מהירח למאדים: כיצד מחשוב יעזור לאנושות לבצע את הקפיצה הענקית הבאה?
מאת: יאן פישר, 18.7.19, 16:47

הגעה למאדים תדרוש שינוי מהותי בדרך בה משתמשים בתשתיות מחשב מהמדף, שהן מודולריות ובעלות יכולת למידה עצמית, ובדרך בה מתכננים חומרה. אין מקום טוב יותר למצוא בו חדשנות ושיתופיות מאשר בקהילות הקוד הפתוח. פתיחות ושקיפות הן מפתח להצלחה, וזו הסיבה לכך, שנאסא פותרת חלק מבעיותיה הגדולות ביותר עם תוכנות קוד פתוח ומיקור-המונים.
 
אין ספק, שהנחיתה על הירח לפני 50 שנה היא אחד ההישגים הטכנולוגיים הגדולים ביותר של האנושות. הטכנולוגיות, שהובילו אותנו לירח, מחווירות ביחס לסמארטפונים, שיש לנו בכיסינו היום. אבל, מה היו החידושים הטכנולוגיים, שהביאו אותנו לירח, ומהם החידושים, שייקחו אותנו למאדים?

המחשב, שהוביל אותנו לירח, היה בגודל של תיק ג'יימס בונד. מעולם לא היה דבר כזה קודם לכן - מחשב דיגיטלי נייד לשימושים כלליים.

היה זה המזעור של רכיבי מחשוב, הודות למהנדס החשמל ג'ק קילבי מטקסס, אינסטרומנטס שהמציא את המעגל המשולב, שאפשר להתקין מחשבים בספינות חלל.

משימת אפולו 11 הייתה המשימה הראשונה בה תוכנה פעלה על הירח. בסופו של דבר, הייתה זו העבודה המשולבת של נאסא ושל MIT, שסייעה ליצור את העידן הדיגיטלי בחלל.

מתכוננים לשלב הבא של חקר החלל
כנראה, שאין זה מקרי, שחברת HPE בחרה בשרתי Apollo שלה לבניית ה-Spaceborne Computer, שמביא עוצמת מחשוב של טרה-פלופ מכדור הארץ לחלל. ה-Spaceborne Computer היא מערכת-מדף, שמותקנת במארז מיוחד, כך, שתתאים באופן מעשי לתחנת החלל הבינלאומית (ISS).

כ"כ, מריצה ה-Spaceborne Computer חומרה ותוכנה לא מוקשחות, והיא נשלטת ע"י מערכת הפעלה בקוד פתוח - Red Hat Enterprise Linux.

בד"כ, מערכות חשמל בספינות חלל הן מאוד ייעודיות ומוקשחות במיוחד כדי להגן נגד חשיפה לקרניים קוסמיות, כוחות משיכה וסיכונים סביבתיים נוספים.

עם זאת, מאז טיסת החלל המאוישת הראשונה ב-1961, החלו חילוקי דעות סביב ההקשחה וההגנה של החומרה. אם בני אדם מסוגלים לעמוד בשינויים סביבתיים קיצוניים לתקופות זמן ארוכות, אז גם חומרת מחשוב צריכה להיות מסוגלת לכך.

HPE ונאסא תכננו במקור את משימת Spaceborne Computer כניסוי, שיימשך שנה אחת, על כמות הזמן, שתידרש לחללית להגיע למאדים. המטרה הייתה להריץ מחשוב ויישומים עתירי נתונים באקלים קרינה משתנה, ולקבוע את ההשפעות של קרינת השמש על המערכות תוך פעולה.

ב- 4.6.19, אחרי 615 ימים על תחנת החלל הבינלאומית ומסע של קרוב ל-228 מיליון מיילים (כ-365 מיליון קילומטרים), הוחזרה ה-Spaceborne Computer בהצלחה לכדור הארץ ע"י ספינת החלל Dragon 9 של SpaceX.

כאשר אנו מצפים להגיע לציון הדרך הבא של חקר החלל, כמו נחיתה על מאדים, התוצאות של פרויקט זה יעזרו למדענים למצוא דרכים חדשות של שימוש בחומרה מהמדף בחלל, ללא צורך במארז מגן יקר ומכביד.

זה גם מאשר שמחשבי קומודיטי, שמשתמשים במערכת הפעלה ותוכנות סטנדרטיות, יכולים לשמש להבאת בני אדם למאדים. מכונות אלו תוכלנה לשמש על קרקע הכוכב האדום מדענים וצוותי קרקע לביצוע מחקרים וניסויים.

הגדלת פתיחות ושיתופיות
בחזרה לכדור הארץ. מכוני מחקר ומעבדות לאומיות ברחבי העולם משקיעים מאות אלפי שעות מחקר לכל היבט אפשרי של מדע החלל.  ובאופן גורף, מערכות מחשוב עתיר ביצועים (HPC) המשמשות למחקר מריצות תוכנות קוד פתוח.

למעשה,  100% מה-TOP500 של מחשבי-על מריצים צורה כלשהי של לינוקס, כאשר 2 המובילים, Summit ו-Sierra, מריצים Red Hat Enterprise Linux. לכן, אין זה בלתי סביר, שמרחב השותפים (אקוסיסטם) של חקר החלל, ייבנה על היסודות של שיתוף המידע ותרומתו למאגר הידע הכללי, בדומה לאופן בו פועל מרחב השותפים של תוכנות קוד פתוח.

הרכיבים העיקריים של הצלחת מרחב שותפים זה הם:
השימוש בטכנולוגיות קוד פתוח לעידוד שיתוף פעולה בין מדינות;
מחקר מדעי מונחה בינה מלאכותית (AI);
השתתפות פעילה של חברות מסחריות, כמו SpaceX, שתתגבר את המאמצים המדינתיים ותספק מימון נוסף למחקר אקדמי.

בעוד אלה הם יעדי העל, שיידרשו שנים רבות להשגתם, אנו כבר רואים התקדמויות גדולות המתבצעות בכל היבט. תוכנות קוד פתוח כבר פועלות בחלל, AI/ML משמשות בתקשורת וניווט חלליות, ומספרן של החברות המסחריות המעוניינות בחלל הולך וגדל.

הרחבת חדשנות קוד פתוח לתכנון חומרה
ניתן להעריך, שחומרת מחשבים תלך בעקבות אותו דגם של תוכנה, ומאמץ משותף של גורמים רבים, שמשתמשים בעקרונות תכנון קוד פתוח, כמו אלה המשמשים ב-RISC-V, ייצרו מעבדים המריצים את המוח של ספינת החלל או של מודול הנחיתה.

הנמכת מחסום הכניסה עבור תכנון אלקטרוני היא אחד היעדים העיקריים של יוזמה שהושקה ע"י DRAPA, שנועדה לעבוד עם קהילת המיקרו-אלקטרוניקה ליצירת סדר יום מחקרי שיתופי בפעילות ובעלויות, כדי להביא מיקרו-מערכות לעידן חדש של חדשנות. DRAPA מסייעת במידה מסוימת לתכנוני חומרה בקוד פתוח.

פרויקט DRAPA עשוי להוזיל את נקודת התכנון של מעבד ממיליארדי דולרים בעלויות מו"פ, לעשרות או מאות אלפי דולרים, או אפילו פחות, ומשנתיים-שלוש, שנדרשות כדי שפיסת סיליקון חומרה חדשה תהיה מוכנה לייצור, לאספקתה בתוך שבועות.

ראו עד כמה ובאיזו מהירות העולם משתנה. מדובר ביצירת מערך סטנדרטי של תכנוני כלים וחומרה הניתנים ליישום והינם נגישים. כפי ש-DRAPA עצמה אומרת: "אנו צריכים לצאת ממסורת ולאמץ חדשנות".

התאמה לדרישות מחשוביות חדשות
ממש כפי שהפיכה לקומודיטי וסטנדרטיזציה הפכו מחשבי-על מקנייניים לתכנונים פתוחים יותר, כך אם אנו באמת רוצים לאפשר את המסע למאדים וחקר מאויש, יהיה צורך בשינוי בסיסי של הדרך בה אנו ניגשים לתשתיות מחשוב.

כאשר חושבים על חלק ממערכות המחשב, שהיו על סיפונה של ה-ISS, הרי בד"כ הן נשארות בחלל. למחשבים בהם אנו משתמשים היום על כדור הארץ יש אלפי פעמים עוצמה רבה יותר מאשר למחשבים הפועלים בחלל.

זה המקום בו עבור משימות חלל מורחבות הופך הרעיון של תשתיות ניתנות להרכבה (Composable) למעניין מאוד. תשתית ניתנת להרכבה מתייחסת להתקני מחשוב, אחסון ותקשורת כאל מאגרים של משאבים, שניתנים להקצאה כנדרש ובזמן אמת, בהתאם למה שדורשים עומסי עבודה שונים.

הגישה אינה שונה מזו של ענן ציבורי, בו מבקשים קיבולת משאבים ומקבלים אותה ממאגר משותף - פרט לכך, שתשתית ניתנת להרכבה יושבת באתר פיזי בארגון או במרכז נתונים, או במקרה עליו אנו מדברים, בספינת חלל, כאשר מטרות וצרכי המחשוב משתנים בהדרגה מהכנסת החללית למסלול ואז טיסתה למרחקים.

לדוגמא, במאמץ עצום כמו Mars One, ברגע שהחללית תנחת, היא לא תעזוב את מאדים. לכן, מערכות המחשוב עליה צריכות להיות "ענן נייד" בעל מודעות עצמית, שיכול לשנות את התצורה שלו באופן חכם כשהוא בנוי מרכיבים בסיסיים כמו מעבדים, זיכרון ואחסון, ולהריץ מערכת הפעלה לשימוש כללי ותוכנת Orchestration.

הרחבת יכולות אנושיות עם בינה מלאכותית
המטבע היקר ביותר בעולם הוא זמן (שעות אדם) במיוחד בפתרון בעיות. למידת מכונה (ML) ובינה מלאכותית (AI), משנות בד"כ תעשיות ותחומים, באפשרן לבני אדם להשקיע זמן בהתמקדות בבעיות רבות-ערך.

בחלל תוכלנה טכנולוגיות אלו לשנות את המשחק, כאשר מחשבים יוכלו לאסוף ולנתח נתונים ולפעול על פיהם במהלך הטיסה, בלי צורך לערב בכך בני אדם. שיגור אדם לחלל הוא מאמץ יקר ביותר - נאסא הודיעה ביוני השנה, שהיא תפתח את תחנת החלל הבינלאומית לאנשים פרטיים ולעסקים מסחריים בעלות של כ-35,000 דולרים לאסטרונאוט ללילה.

אם מבטלים צורך בטכנאי או מהנדס מחשבים, או אחד מהכובעים הרבים, שאסטרונאוט צריך ללבוש, דרך תשתית ניתנת להרכבה ו-AI, ניתן לפנות יותר מקום למומחים מאשר כלבויניקים הנדרשים למיומנויות רבות. כך, שמנקודת המבט של המשימה, ניתן יהיה לשגר למאדים יותר חוקרים ומדענים עם הכישורים הדרושים לכך, לדוגמא.

אימוץ חדשנות והתרחקות משמרנות ומסורת, הם מה שסייע לאנושות לנחות על הירח. הגעה אל מאדים ומעבר לשם, תדרוש שינוי מהותי בדרך בה אנו משתמשים בתשתיות מחשב מהמדף, שהן מודולריות ובעלות יכולת למידה עצמית, ובדרך בה אנו מתכננים חומרה, ויצירת מרחב שותפים מלא של חברות העובדות יחד לדחיפת הגבולות של כל מה שחשבנו, שהוא אפשרי. רוח זו ונכונות זו לדחוף את הגבולות הן אלה שעשו את משימות אפולו להצלחה.

אנו צריכים לרתום פעם נוספת את אותה רוח, ואין מקום טוב יותר למצוא בו חדשנות ושיתופיות מאשר בקהילות הקוד הפתוח. כאשר אנו מקדמים את גבולות האנושות, פתיחות ושקיפות הן מפתח להצלחה, וזו לכן הסיבה לכך, שנאסא עצמה פותרת חלק מבעיותיה הגדולות ביותר עם תוכנות קוד פתוח ומיקור-המונים.
 
מאת: יאן פישר, יולי 2019.
אוונגליסט גלובלי לטכנולוגיות מתקדמות, רד האט