O mundo está pronto para um novo tipo de sistema operacional

Por volta dessa época, no ano passado, escrevi “ O metaverso precisa de um sistema operacional ”, um mergulho profundo na razão pela qual era necessária a ideia de novas bases de software para lidar com uma mudança na forma como interagimos por meio da computação espacial. Ele explorou conceitos novos e antigos, mas, em última análise, a conclusão foi que o rumo que estamos tomando em muitos aspectos requer uma repensação do design do sistema operacional desde o início.

Simplesmente não podemos avançar onde o pensamento ainda está preso no design do kernel e na arquitetura do sistema operacional de meados das décadas de 1980 e 1990. Agora, com a ascensão da IA e dos grandes modelos de linguagem, da soberania dos dados e do controle do usuário, da identidade e dos antigos argumentos de “ código proprietário versus código aberto ”, a questão da necessidade de repensar o sistema operacional de ontem para amanhã surge novamente.

O que eu queria fazer era pegar na exploração feita no ano passado, mas mudar o pensamento para outra indústria, que tem recebido muita atenção e é considerada o futuro da humanidade – a indústria espacial. Provavelmente não existe um sector onde as exigências de software e hardware sejam tão rigorosas ou tão seguras devido ao ambiente em que operam (excepto a defesa e a aeroespacial que, claro, ainda fazem parte do mesmo sector global).

Chega de monólitos

A indústria espacial, apesar de todas as suas inovações na última década graças à SpaceX, ainda se baseia em princípios de software operacional que remontam à década de 1960 e esta não é uma base para construir o futuro da exploração espacial (“The [Starlink] A constelação tem mais de 30.000 nós Linux (e mais de 6.000 microcontroladores) no espaço agora”, disse Matt Monson em um Reddit AMA em 2020. É muito código colocado em uma arquitetura fragmentada originalmente concebida nos anos 90.

Sou um grande defensor e acredito na descentralização, apesar da ideologia ter sido usurpada por VCs idiotas da web3 e startups de criptomoedas. Fundamentalmente, uma arquitectura distribuída e descentralizada aponta o caminho para uma nova Internet e para a forma como escrevemos software, uma que nos levaria para além dos nossos confins terrestres.

O panorama dos sistemas operativos, particularmente no setor espacial, é caracterizado por uma colcha de retalhos de sistemas proprietários e de código aberto, cada um com o seu próprio conjunto de interfaces e protocolos. Esta falta de padronização levou a ineficiências, aumento de custos e complexidades na concepção da missão . Algo novo abordaria diretamente esses desafios, fornecendo uma plataforma coesa que garantisse compatibilidade e comunicação perfeita entre diversos componentes de hardware e software por meio de uma abordagem única – uma combinação de arquiteturas descentralizadas e RTOS.

O conceito de um sistema operacional descentralizado não é novo, que mostrou o caminho a seguir para isso e é hora de continuar de onde pararam e concluir o trabalho.

Para os não iniciados, o Plan 9 do Bell Labs é um sistema operacional distribuído originado do Computing Science Research Center (CSRC) do Bell Labs em meados da década de 1980 e construído sobre conceitos UNIX desenvolvidos pela primeira vez lá no final da década de 1960. Desde 2000, o Plan 9 é gratuito e de código aberto. O lançamento oficial final foi no início de 2015. O Plano 9 substituiu o Unix como a principal plataforma do Bell Labs para pesquisa de sistemas operacionais. Explorou diversas mudanças no modelo Unix original que facilitam o uso e a programação do sistema, notadamente em ambientes multiusuários distribuídos.

Por que se preocupar com isso, por que se preocupar com isso? Bem, porque os conceitos por trás do Plano 9 (e até certo ponto, GridOS também mencionado no artigo original do Metaverse OS ) apontam o caminho para uma mudança radical em como realmente precisamos pensar sobre o design do sistema operacional e a arquitetura do kernel, especialmente no indústria espacial.

Quais são os requisitos como eu os vejo?

• Descentralizado e Modular : algo novo deve ser concebido para ser descentralizado, o que significa que pode operar através de uma rede distribuída, reduzindo pontos únicos de falha e potencialmente aumentando a resiliência e a tolerância a falhas, que são críticas para operações baseadas no espaço.

  
  

• Personalização : graças a uma arquitetura modular de microkernel, deve permitir maior flexibilidade. Os módulos podem ser adicionados ou removidos conforme necessário para diferentes aplicações ou missões, tornando-o altamente adaptável a vários requisitos.

  
  

• Capacidades em tempo real : a integração de capacidades de processamento em tempo real, cruciais para aplicações sensíveis ao tempo, como as encontradas na exploração espacial e nas operações de satélite, aborda algumas das preocupações imediatas sobre a descentralização e a comunicação dos nós.

  
  

• Orientado para a comunidade e de código aberto : deve ser construído num modelo de código aberto, incentivando as contribuições da comunidade e disponibilizando o código-fonte para revisão, o que pode promover a inovação e a confiança.

  
  

• Compatibilidade e transição : precisa ser projetado tendo em mente a compatibilidade, para suportar plataformas de hardware existentes e poder executar aplicativos legados em módulos seguros, facilitando a transição de sistemas operacionais tradicionais.

O design de algo tão crítico teria a intenção de desmontar o quebra-cabeça existente da Red Hat, vários sabores de Linux, software embarcado e Vxworks da Wind River, criando um salto na arquitetura de sistema operacional e abrindo um espaço de mercado novo e incontestado. Ao provar o design em um dos mercados mais difíceis, você poderá então estar preparado para replicar e trabalhar retroativamente em setores semelhantes que serão necessários para a exploração espacial – incluindo mineração, manufatura, IOT e outras indústrias pesadas que se baseiam no mesmo software antigo. princípios.

Se você quiser levar isso um passo adiante, especialmente onde (SDA) é uma iniciativa crítica com agências governamentais, então qualquer novo sistema operacional feito para a exploração espacial poderia ser um componente crítico para entidades civis e militares que operam ativos no espaço. também.

• Integração de dados aprimorada : uma natureza modular permite a integração perfeita de vários sensores e fontes de dados. Esta capacidade é crucial para a SDA, onde os dados de radar, telescópios, satélites e outros sensores devem ser sintetizados para fornecer uma imagem abrangente do ambiente espacial.

  
  

• Processamento e análise de dados aprimorados : o aspecto descentralizado de um novo sistema operacional pode facilitar o processamento distribuído de dados, reduzindo o tempo necessário para analisar grandes quantidades de dados no domínio espacial. O processamento de dados mais rápido leva a respostas mais oportunas a ameaças como detritos espaciais, manobras adversárias ou fenômenos naturais.

  
  

• Resiliência e Redundância : para operações militares, a resiliência é crítica para que uma estrutura descentralizada possa oferecer maior resiliência contra ataques cibernéticos e falhas de sistema. Se um nó falhar, outros poderão assumir o controle, garantindo operações contínuas de SDA.

  
  

• Interoperabilidade : como as operações militares envolvem frequentemente coligações, um sistema operacional descentralizado pode fornecer protocolos e interfaces de comunicação padronizados, permitindo a interoperabilidade entre sistemas de diferentes países e serviços, o que é essencial para os esforços conjuntos de SDA.

  
  

• Adaptabilidade e escalabilidade : o design modular de um sistema operacional descentralizado permite uma rápida adaptação a novos sensores, tecnologias ou requisitos de missão. À medida que o domínio espacial evolui, também é possível incorporar novos módulos para atender às necessidades emergentes de SDA sem revisar todo o sistema.

  
  

• Segurança : com uma nova arquitetura de kernel, os protocolos de segurança podem ser totalmente integrados em cada módulo, fornecendo medidas de segurança robustas que são vitais para operações militares. A natureza descentralizada também significa que é menos provável que um ataque a um módulo comprometa todo o sistema.

• Eficiência de custos : a padronização em um sistema operacional modular pode levar à economia de custos, reduzindo a necessidade de desenvolvimento de software personalizado para cada nova iniciativa de SDA. Esta eficiência económica pode libertar recursos para outras necessidades críticas de defesa.

  
  

A inteligência artificial aponta outro caminho a seguir

Agora, vamos discutir o futuro de sistemas operacionais como Windows e Linux em um mundo de inteligência artificial. Os sistemas operacionais monolíticos não são redundantes, onde podemos usar IA para construir aplicativos, navegar na web, responder perguntas complexas, realizar pesquisas e fazer compras com agentes automatizados à nossa disposição?

Eu diria que sim. A abordagem agora é apenas integrar LLMs e IA em várias partes do sistema operacional ou plataformas de produtividade, em vez de arquitetar a IA desde o início para ser integral . Diferença sutil.

A integração (mais como uma calçada) da IA em sistemas operacionais como o Windows levanta de fato a questão de saber se uma reformulação completa, começando do kernel para cima, é necessária para aproveitar totalmente as capacidades da IA nesta nova era, por isso precisamos dar uma olhada em o que pode ser necessário.

• Integração profunda versus complementos superficiais: os sistemas operacionais atuais poderiam integrar a IA como uma camada adicional, aprimorando certas funcionalidades. No entanto, esta abordagem pode não aproveitar todo o potencial da IA. Uma reformulação a partir do nível do kernel poderia incorporar a IA mais profundamente nas funções principais do sistema operacional, levando a uma abordagem mais integral.

  
  

• Gerenciamento e agendamento de recursos : os sistemas operacionais tradicionais não são projetados principalmente para as complexidades das cargas de trabalho de IA. Redesenhar o kernel poderia permitir um gerenciamento mais eficiente de recursos (como CPU, GPU e memória) para processos de IA, otimizando o desempenho e o consumo de energia.

  
  

• Segurança e privacidade: a IA apresenta novos desafios de segurança e privacidade. Um kernel redesenhado tendo em mente a IA poderia incorporar protocolos de segurança mais avançados para lidar com esses desafios, especialmente no processamento de grandes volumes de dados confidenciais.

  
  

• Processamento em Tempo Real e Edge Computing : Os aplicativos de IA, especialmente aqueles que envolvem aprendizado de máquina e processamento de dados em tempo real, podem se beneficiar do processamento de baixa latência e alta velocidade. Um redesenho no nível do kernel poderia otimizar esses processos, especialmente para cenários de computação de ponta.

  
  

• Operação autônoma e autocura : um kernel orientado por IA poderia permitir que o sistema operacional executasse tarefas autônomas de otimização e autocura, prevendo e prevenindo falhas do sistema e otimizando o desempenho sem intervenção humana.

  
  

• Aceleração de hardware : os aplicativos modernos de IA geralmente dependem de hardware especializado, como GPUs e TPUs. Um kernel projetado com isso em mente poderia fornecer melhor suporte e otimização para esse hardware, melhorando o desempenho do aplicativo de IA. Muito parecido com o que a Graphcore se propôs a fazer com sua IPU, mas não se adaptou ao mercado do produto e aos altos requisitos de investimento de capital para continuar.

  
  

• Compatibilidade com versões anteriores e transição : um desafio significativo no redesenho do kernel para IA é manter a compatibilidade com aplicativos e sistemas existentes. Esta transição exigiria um planeamento cuidadoso e uma implementação gradual.

• Comportamento Adaptativo : o sistema pode adaptar seu comportamento com base no ambiente e nos padrões de uso. Por exemplo, poderia otimizar-se em termos de eficiência energética, desempenho ou segurança, dependendo do contexto.

Se adotarmos uma abordagem revolucionária para o design de sistemas operacionais, combinando arquitetura AI-first, integração de IA em nível de kernel e descentralização como princípios básicos, um novo kernel e arquitetura de sistema operacional difeririam significativamente dos sistemas tradicionais como Windows e Linux. É claro que tal mudança também exigiria a superação de obstáculos significativos no caminho em termos de desenvolvimento, adoção e compatibilidade com a tecnologia e infraestrutura existentes. Não é tarefa fácil, mas se você abordar isso do ponto de vista de que construir um sistema operacional como este era uma estratégia do Oceano Azul, então ser paciente e nutrir isso ao longo de algumas décadas e este é um jogo maior e um prêmio a ser almejado.

Vamos nadar

A estratégia do oceano azul é a busca simultânea de diferenciação e baixo custo para abrir um novo espaço de mercado e criar nova demanda. Trata-se de criar e capturar espaço de mercado incontestado, tornando assim a concorrência irrelevante. Baseia-se na visão de que as fronteiras do mercado e a estrutura da indústria não são um dado adquirido e podem ser reconstruídas pelas ações e crenças dos participantes da indústria.

Os oceanos vermelhos são todas as indústrias que existem hoje – o espaço de mercado conhecido, onde as fronteiras da indústria são definidas e as empresas tentam superar os seus rivais para conquistar uma fatia maior do mercado existente. A competição acirrada torna o oceano vermelho-sangue. Daí o termo oceanos “vermelhos”.

Os oceanos azuis denotam todas as indústrias que não existem hoje – o espaço de mercado desconhecido, inexplorado e não contaminado pela concorrência. Tal como o oceano “azul”, é vasto, profundo e poderoso – em termos de oportunidades e crescimento rentável.

Um exemplo perfeito disso foi quando a Nintendo lançou o Wii.

O Nintendo Wii foi lançado em 2006 e tem como cerne o conceito de inovação de valor. Este é um princípio fundamental da estratégia do oceano azul, que busca simultaneamente o baixo custo e a diferenciação.

Para reduzir custos, a Nintendo eliminou a funcionalidade de disco rígido e DVD encontrada na maioria dos consoles de jogos e reduziu a qualidade de processamento e os gráficos. Ao mesmo tempo, a Nintendo introduziu um controle de movimento sem fio para se diferenciar da oferta do mercado. Isso permitiu à empresa oferecer uma série de novos recursos e benefícios que não haviam sido vistos anteriormente no mundo dos jogos, como a capacidade de usar um console de jogos para entrar em forma ou jogar em um grupo social maior.

Ao perseguir a inovação de valor, a Nintendo poderia ir além da competição com empresas como a PlayStation e a X-Box num oceano vermelho lotado e ferozmente competitivo. Em vez disso, foi capaz de abrir um mercado inteiramente novo. O Nintendo Wii, com seus novos recursos inovadores e preço acessível, atraiu um mercado inteiramente novo e expansivo – um oceano azul que abrange não jogadores, idosos e pais com filhos pequenos.

Ao adoptar a mesma abordagem com um novo sistema operativo, destruiria o mercado actual, repleto de dívidas técnicas e de legado, que seria incapaz de responder devido ao esforço necessário para mudar de direcção.

Para onde vamos daqui?

Não é um esforço simples ou pequeno, de forma alguma. A razão pela qual escolhi IA e Espaço foi porque são abordagens complementares para o mesmo problema e usam as mesmas respostas. Estamos construindo conceitos e ideias que nunca foram reunidos dessa forma antes, mas que podem levar aos alicerces dos próximos 50 a 100 anos de arquitetura de software, porque eles precisam ser adequados ao propósito do admirável mundo novo que está chegando. nós rápido.

. Esta missão é a primeira do tipo a avaliar casos de uso no espaço para armazenamento descentralizado. Ele será hospedado a bordo do LM 400 Technology Demonstrator, autofinanciado pela Lockheed Martin – um satélite definido por software do tamanho de uma geladeira, projetado para apoiar uma ampla gama de missões e clientes. Assim que a espaçonave estiver em órbita, ela usará sua tecnologia de satélite definida por software SmartSat™ para carregar e realizar a demonstração IPFS.

Estamos experimentando tecnologias descentralizadas o tempo todo, mas parecemos hesitantes em torná-las uma base central das plataformas futuras.

Essas são estruturas conceituais e ideias que venho apresentando e só Deus sabe se elas vão durar, mas se houver alguém por aí concordando violentamente - seja você um engenheiro de software ou um investidor - bata na minha porta e vamos conversar, porque Tenho vontade de tornar isso realidade.