本文來(lái)自極客網(wǎng)，作者/極客君。
未來(lái)十年，人類將以前所未有的方式進(jìn)入太空，多個(gè)商業(yè)空間站和數(shù)千顆衛(wèi)星將發(fā)射進(jìn)入近地軌道。歐盟和一些科技巨頭正在研究將數(shù)據(jù)中心送入太空軌道運(yùn)行的可能性，打造一個(gè)由數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算組成的為太空軌道經(jīng)濟(jì)服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。
一些巨頭已經(jīng)行動(dòng)起來(lái)。微軟日前宣布為其Azure云平臺(tái)開發(fā)一個(gè)新的太空軟件開發(fā)工具包，并與天基（space-based）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)初創(chuàng)廠商LEOcloud建立合作關(guān)系，目的是在新興商業(yè)空間站開發(fā)商Axiom Space的空間站上提供基于太空的云計(jì)算服務(wù)。而就在一周前，IBM也公布了與Sierra Space合作開發(fā)太空計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的消息。
盡管這些解決方案有望在十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)，但歐盟委員會(huì)認(rèn)為可以更快地將數(shù)據(jù)中心遷移到太空，以實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，并應(yīng)對(duì)不斷上漲的電價(jià)，因?yàn)殡妰r(jià)不斷上漲加劇了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。
花旗銀行日前發(fā)布的報(bào)告顯示，到2040年，將有效載荷送入太空軌道的成本可能會(huì)低至33美元/千克，而在地球上運(yùn)營(yíng)一個(gè)大型數(shù)據(jù)中心的能源成本以及對(duì)環(huán)境的不利影響將繼續(xù)上升，例如在倫敦運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心的電價(jià)每度將達(dá)到1美元。另?yè)?jù)一項(xiàng)調(diào)查，在全球范圍內(nèi)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心使用的電力達(dá)到220～320TWh，要求禁止新建數(shù)據(jù)中心的呼聲越來(lái)越高。
歐盟委員會(huì)為了實(shí)施“地平線”計(jì)劃，已與泰雷茲阿萊尼亞航天簽訂合同，由該公司對(duì)于在太空軌道運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行可行性研究。該研究名為歐洲凈零排放和數(shù)據(jù)主權(quán)高級(jí)空間云（ASCEND），主要研究“太空云”是否有助于世界各國(guó)在2050年達(dá)到碳中和，因?yàn)樘諗?shù)據(jù)中心的能源可以直接來(lái)自太陽(yáng)能。
太空數(shù)據(jù)中心與凈零目標(biāo)
泰雷茲阿萊尼亞航天技術(shù)總監(jiān)Yves Durand解釋說(shuō)，這一研究的首要目標(biāo)是評(píng)估發(fā)射和運(yùn)營(yíng)太空數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的碳排放是否能夠低于地面數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的碳排放。
他表示:“這是一個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃。我們希望了解數(shù)據(jù)中心在太空運(yùn)營(yíng)是否會(huì)降低碳足跡，但要做到這一點(diǎn)，需要在太空中投入更多的資金。”這意味著需要降低運(yùn)載火箭發(fā)射成本，允許重復(fù)使用，將更多的物品一次性送入太空，并減少所需的發(fā)射次數(shù)。
另一個(gè)設(shè)想是在距離地球約3萬(wàn)公里的地球同步軌道上，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)非龐大的衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中。
除了考慮對(duì)環(huán)境的影響之外，還有成本因素。地球上運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心需要額外的能源進(jìn)行冷卻以及維持運(yùn)行的電力。將數(shù)據(jù)中心發(fā)送到太空軌道將節(jié)省大部分成本，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的能源來(lái)自太陽(yáng)；并在真空環(huán)境中得以冷卻，因?yàn)樵跊](méi)有陽(yáng)光直射的地方，溫度會(huì)降到-170℃。
不過(guò)，太空中的極端環(huán)境也有缺點(diǎn)，那就是需要為衛(wèi)星內(nèi)部運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心設(shè)備保持一致的溫度。這涉及到IT硬件的重新設(shè)計(jì)，這些硬件需要承受每天數(shù)千次從-100℃到100℃以上的溫度循環(huán)沖擊。
處理極端情況和輻射
軌道計(jì)算制造商Ramon首席執(zhí)行官Avi Shabtai表示，在太空運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心，需要制出能夠承受高強(qiáng)度太陽(yáng)輻射的芯片，以及可以在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)15年的硬件。
Shabtai解釋說(shuō):“一旦進(jìn)入太空，數(shù)據(jù)中心就會(huì)受到一些極端情況的影響，其中之一就是輻射。這對(duì)電子產(chǎn)品非常不利，如果沒(méi)有采用防輻射設(shè)計(jì)，在地球上運(yùn)行的絕大多數(shù)設(shè)備難以在太空中長(zhǎng)久運(yùn)行，因?yàn)檩椛鋵?huì)損壞芯片和電路。”
為了緩解這種情況，Ramon.Space已經(jīng)開發(fā)出了新的太空加固芯片電路和硬件。Shabtai將其描述為“現(xiàn)成的太空商業(yè)產(chǎn)品”。他說(shuō):“它們是在常規(guī)工藝中批量生產(chǎn)的可以承受輻射的非常先進(jìn)的組件。一旦有了這樣組件和元件，就可以開始構(gòu)建IT系統(tǒng)進(jìn)行散熱，保持一致性。”
Ramon.Space是由LEOCloud、Microsoft Azure和Axiom Space組成的聯(lián)盟，其為國(guó)際空間站建造第一個(gè)商業(yè)化模塊數(shù)據(jù)中心，計(jì)劃于2024年發(fā)射。該聯(lián)盟計(jì)劃將邊緣計(jì)算技術(shù)引入太空，包括可以訪問(wèn)AWS、IBM、微軟Azure和Red Hat服務(wù)。
降低延遲并提高安全性
LEOCloud首席執(zhí)行官Dennis Gatens表示，“太空云”有一個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)，主要是由那些在太空中運(yùn)行的衛(wèi)星驅(qū)動(dòng)的，這些衛(wèi)星可以利用就近的邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施處理數(shù)據(jù)，而不必將數(shù)據(jù)發(fā)送回地球。
這在產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)時(shí)特別有用，因?yàn)樵谔哲壍郎咸幚頂?shù)據(jù)相比將數(shù)據(jù)發(fā)送回地球上的數(shù)據(jù)中心處理，減少了延遲，并提高了安全性。這一價(jià)值主張基本上與地球上的邊緣計(jì)算相同，也就是將資源和服務(wù)盡可能地轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)來(lái)源或用戶附近。
雖然最初的用例是為了在太空軌道上提供云計(jì)算擴(kuò)展和邊緣處理，以便讓越來(lái)越多的太空硬件運(yùn)營(yíng)公司更有效地管理設(shè)備，但Gatens認(rèn)為未來(lái)可以看到更多的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到軌道上。
他預(yù)計(jì):“在近地軌道(LEO)、地月(地月之間)，以及更遠(yuǎn)的地方，對(duì)專用數(shù)據(jù)中心設(shè)施或空間站將會(huì)有更多的需求。這些數(shù)據(jù)中心可供地球和太空用戶使用，并為兩者提供混合云選項(xiàng)。”
微軟的Azure軌道空間SDK已經(jīng)允許程序員在軌道平臺(tái)上創(chuàng)建、部署和操作應(yīng)用。該應(yīng)用套件提供了一組模板、示例和文檔，以方便太空開發(fā)人員啟動(dòng)和運(yùn)行常見的工作負(fù)載模式，例如地球觀測(cè)圖像處理。
“太空云”的潛在市場(chǎng)
IBM也與Sierra Space合作建設(shè)太空云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，它將允許各種衛(wèi)星和設(shè)備在太空軌道上通信，使數(shù)據(jù)更容易在地球和太空之間流動(dòng)。Sierra Space曾為Orbital Reef商業(yè)空間站開發(fā)人類居住模塊，該空間站由亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝佐斯創(chuàng)辦的商業(yè)太空開發(fā)商Blue Origin領(lǐng)導(dǎo)。
雖然建造太空云的初步工作已經(jīng)開始，并且正在努力創(chuàng)建底層基礎(chǔ)設(shè)施，以使4400多顆衛(wèi)星能夠更好地進(jìn)行通信，但將整個(gè)數(shù)據(jù)中心送入太空的更廣泛目標(biāo)更是一個(gè)長(zhǎng)期的夢(mèng)想。
不過(guò)Durand表示，假設(shè)可行性研究表明，這將對(duì)實(shí)現(xiàn)凈零產(chǎn)生積極影響，人們可以在2030年代中期開始看到太空數(shù)據(jù)中心的早期部署，并在本世紀(jì)中葉建立更廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施。
Futurum Research高級(jí)分析師Steven Dickens指出，“隨著氣候變化的深入，我們需要尋找創(chuàng)新的方法來(lái)降低日益增長(zhǎng)的計(jì)算需求對(duì)環(huán)境的影響。當(dāng)運(yùn)載火箭發(fā)射成本的降低和商業(yè)太空飛行成為常態(tài)，在太空運(yùn)行數(shù)據(jù)中心變得越來(lái)越可行。希望在不久的將來(lái)看到這種創(chuàng)新成為現(xiàn)實(shí)。”
一般認(rèn)為，太空云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施將支持快速增長(zhǎng)的軌道經(jīng)濟(jì)，包括制造業(yè)、太空太陽(yáng)能、太空旅游甚至小行星采礦。花旗銀行在研究報(bào)告中聲稱：“我們預(yù)計(jì)最快的增長(zhǎng)來(lái)自新的太空應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)，例如太空太陽(yáng)能、太空物流和月球/小行星采礦等。到2040年，這些行業(yè)領(lǐng)域的年銷售額可能達(dá)到1000億美元左右。”
