد و پردازش کرد؛ انجام مستقیم این پردازش‌ها در خود فضا بسیار آسان‌تر است.»

بلندپروازی‌های دیگران حتی از این هم فراتر می‌رود. شرکت‌های گوگل، آمازون و اسپیس‌ایکس همگی از دیتاسنترهای مداری مجهز به انرژی خورشیدی به‌عنوان پاسخی به محدودیت‌های تأمین برق روی زمین یاد می‌کنند؛ ایلان ماسک حتی مدعی است که در آینده دیتاسنترهای اعماق فضا را روی ماه تولید خواهد کرد و با پرتاب‌کننده‌های الکترومغناطیسی (Mass Driver) به دوردست‌های منظومه شمسی خواهد فرستاد. با این حال، توجیه اقتصادی پرتاب این انبارهای عظیم داده به مدار نزدیک زمین هنوز اثبات نشده و تا این لحظه غیراقتصادی است.

با وجود این چالش‌ها، مدیران و مسئولان در HPE، استرولب، کیوکسیا و ناسا همچنان معتقدند که احداث دیتاسنترهای فضایی در درازمدت کاملاً امکان‌پذیر و عملی خواهد بود.

ماه‌نورد FLIP؛ آزمایشگاهی متحرک در قطب جنوب ماه

کامپیوتر فضایی نسل چهارم HPE یکی از چندین محموله علمی و تحقیقاتی مستقر بر ماه‌نورد FLIP خواهد بود.

ماه‌نورد FLIP بزرگ‌ترین ماه‌نوردی خواهد بود که ایالات متحده پس از ماه‌نورد سرنشین‌دار برنامه آپولو به فضا پرتاب می‌کند و به‌هیچ‌وجه کوچک نیست. این ماه‌نورد که توسط استرولب طراحی شده، حدود ۷ فوت (۲٫۱۳ متر) طول و نزدیک به نیم تن وزن دارد و سرشار از دوربین‌ها، سنسورهای متعدد و حتی یک ویدئو پروژکتور است؛ پروژکتوری که در مأموریت‌های سرنشین‌دار آینده روی سطح ماه جایگزین نمایشگرهای LCD خواهد شد.

در مأموریت FLIP، این پروژکتور بیشتر برای نمایش لوگوی شرکای تجاری روی سطح ماه و به‌عنوان یک ترفند تبلیغاتی به کار خواهد رفت تا هزینه‌های عملیاتی تأسیسات استرولب در هاوتورن تأمین شود؛ شرکتی که هم‌زمان روی ماه‌نورد بزرگ‌تر FLEX کار می‌کند؛ وسیله‌ای که متیوز آن را نوعی وانت فورد F-150 یا تراکتور کاترپیلار برای ماه توصیف می‌کند.

گذشته از تجهیزات علمی، پنل‌های خورشیدی و رادیاتورها، بارزترین ویژگی ظاهری ماه‌نورد FLIP احتمالاً چرخ‌های بسیار بزرگ آن است. این چرخ‌ها به‌همراه پک باتری ماه‌نورد توسط شرکت ونتوری اسپیس (Venturi Space) توسعه یافته‌اند و به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که عملکردی مشابه تایرهای بادی داشته باشند، اما بدون استفاده از هوا یا لاستیک. ابعاد بزرگ آن‌ها نیز هدفمند انتخاب شده است؛ زیرا قرار است دقیقاً از همین چرخ‌ها در ماه‌نورد سرنشین‌دار CLV-1 ناسا که پرتاب آن برای سال ۲۰۲۸ برنامه‌ریزی شده، استفاده شود.

همان‌گونه که FLIP برای شرکت HPE میدانی آزمایشی جهت محک زدن پلتفرم محاسباتی روی ماه فراهم می‌کند، برای چرخ‌های ابداعی ونتوری نیز همین نقش را ایفا خواهد کرد.

کامپیوتر فضایی نسل چهارم و ماه‌نورد FLIP قرار است اواخر سال جاری میلادی سوار بر موشک فالکون هوی (Falcon Heavy) اسپیس‌ایکس به فضا پرتاب شوند و با فرودگر گریفین-۱ استروباتیک به قطب جنوب ماه انتقال یابند.

فرودگر گریفین در دسته فرودگرهای اندازه متوسط طبقه‌بندی می‌شود و محیط دور آن تقریباً ۱۵ فوت (حدود ۴٫۵ متر) و ارتفاعش ۶٫۵ فوت (حدود ۲ متر) است.

این فرودگر به ۷ موتور اصلی مجهز شده است که مسئولیت تمام مانورها از جمله تزریق به مدار انتقال ماه، تصحیح مسیر، ورود به مدار ماه و فرود مهارشده بر سطح را بر عهده دارند. هم‌زمان، ۴ خوشه از پیشران‌های کنترل وضعیت نیز فرودگر را در جهت و زاویه صحیح نگه خواهند داشت.

انتظار می‌رود ماه‌نورد FLIP پیش از پایان سال جاری میلادی در نزدیکی منطقه کوه موتون (Mons Mouton) در حاشیه قطب جنوب ماه فرود بیاید.