Nasa testet mit HPE-Apollo 40 Standardhardware für High Performance

Supercomputer im Weltraum

| Autor: Ludger Schmitz

Die Nasa testet auf der ISS ür ein Jahr die Nutzung von Standard-Servern.
Die Nasa testet auf der ISS ür ein Jahr die Nutzung von Standard-Servern. (Bild: NASA)

Eine SpaceX-Rakete hat vor wenigen Tagen einen Rechner zur ISS gebracht. Mit ihm will die Nasa ausprobieren, ob Standardkomponenten für längere Raumflüge taugen und Software diverse Störungsquellen ausgleichen kann.

Derzeit installiert die aktuelle Besatzung der internationalen Raumstation ISS in deren „Express“-Racks eine Metallkiste, die auf der Erde satte 56 Kilo wiegen würde. Darin sind zwei Standardserver von HPE und ihre Wasserkühlung. Die würden mit rund 1 Teraflops Leistung mehr Power bringen, als die ISS bisher insgesamt hat. Für die Raumstation sind sie aber nicht gedacht

„Ein kleiner Schritt...“

„Ein kleiner Schritt“, kommentiert der für das Programm zuständige HPE-SGI-CTO Mark Fernandez scherzhaft in Anlehnung an den berühmten Satz von Mond-Pionier Neil Armstrong, „in Richtung universeller Großrechner an Bord.“ Mehr als ein erstes Schrittchen ist es in der Tat noch nicht.

Bei den zwei Rechnern handelt es sich nicht-modifizierte HPE Apollo 40 mit jeweils zwei Intel-Broadwell-Prozessoren und sowohl schnellen als auch langsamen Solid State Disk (SSD). Beide Mainboards sind mit Infiniband Glasfaser untereinander verbunden. Eine Kupferverbindungen kam wegen der Wasserkühlung der Systeme nicht in Frage.

Mit Solarstrom betrieben

Wegen der Wasserkühlung handelt es sich um ein geschlossenes Gehäuse. An dessen linken Seite (siehe Grafik) sind vorne sechs Stromverbindungen für 110 Volt Wechselstrom, die oberen drei aktiv, die unteren redundant. Der Strom kommt von den mehr als 1000 Quadratmeter Solarpanel der ISS, die am Ausgang 48 Volt Gleichstrom liefern, der umgespannt wird.

Ein "Spaceborne Computer": Hinter einem Frontelement mit Anschüssen (links) und Wärmetauscher verbergen sich Motherboards und SSD-Massenspeicher.
Ein "Spaceborne Computer": Hinter einem Frontelement mit Anschüssen (links) und Wärmetauscher verbergen sich Motherboards und SSD-Massenspeicher. (Bild: HPE-SGI/NASA)

Schräg links über beziehungsweise unter den Stromanschlüssen sind zwei Ethernet-Anschlüsse, ebenfalls aktiv/redundant. Links hinter den Stromverbindungen ist oben der Zufluss für Kaltwasser und darunter der Heißwasserabfluss. Rund 75 Prozent der Rechnerwärme wird bereits durch einen Wärmetauscher in der Vorderseite des Gehäuses abgebaut. Diese Wärme geht in die ISS und von dort ins Weltall.

Demnächst erster Linux-Supercomputer im All

Auf dem Rechner läuft Linux, genauer: ein Red Hat Enterprise Linux, Version 6.8. Dieses ist modifiziert, um das Gesamtsystem in unterschiedlichen Umständen betreiben zu können. Auf ihm werden nicht Anwendungen für die ISS laufen, sondern diverse Benchmark-Tests. Darunter sind High Performance Linpack (HPL), nach dem auch die TOP500-Supercomputertabelle entsteht, der HPCG-Test und das Nasa-Verfahren NAS.

Die neuen ISS-Rechner gehören zum „Spaceborne“-Forschungsprogramm der Nasa und haben die Namen „Spaceborne Computer #1“ (SBC-1) beziehungsweise #2 (SBC-2). Sie haben identische Gegenstücke auf der Erde, „Earth-based Computer #1 (EBC-1) beziehungsweise #2 (EBC-2), die parallel in einem Forschungslabor von HPE laufen. Die SBC- und EBC-Systeme arbeiten jeweils zeitgleich mit gleicher Last. Dabei sind die #1-Rechner immer unter Volllast, während die #2-Server unter wechselnden Lasten stehen. Ihr Test ist auf ein Jahr ausgelegt.

Die Apollo-40-Rechner in der ISS werden bei den Test täglich im Schnitt 5,4 MB Daten selbst produzieren. Diese werden auf den langsameren SSDs dauerhaft und auf den schnelleren SSDs kurzzeitig gespeichert. Von letzteren fließen sie per Ku Band Internet Protocol zu den Bodenstationen. Zum Monitoring und zur Steuerung der Systeme dient das Telescience Resource Kit (TreK).

Software soll fehlenden Hardwareschutz ausgleichen

Der Vergleich dient dazu festzustellen, wie sich die Weltraumbedingungen in der ISS – Schwerlosigkeit, unterschiedlichen Magnetfeldstärken, Strahlung, Partikelströme von der Sonne etc – auf die Standardsysteme in der ISS auswirken. Dazu wird die Nasa unter anderem mit schwankender Stromspannung und Temperatur arbeiten. Dabei werden das BIOS und Einstellungen des Betriebssystems geändert, um eine ideale Konfiguration für normale „Commercial off-the-Shelf“ (COTS) Computer zu finden. Künftig soll Software eventuelle Fehler durch Weltraumeinflüsse ausgleichen können.

Bisher verwendet die Nasa an Bord von Raumfahrzeugen ausschließlich speziell gehärtete Hardware. Diese sind aufgrund der besonderen Auslegungen und Prüfverfahren um Jahre hinter dem Stand der Technik zurück und entsprechend in ihrer Leistung begrenzt. Allerdings braucht die Weltraumagentur deutlich leistungsfähigere und kostengünstigere Rechner im All.

Marsmissionen brauchen massiv Rechenpower an Bord

Denn es geht um Reisen zum Mars. Solange Raumfahrzeuge im Erdorbit sind, können sie Daten mit akzeptabler Verzögerung zu Bodenstationen senden, wo Nasa-Supercomputer sie verarbeiten. Zum Mars würde die Übertragungszeit allerdings 20 Sekunden betragen. Also müssten weit mehr Daten an Board solcher Raumschiffe verarbeitet werden.

HPE hat im letzten Jahr durch die Übernahme von SGI deren Nasa-Großrechner-Erbe angetreten. Aus deren Zusammenarbeit war viel Know-how in die „IRIX“-Systeme eingeflossen. Beide hatten zusammen das Supercluster-System „Columbia“ entwickelt, dass es mit 10.240 Prozessoren 2004 auf den zweiten Platz der Top500-Supercomputer schaffte. Die Compute-Nodes der Spaceborne-Rechner gleichen denen im System „Pleiades“ der Nasa, der Nummer Neun auf der aktuellen Supercomputerliste.

* Ludger Schmitz ist freiberuflicher Journalist in Kelheim.

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