Intel gir kraft til den første satellitten med AI ombord

Så allment som kunstig intelligens har blitt i moderne liv — fra å øke vår forståelse av kosmos til å fremheve underholdende videoer på telefonen din — har AI ennå ikke funnet veien til omløp.

Dette var til 2. september, da en eksperimentell satellitt omtrent så stor som en cornflakesboks ble utløst fra en rakettutløser sammen med 45 andre satellitter av lignende størrelse. Satellitten, som heter PhiSat-1, svever nå over 17 000 mph (27 500 km/t) i sol-synkron omløp omtrent 329 miles (530 km) over oss.

PhiSat-1 inneholder en ny hyperspektral-termisk kamera og ombord AI-behandling takket være Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 Vision Processing Unit (VPU) — samme chippen som er i mange smartkameraer og selv en $99 selfie-drone her på jorden. PhiSat-1 er faktisk en av to satellitter på en misjon for å overvåke polaris og jordfuktighet, samt teste intersatellittkommunikasjonssystemer for å skape en fremtidig nettverk av fødererte satellitter.

Det første problemet Myriad 2 hjelper til å løse? Hvordan håndtere den store mengden data generert av høykvalitetskameraer som det på PhiSat-1. “Evnen sensorer har til å produsere data øker med en faktor på 100 hver generasjon, mens vår evne til å laste ned data øker, men bare med en faktor på tre, fire, fem per generasjon,” sier Gianluca Furano, data-systemer og ombord datamaskinleder ved Den europeiske romfartsorganisasjonen, som ledet det samarbeidende arbeidet bak PhiSat-1.

På samme tid er omtrent to tredeler av jordens overflate dekket av skyer på ethvert gitt tidspunkt. Det betyr at en hel del ubrukelige bilder av skyer vanligvis blir tatt, lagret, sendt over dyrebare nedlastingsbånd til jorden, lagret igjen, gjennomgått av en vitenskapsmann (eller en algoritme) på en datamaskin timer eller dager senere — bare for å bli slettet.

“Og kunstig intelligens på kanten kom til å redde oss, kavaleriet i westernfilmen,” sier Furano. Idéen teamet samlet seg rundt var å bruke ombordbehandling til å identifisere og kaste cloudy bilder — og dermed spare omtrent 30% av båndbredde.

“Rommet er den ultimate kanten,” sier Aubrey Dunne, sjefsteknolog ved Ubotica. Den irske startupen bygde og testet PhiSat-1s AI-teknologi, arbeidet i nært samarbeid med cosine, produsenten av kameraet, i tillegg til Universitetet i Pisa og Singergise for å utvikle den komplette løsningen. “Myriad var absolutt designet fra bunnen av for å ha en imponerende beregningskapasitet, men i en veldig lav effektforbruk, og det passer veldig godt for romapplikasjoner.”

Myriad 2 var imidlertid ikke ment for omløp. Romfartssystemer bruker vanligvis svært spesialiserte “strålingsherdede” chipper som kan være “opptil to tiår etter state-of-the-art kommersiell teknologi,” forklarer Dunne. Og AI har ikke vært på menyen.

Så Dunne og Ubotica-teamet utførte “strålingskarakterisering”, plasserte Myriad-chippen gjennom en rekke tester for å finne ut hvordan håndtere eventuelle feil eller slitasje.

ESA “hadde aldri testet en chip av denne kompleksiteten for stråling,” sier Furano. “Vi var tvilende om vi kunne teste det ordentlig … vi måtte skrive håndboken om hvordan man utfører en omfattende test og karakterisering for denne chippen fra scratch.”

Den første testen, 36 rette timer med strålingsblæsing ved CERN i slutten av 2018, “var en veldig høytrykksituasjon,” sier Dunne. Men den testen og to oppfølgere “var heldige for oss.” Myriad 2 passerte i standardform, ingen modifikasjoner nødvendig.

Plutselig var denne lav-effekt, høy-ytelses datamaskin-vision-chippen klar til å gå utenfor jordens atmosfære. Ja! Men nå kom en ny utfordring.

Vanligvis bygges AI-algoritmer, eller “trening,” ved hjelp av store mengder data for å “lære” — i dette tilfellet hva som er en sky og ikke en sky. Men siden kameraet var så nytt, “vi hadde ingen data,” sier Furano. “Vi måtte trene vår applikasjon på syntetisk data hentet fra eksisterende oppdrag.”

Alt dette system- og programvare-integrasjonen og testingen, med deltakelse fra en halv dusin forskjellige organisasjoner over hele Europa, tok fire måneder å fullføre. “Vi var veldig stolte av å kunne være så rask og så effektivt fleksible, å sette alt ombord i så kort tid,” sier Max Pastena, PhiSat-offiser ved ESA. Så langt som romfartutvikling går, er tidsrammen “et mirakel,” legger Furano til.

“Intel har gitt oss bakgrunnstøtte på Myriad-enheten når vi har behov for det, å aktivere PhiSat-1s AI ved hjelp av vår CVAI-teknologi,” sier Dunne. “Det er veldig mye verdsatt.”

Uheldigvis betydde en rekke uavhengige hendelser — forsinkelser med rakettene, koronaviruspandemien og uvennlige sommer-vinder — at teamene måtte vente over ett år for å finne ut om PhiSat-1 ville fungere i omløp som planlagt.

Lanseringen 2. september fra Fransk Guyana — en første-gangs satellitt-ride-share kjørt av Arianespace — gikk raskt og feilfritt. For den innledende verifiseringen, lagret satellitten alle bilder og registrerte AI-beslutningen om sky-deteksjon for hver, så teamet på bakken kunne verifisere at dens innplantede hjerne oppførte seg som forventet.

Efter en tre ukers lang pust, kunne Pastena proklamere: “Vi har nettopp gått inn i romhistorien.”

ESA annonserte at det felles teamet var “glade for å avsløre den første noen gang hardvare-akselererte AI-inferens av jordovervåkingsbilder på en satellitt i omløp.”

Ved å bare sende nyttige piksler, vil satellitten nå “forbedre båndbreddeutnyttelse og redusere samlet nedlastingskostnader” — ikke til å nevne å spare vitenskapsmenns tid på bakken.

Om vi ser fremover, er bruken av lavkostnads-, AI-forbedrede små satellitter talløse — spesielt når du legger til muligheten til å kjøre flere applikasjoner.

“I stedet for å ha dedikert maskinvare i en satellitt som gjør én ting, er det mulig å bytte nettverk inn og ut,” sier Jonathan Byrne, sjef for Intel Movidius-teknologikontoret. Dunne kaller dette “satellitt som en tjeneste.”

Overvei: Når du flyr over områder utsatt for skogbrann, kan en satellitt spore branner og varsle lokale respondere i minutter i stedet for timer. Over hav, som vanligvis blir ignorert, kan en satellitt spore uautoriserte skip eller miljøuhell. Over skoger og gårder kan en satellitt spore jordfuktighet og avlingers vekst. Over is, kan den spore tykkelse og smeltevann til å hjelpe med å overvåke klimaendringer.

Mange av disse mulighetene vil snart bli testet: ESA og Ubotica arbeider sammen om PhiSat-2, som vil bære en annen Myriad 2 inn i omløp. PhiSat-2 vil være “i stand til å kjøre AI-applikasjoner som kan utvikles, enkelt installert, valideres og opereres på romfartøyet under deres flyvning ved hjelp av et enkelt brukergrensesnitt.”

For Intel er det et lav-volum marked, men potensialet er uansett uendelig. Som Pastena sier, kan vi til slutt forstå “jordens puls.”