«Космос — последний рубеж»: Немного об ИТ-инфраструктуре самого быстрого радиотелескопа ASKAP
В 2012 году SKA Organisation объявили о намерении построить крупнейший в мире радиотелескоп Square Kilometre Array (SKA). Было решено разделить рабочую часть установки на две: одну разместить в ЮАР, другую — в Австралии.
В рамках этого проекта на территории Австралии был создан массив низкочастотных апертурных антенн (от 350 МГц до 14 ГГц), получивший название ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder). Задача радиоинтерферометра — помочь понять, как развивалась вселенная в первый миллиард лет её существования. Поэтому сегодня нам бы хотелось рассказать о задачах и принципах работы радиотелескопа.
Сегодня в Австралии уже размещены 36 тарелок ASKAP. Это телескоп гораздо большей мощности по сравнению с другими современными решениями: например, его чувствительность (на 25%) и разрешение (в 8 раз) превышают показатели радиоинтерферометра LOFAR. Более того, он сможет сканировать небо в 135 раз быстрее. Вот так выглядит комплекс ASKAP со спутника.
Радиотелескопы используют специальные камеры, улавливающие слабые радиоволны из космоса. Такие камеры способны «захватывать» лишь небольшую часть небесной сферы, что усложняет задачу исследования крупных участков неба. Поэтому для радиотелескопа ASKAP были разработаны инновационные фазированные решетки с широким углом зрения. Это первый случай, когда подобная технология была использована в астрономии.
Каждая решетка выполнена из 188 приемников, расположенных в шахматном порядке. Рядом с приемниками располагаются малошумные усилители, которые усиливают обычно слабые радиосигналы. Эти компоненты укрыты в герметичный кейс, установленный в фокусе каждой из тарелок ASKAP.
В общей сложности фазированные решетки могут работать с 36 отдельными лучами, позволяя получить угол обзора в 30 квадратных градусов. Телескоп за время работы уже показал свою способность функционировать в качестве автономного астрономического инструмента.
Слишком много данных не бывает
Данные, которые поступают на фазированные антенные решетки, представляют собой настоящий «пожарный шланг» с информацией. В блоге CSIRO было отмечено, что ASKAP генерирует порядка 5,2 терабайт данных в секунду. Проблема в том, что это больше, чем ширина канала до суперкомпьютера в городе Перт и объем доступного там дискового пространства.
«В случае классических телескопов, таких как Паркс и Наррабри, вы собираете данные, архивируете и храните «вечно», — говорит Дэвид Макконел (David McConnell), ученый-системолог. — Это означает, что при появлении новых методологий анализа, исследователи могут вернуться к старым данным и провести повторные эксперименты».
Однако здесь немного другая ситуация. Дата-центр не может хранить столько «сырых» данных, поступающих с 36 антенн, поэтому они подвергаются определенным трансформациям. Ученые превращают данные в изображения, которые поступают в СХД по цепочке высокоскоростной электроники.
Сегодня данные пишутся на диск со скоростью 22 мегабайта в секунду. Сокращение количества информации просто огромное. В планах ученых создать программное обеспечение, которое позволит в реальном времени определять, какие изображения стоят того, чтобы их оставить, а какие — нет.
Для управления такими объемами данных исследователи выбрали решения на базе технологий SGI InfiniteStorage и SGI UV 2000. SGI InfiniteStorage — это система хранения и управления данными, которая способна справляться с 100 петабайтами информации одновременно. СХД также приобретает дополнительную гибкость, используя энергосберегающую технологию кэширования SGI MAID.
Она автоматически останавливает вращение жестких дисков, если к ним длительное время не было обращений. Также эта среда интегрируется с 40-петабайтной ленточной библиотекой, что создает возможность расширения 100-петабайтовой системы управления иерархической структурой хранения информации (HSM).
Что касается технологии SGI UV 2000, то она позволяет осуществлять анализ и визуализацию больших сводов данных. Работая как совокупность анализирующих устройств, SGI UV 2000 используется для проведения предварительной обработки данных, к которым обращается ряд научных приложений.
Ученые отмечают, что все наработки, полученные за время работы телескопа ASKAP над проектом WALLABY, будут использоваться исследователями из Нидерландов, Канады и США для разработки фазированной решетки более крупного радиоинтерферометра. Более того, они отмечают, что эта работа позволит найти применение фазированным решеткам в других сферах жизнедеятельности, например, технологиях беспроводной связи или областях медицинской физики.
