¿Qué tiene una PC de la NASA?

Seguro que sientes curiosidad por saber ¿Qué tiene una PC de la NASA? Y es que la agencia espacial americana suscita mucha curiosidad en todos los sentidos, y más aún en cuanto a los equipos informáticos que usan realmente, los sistemas operativos, etc. Pues todo eso lo sabrás si sigues leyendo…

El supercomputador Aitken

El supercomputador Aitken de la NASA es una de las maravillas que hay en el centro de procesamiento de datos de la NASA. Se trata de un equipo MSF (Modular Supercomputing Facility) situado en el Ames Research Center de la agencia espacial americana. Esta gran máquina está situada en un emplazamiento de más de 4000 metros cuadrados con capacidad para 16 módulos de computación y almacenamiento. Inicialmente, este supercomputador fue potenciado por chips Intel Xeon Gold «Cascade Lake» instalados en 2019. Sin embargo, recientemente ha sufrido una ampliación con 16 racks que se basan en AMD EPYC «Rome» (Aitken 2) para obtener más potencia de cálculo para las operaciones científicas que se realizan en esta agencia.

Otros datos interesantes de esta máquina es que está fabricada por HPE (Hewlett Packard Enterprise). La firma americana es la encargada del desarrollo, manufactura y ampliación de este equipo de altas capacidades. Y si quieres más cifras y detalles, aquí van algunas de ellas:

• 4 E-Cells que corresponden a 1152 nodos. Estos están basados en Intel Xeon Cascade Lake, con procesadores Intel Xeon Gold DP a 2.25 Ghz en una cantidad de 6248 de ellos. La configuración de memoria es de 16 GB DDR4 (2Rx4). Esto hace un total de 4.8 GB de memoria por núcleo, o 192 GB por nodo.
• 16 racks Apollo 9000 correspondientes a 2048 nodos. Este otro está basado en AMD EPYC Rome, concretamente 7742 AMD EPYC a 2.25 Ghz. La configuración de memoria en este caso es de 32 GB DDR4 (2Rx4). Esto hace un total de 4 GB por núcleo, o 512 GB por nodo.
• Potencia de cálculo teórica de 13.12 PFLOPS.
• Ratio de 9.07 PFLOPS en LINPACK, lo que lo sitúa entre la mitad de los 100 supercomputadores más potentes del mundo según la lista TOP500.
• Número total de núcleos de CPU 308.224.
• Memoria principal total instalada 1.27 PB.
• Almacenamiento de 221 TB.
• Adaptador de red InfiniBand EDR y switches HDR / tarjetas Mellanox InfiniBand HDR Mezzanine
• Interconexiones Red Gigabit Ethernet
• Sistema operativo: SUSE Linux Enterprise Server.
• Planificador de tareas Altair PBS Professional.
• Compilador empleado Intel y GNU GCC, así como lenguajes de programación C++ y FORTRAN.
• MPI HPE MPT.

Las estaciones de trabajo de los trabajadores de la NASA

Cuando se usan otro tipo de PCs en la NASA para el trabajo diario, como para el control de datos, para los ingenieros que trabajan allí, para acceder como clientes al Aitken, etc., se suelen usar equipos bastante más parecidos a los que pueda haber en cualquier hogar u oficina. Por ejemplo, la NASA suele tener los siguientes equipos:

• Lenovo ThinkPad T61P
• Otros modelos de portátiles de la línea ThinkPad más nuevos.
• HP Zbook 15 Workstation.
• Otros: por supuesto, también existen otras marcas y modelos que se han venido usando.

Como se puede comprobar, la mayoría de los equipos de la NASA suelen ser de la marca Lenovo y HP, que son las predominantes. Además, generalmente, todos usan sistemas operativos Microsoft Windows 10 u 11, salvo algunas excepciones.

La Estación Espacial Internacional (ISS)

En la ISS o Estación Espacial Internacional se renuevan cada cierto tiempo. No es fácil ni barato llevar material de forma muy frecuente hasta allí, pero ha habido equipos como los Lenovo ThinkPad A31P y T61P. Todos ellos han estado funcionando con Windows XP hasta que decidieron actualizarlos y comenzar a usar Debian 6 Squeeze en 2013.

Hemos migrado funciones clave de Windows a Linux porque necesitábamos un sistema operativo que fuese estable y confiable, uno que nos diese el control sobre el mismo. Uno que podamos parchear, ajustar y adaptar en el caso de que lo necesitemos.

Además, algunos astronautas ya estaban utilizando equipos con Linux antes de este cambio, como es el caso de Scientific Linux, basado en RHEL (Red Hat Enterprise LInux). Esta distro ahora ha desaparecido, pero fue popular en el ámbito científico.

Posteriormente, Scientific Linux fue reemplazada por CCentOS o CERN CentOS, basada en CentOS.

Para los que aún no conozcan la distro Scientific Linux, decir que es otra distribución de Linux que gratuita y de código abierto. Estaba mantenida por algunos miembros destacados de la comunidad científica, pertenecientes al Fermi National Accelerator Laboratory y el CERN.

Scientific Linux fue desarrollado conjuntamente por el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi y la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Fue sin duda una de las mejores distribuciones para los científicos.

Los robots con ROS

Un Robotnaut es un robot humanoide que forma parte del Laboratorio de Robótica Destreza del Centro Espacial Lyndon B. Johnson (JSC) de la NASA en Houston, Texas. Robonaut 2 es el primero de su clase en el espacio. General Motors y la NASA fueron los desarrolladores del Robonaut 2, que viaja en la ISS.

Robonaut 2, o R2, tiene una gran destreza diseñado para realizar tareas sencillas, así como para servir de ayudante a los operadores humanos. El esfuerzo de colaboración entre la NASA y GM para avanzar en las tecnologías y capacidades robóticas para futuras plataformas de exploración espacial, NASA-GM ha dado como resultado este proyecto tan innovador que funciona con el sistema operativo ROS y que es controlado desde PCs con Linux.

Sin embargo, un robot similar de la NASA también visitó la ISS. En un programa de pruebas previsto para finales del año que viene en la ISS, el robot similar de la NASA denominado Astrobee también estuvo en órbita.

La NASA quiere utilizar el Robonaut 2 como banco de pruebas para desarrollar tecnologías robóticas para futuros puestos espaciales en la Luna y Marte, como el Moon Gateway. El proyecto original del Robonaut era que éste sirviera como etapa final de un brazo robótico en la ISS, donde pudiera actuar como alternativa a las actividades exovehiculares humanas de reparación externa de la estación. El Robonaut inicial estaba destinado -como implica su nombre- a ser utilizado como astronauta robótico.

¿Qué es ROS?

El Robot Operating System, o ROS para abreviar, es un framework de software de código abierto destinado a potenciar las capacidades de la inteligencia artificial, o IA, y sus diversas implementaciones de robots. Con tantos programas de software de robótica disponibles hoy en día, puede ser difícil decidir cuál es el mejor para su negocio. Por suerte, hay muchas fuentes de información sobre ROS que pueden ayudarle a empezar. Si es nuevo en el mundo de la robótica y la inteligencia artificial, los conceptos de ROS pueden parecer un poco abstractos al principio. Por suerte, aprender sobre este marco no es tan difícil como entender sus detalles técnicos. Este artículo te presentará los fundamentos de ROS y te explicará lo que significa si estás considerando adoptarlo en tus propios proyectos.

Se trata de un framework de código abierto que está diseñado para facilitar la comunicación entre diferentes robots y programas de IA. La idea detrás de ROS es facilitar estándares comunes de comunicación entre robots para que sea más fácil compartir información entre diferentes robots sin tener que convertir los datos entre diferentes formatos. El sistema ROS consta de varios componentes diferentes. El núcleo del sistema es un sistema de tiempo de ejecución distribuido que permite que diferentes aplicaciones accedan entre sí con facilidad. La biblioteca estándar proporciona un conjunto de funciones comunes que son útiles para las aplicaciones de robótica. Por último, también hay un conjunto de herramientas que se pueden utilizar para gestionar y depurar el sistema.

La comunidad de desarrolladores en torno a ROS es muy grande, lo que significa que es relativamente fácil encontrar apoyo para los problemas comunes y encontrar personas que puedan ayudar con problemas más complicados. Además, como ROS es un marco de software de código abierto, los usuarios de ROS pueden contribuir con nuevo código y sugerencias para mejorar el sistema y hacerlo más útil para un mayor número de personas. El núcleo de ROS también está diseñado para ser fácilmente ampliable, lo que significa que se pueden añadir nuevas funciones o modificar las existentes con relativa facilidad. Por último, ROS ha sido creado para ser fácil de usar. Si eres nuevo en la robótica, puede ser una gran manera de empezar sin tener que aprender un montón de detalles complicados desde el principio.

ROS funciona utilizando una arquitectura maestro/esclavo. Un nodo maestro se ejecuta en un ordenador que controla todo el sistema y actúa como un centro para todos los demás nodos. Los otros nodos, llamados esclavos, se ejecutan en ordenadores conectados al nodo maestro. Estos nodos representan los distintos robots o programas que están conectados al nodo maestro. El nodo maestro se comunica con los distintos esclavos para enviarles datos y recibir información de ellos. El nodo maestro también puede encargarse de distribuir las tareas entre los distintos nodos esclavos si es necesario. El nodo maestro se comunica con los nodos esclavos utilizando varios protocolos. Los protocolos estándar para ROS son HTTP y TCP/IP, aunque hay algunos complementos de terceros que utilizan otros protocolos. El nodo maestro utiliza estos protocolos para enviar datos a los nodos esclavos y recibir información de ellos.

Los satélites y los rovers

Si pensabas que las naves o satélites de la NASA tenían computadoras avanzadas como las naves de las películas, entonces estás muy equivocado, nada de Intel Cores o AMD Ryzens. Estas tienen computadores muy sencillos y probados, basados en chips de hace décadas. Se pueden encontrar algunos satélites funcionando, por ejemplo, con procesadores Zilog Z80. Otros usan chips como el BAE RAD750, que es un PowerPC 750 protegido contra radiación (RD) para que pueda sobrevivir en el espacio. Y es que todos ellos deben ser «Space Grade CPU», de lo contrario no sobrevivirían a las condiciones del espacio o de otros planetas a donde se envían estas misiones.

Además, algunos rovers y satélites usan sistemas operativos basados en Linux, otros en cambio tienen otro tipo de sistemas operativos creados de forma específica para ellos.

Sobre los RD o Radiation Hardened

En el mundo de la fabricación de alta tecnología, hay muchos tipos de chips que requieren precauciones específicas para protegerlos de los riesgos ambientales. Por ejemplo, en la fabricación de chips semiconductores, hay dispositivos sensibles a la radiación que se utilizan en los satélites y la exploración espacial. Estos chips no pueden soportar la exposición a la luz ultravioleta u otras fuentes de radiación ionizante sin sufrir daños irreparables. Hay diferentes tipos de chips con distintos niveles de sensibilidad al calor y la humedad.

Algunos chips son muy sensibles a la electricidad estática (ESD) o a las partículas de polvo que podrían causar daños irreparables si un empleado los toca mientras los manipula en un entorno de alta humedad. Y algunos chips pueden resultar dañados por ciertas sustancias químicas presentes en las soluciones de limpieza o por los humos que se desprenden durante las operaciones de soldadura. Para asegurarse de que estos chips no sufren ningún tipo de daño permanente durante la producción, los fabricantes aplican diferentes tipos de medidas de protección durante las fases de diseño, montaje y pruebas finales. Veamos cómo puede utilizar semiconductores endurecidos por la radiación como parte de su proceso de desarrollo de nuevos productos.

Los semiconductores endurecidos contra la radiación (RD o Radiation Hardened) son chips especialmente diseñados para su uso en entornos con un alto nivel de radiación ionizante. Pueden soportar hasta 10.000 Gray (Gy) de radiación (equivalente a 100.000 años de radiación de fondo estándar) sin sufrir daños. Esto los convierte en una opción ideal para su uso en la exploración espacial y las comunicaciones por satélite. Los chips endurecidos por la radiación suelen funcionar a una temperatura más alta que los chips no endurecidos por la radiación. Este requisito de mayor temperatura puede lograrse añadiendo una «masa térmica» adicional al diseño del chip, o añadiendo una «resistencia térmica» adicional al diseño del embalaje del chip.

Hay varios materiales y métodos utilizados para proteger y endurecer los chips sensibles contra la radiación. Algunos de ellos son:

• Encapsulación al vacío: Consiste en recubrir el chip con una resina epoxi especial y sellarlo al vacío antes de colocarlo en el dispositivo. Esto protege el chip contra la radiación y otros contaminantes.
• Encapsulación en vidrio: Consiste en recubrir el chip con una resina epoxídica especial y colocarlo en una envoltura de vidrio que pueda soportar altos niveles de radiación. Este método se utiliza habitualmente en las industrias militar y de exploración espacial.
• Metalización: Consiste en aplicar una fina capa de metal al chip para protegerlo de la radiación. Suele utilizarse en paquetes de chips con un marco metálico, como los paquetes QFP o de caja rectangular metálica (MRB).

Otros métodos consisten en crear sistemas que puedan protegerse de errores producidos por estos factores ambientales, como sistemas de paridad, ECC, software a prueba de fallos, etc.

Los Mac en la NASA

La NASA también ha coqueteado con otros equipos no x86. Concretamente con los Apple Macs basados en PowerPC y otros modelos más recientes. De hecho, desde la década de los 90, cuando se descubrió el error de división en el Intel Pentium, se han estado usando también estos otros equipos.

Como curiosidad, decir que también macOS ha participado en las misiones espaciales y proyectos de la NASA, de hecho, el Curiosity de Marte le debe mucho a estos equipos. Y es que los ingenieros del Jet Propulsion Laboratory, el centro de investigación y desarrollo responsable de Mars Science Laboratory encargado del rover de Marte, también trabajó con MacBooks con OS X.

Concretamente, en algunas imágenes difundidas de la época, se usaron Macs con software como Parallels Desktop para tareas de virtualización, navegadores web como Firefox o Chrome, o el entorno de desarrollo Xcode y la aplicación de proceso de imágenes RAW Aperture. Todo ello sobre un hardware que se basaba en PowerPC G3.

Sin embargo, parece que algunos ingenieros se han topado con ciertos problemas al compilar o adaptar alguno de los programas empleados al nuevo Apple Silicon, como se ha podido ver en foros internos de la NASA…

BYOD y dispositivos móviles en la NASA

Por último, y no menos importante, también me gustaría hablar del BYOD y los dispositivos móviles empleados en la NASA.

Dispositivos móviles

¿Sabías que el Google Nexus One con Android fue el primer smartphone que viajó al espacio?

En cuanto a los dispositivos móviles, la NASA maneja gran cantidad de datos importantes, muchos de ellos totalmente confidenciales. Por tanto, no deja que sus empleados usen cualquier móvil. Tiene su lista negra. En algunas imágenes de ciertas misiones que se han podido ver por TV o en otros medios, se ha visto que muchos de ellos emplean dispositivos iPhone de Apple.

Es algo parecido a lo que ocurre con el presidente de los Estados Unidos, que le controlan qué tipo de smartphone puede usar a nivel personal.

BYOD

Hace un tiempo, la Oficina del Director de Información de la NASA (OCIO) desarrolló una política para regular los dispositivos personales que se podían usar, es decir, una política BYOD., es decir, para que cada trabajador de la NASA pueda tener su propio equipo para trabajar, en vez de equipos datos por la propia agencia.

De esta forma se permitía fomentar la productividad y flexibilidad para los empleados, reducir costes, aplicar las políticas de seguridad oportunas y buscar un equilibrio entre el trabajo y la vida privada. Por tanto, es de esperar que actualmente la cantidad de equipos informáticos sea muy heterogénea, con multitud de marcas, modelos, tipos, etc.

¿Qué es BYOD?

Bring Your Own Device, o BYOD, es una política que permite a los empleados o estudiantes utilizar sus propios dispositivos para fines laborales o escolares. Por lo general, esto significa que los empleados o estudiantes pueden utilizar un dispositivo móvil como un teléfono inteligente, una tableta o un ordenador portátil, aunque puede incluir ordenadores de sobremesa u otros dispositivos que estén conectados a Internet. Aunque el BYOD parece una nueva e interesante tendencia tecnológica, en realidad no es nada nuevo. Los ordenadores portátiles llevan décadas sustituyendo a los de sobremesa, y los teléfonos móviles con conexión a Internet existen desde los años 90.

Ventajas

Llevar tu propio dispositivo al trabajo o a la escuela tiene muchas ventajas. En muchos casos, puedes ahorrar dinero a largo plazo al evitar los costes asociados a un dispositivo proporcionado por la empresa. Muchas empresas e instituciones ofrecen el reembolso de los dispositivos propiedad de los empleados, y algunas incluso le harán un descuento en su factura mensual si utiliza su propio dispositivo para el servicio móvil. Si llevas tu propio dispositivo al trabajo, normalmente puedes utilizarlo como lo harías normalmente y seguir conectado a todas tus aplicaciones y cuentas. Esto puede ayudarte a mantener tu vida personal y profesional separadas, y también puede ayudarte a evitar dejar accidentalmente información confidencial del trabajo en los dispositivos de la empresa.

Desventajas

También hay que tener en cuenta algunos riesgos a la hora de decidir si llevar tu propio dispositivo al trabajo. Es posible que tengas que pagar la factura de tu propio dispositivo móvil y que tengas que pagar más por el servicio de Internet móvil o inalámbrico. Cuando lleves tu propio dispositivo al trabajo o a la escuela, es posible que tengas que instalar un software especial, mantener tu dispositivo actualizado o utilizar una cuenta de invitado para acceder a las aplicaciones relacionadas con la escuela o el trabajo. Puede haber problemas de seguridad, ya que puedes tener menos control sobre la red de la empresa o de la escuela que el que tendrías si usaras un dispositivo emitido por la empresa. También puedes tener que lidiar con las molestias de mantener dos conjuntos diferentes de aplicaciones, aplicaciones que mantienen tu vida laboral y personal separadas. También es posible que se espere que almacene su dispositivo encriptado, lo que significa que tendrá que dedicar más tiempo a la gestión de la seguridad de lo que haría si estuviera utilizando un dispositivo emitido por el trabajo.