Intel pohání první satelit s umělou inteligencí na palubě

Jak všudypřítomná se umělá inteligence stala v moderním životě — od zlepšování našeho porozumění kosmu až po zobrazování zábavných videí na vašem telefonu — umělá inteligence dosud nenalezla cestu do oběžné dráhy.

To bylo až do 2. září, kdy byl experimentální satelit o velikosti krabičky na cereálie vyhozen z rozptylovače rakety spolu s 45 dalšími podobně velkými satelity. Satelit, nazvaný PhiSat-1, nyní letí rychlostí přes 17 000 mil za hodinu (27 500 km/h) ve slunečně synchronní oběžné dráze asi 329 mil (530 km) nad zemí.

PhiSat-1 obsahuje novou hyperspektrální-tepelnou kameru a zpracování umělé inteligence na palubě díky Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 Vision Processing Unit (VPU) — stejný čip, který je uvnitř mnoha chytrých kamer a dokonce i selfie dronu za 99 dolarů zde na Zemi. PhiSat-1 je vlastně jeden ze dvojice satelitů na misi monitorovat polární led a vlhkost půdy, zatímco také testuje mezisatelitní komunikační systémy za účelem vytvoření budoucí sítě federovaných satelitů.

První problém, který Myriad 2 pomáhá řešit, je, jak zvládnout velké množství dat generovaných vysokokvalitními kamerami, jako je ta na PhiSat-1. „Schopnost senzorů produkovat data se zvyšuje o faktor 100 každé generace, zatímco naše schopnosti stahovat data se zvyšují, ale pouze o faktor tři, čtyři, pět za generaci,“ říká Gianluca Furano, vedoucí datových systémů a zpracování na palubě Evropského kosmického úřadu, který vedl spolupráci za PhiSat-1.

V téže době je asi dvě třetiny naší planety pokryto mraky v kteroukoli dobu. To znamená, že je pořízeno mnoho zbytečných snímků mraků, které jsou typicky uloženy, odeslány přes drahý down-linkový pásma na Zemi, uloženy znovu, prohlédnuty vědcem (nebo algoritmem) na počítači hodiny nebo dny později — pouze aby byly smazány.

„A umělá inteligence na okraji přišla nám na pomoc, jako kavalerie ve westernovém filmu,“ říká Furano. Nápad, který tým podporoval, byl použít zpracování na palubě k identifikaci a odstranění oblačných snímků — a tím ušetřit asi 30 % pásma.

„Prostor je konečným okrajem,“ říká Aubrey Dunne, technologický ředitel Ubotica. Irská firma postavila a otestovala AI technologii PhiSat-1, pracující v úzké spolupráci s cosine, výrobcem kamery, kromě Univerzity v Pise a Singergise k vývoji kompletního řešení. „Myriad byl absolutně navržen od základu, aby měl působivou výpočetní schopnost, ale v rất nízkém energetickém obalu, a to opravdu vyhovuje prostorovým aplikacím.“

Myriad 2 však nebyl určen pro orbit. Prostorové počítače typicky používají velmi specializované „radiace-odolné“ čipy, které mohou být „až o dvě desetiletí pozadu za nejmodernější komerční technologií“, vysvětluje Dunne. A umělá inteligence nebyla na nabídce.

Dunne a tým Ubotica provedli „radiaci charakterizaci“, vložili čip Myriad do série testů, aby zjistili, jak zvládnout případné chyby nebo opotřebení.

ESA „nikdy netestovala čip této složitosti pro radiaci“, říká Furano. „Byli jsme skeptičtí, zda jsme mohli testovat správně … museli jsme napsat příručku, jak provést komplexní test a charakterizaci tohoto čipu od začátku.“

První test, 36 hodin nepřetržitého záření v CERN na konci roku 2018, „byla velmi napjatá situace“, říká Dunne. Ale ten test a dva další „šťastně dopadlo pro nás“. Myriad 2 prošel v původní podobě, bez nutnosti úprav.

Najednou byl tento nízkopříkonový, vysokovýkonný počítačový čip pro zpracování obrazu připraven k cestě za hranice zemské atmosféry. Ano! Ale teď přišla další výzva.

Typicky jsou algoritmy umělé inteligence postaveny, nebo „trénovány“, pomocí velkých množství dat, aby „naučily“ — v tomto případě, co je mrak a co ne. Ale protože kamera byla tak nová, „neměli jsme žádná data“, říká Furano. „Museli jsme trénovat naše aplikace na syntetických datech extrahovaných z existujících misí.“

Všechny tyto systémy a softwarové integrace a testy, s účastí půl tuctu různých organizací v celé Evropě, trvaly čtyři měsíce. „Byli jsme velmi hrdí, že jsme mohli být tak rychlí a flexibilní, abychom vše umístili na palubu v tak krátkém čase“, říká Max Pastena, důstojník PhiSat u ESA. Pokud jde o vývoj vesmírných lodí, je časový rozvrh „zázrakem“, dodává Furano.

„Intel nám poskytl podporu na zařízení Myriad, když jsme ji potřebovali, aby umožnili PhiSat-1 používat naši technologii CVAI“, říká Dunne. „To je velmi ceněno.“

Bohužel, série nesouvisejících událostí — zpoždění s raketou, pandemie koronaviru a nepříznivé letní větry — znamenala, že týmy musely čekat více než rok, aby zjistily, zda PhiSat-1 bude fungovat v oběžné dráze podle plánu.

Start 2. září z Francouzské Guyany — první satelitní jízda sdílená společností Arianespace — proběhl rychle a bez problémů. Pro počáteční ověření satelit uložil všechny snímky a zaznamenal rozhodnutí o detekci mraků AI pro každý, aby tým na zemi mohl ověřit, zda jeho implantovaný mozek se chová podle očekávání.

Po třítýdenním hlubokém dechu mohl Pastena prohlásit: „Právě jsme vstoupili do historie vesmíru.“

ESA oznámila, že společný tým byl „šťastný odhalit první hardwarově urychlenou inferenci umělé inteligence pro pozorování Země na satelitu na oběžné dráze“.

Pouze tím, že pošle užitečné pixely, satelit nyní „zlepší využití pásma a významně sníží agregované náklady na downlink“ — nezmínka o tom, že ušetří čas vědcům na zemi.

Při pohledu do budoucna jsou použití nízkorozpočtových, AI-vylepšených miniaturních satelitů nečetná — zejména když přidáte možnost spustit více aplikací.

„Místo toho, abyste měli věnovanou hardwarovou výbavu v satelitu, která dělá jednu věc, je možné přepínat sítě dovnitř a ven“, říká Jonathan Byrne, vedoucí kanceláře Intel Movidius technologie. Dunne to nazývá „satelit jako služba“.

Zvažte: Když letíte nad oblastmi náchylnými k lesním požárům, satelit může detekovat požáry a upozornit místní hasiče do několika minut, nikoli hodin. Nad oceány, které jsou obvykle ignorovány, satelit může detekovat nezákonné lodě nebo environmentální nehody. Nad lesy a farmami satelit může sledovat vlhkost půdy a růst plodin. Nad ledem může sledovat tloušťku a tání ledovců, aby pomohl monitorovat změnu klimatu.

Mnohé z těchto možností budou brzy otestovány: ESA a Ubotica spolupracují na PhiSat-2, který ponese další Myriad 2 do oběžné dráhy. PhiSat-2 bude „schopen spustit AI aplikace, které lze snadno vyvinout, nainstalovat, ověřit a provozovat na vesmírné lodi během letu pomocí jednoduchého uživatelského rozhraní“.

Pro Intel to je nízkovýkonný trh, ale potenciální dopad je nezpochybnitelný. Jak říká Pastena, můžeme nakonec pochopit „tep naší planety“.