Thế giới đã sẵn sàng cho một loại hệ điều hành mới

Vào khoảng thời gian này năm ngoái, tôi đã viết “ Metaverse cần một hệ điều hành ”, đi sâu vào lý do tại sao cần có ý tưởng về nền tảng phần mềm mới để xử lý sự thay đổi trong cách chúng ta tương tác thông qua điện toán không gian. Nó khám phá các khái niệm mới và cũ nhưng cuối cùng kết luận là nơi chúng ta đang hướng tới ở nhiều khía cạnh đòi hỏi phải suy nghĩ lại về thiết kế hệ điều hành ngay từ đầu.

Đơn giản là chúng ta không thể tiến lên phía trước khi tư duy vẫn còn mắc kẹt trong thiết kế hạt nhân và kiến trúc hệ điều hành từ giữa những năm 1980 và 90. Giờ đây, với sự phát triển của AI và Mô hình ngôn ngữ lớn, chủ quyền dữ liệu và kiểm soát người dùng, danh tính cũng như các lập luận lâu đời về ' độc quyền và nguồn mở ', câu hỏi về việc cần phải suy nghĩ lại về hệ điều hành của ngày hôm qua cho ngày mai lại xuất hiện.

Điều tôi muốn làm là thực hiện cuộc thám hiểm vào năm ngoái nhưng chuyển suy nghĩ sang một ngành khác, một ngành đã nhận được nhiều sự chú ý và được coi là tương lai của nhân loại - ngành vũ trụ. Có lẽ không có lĩnh vực nào mà yêu cầu về phần mềm và phần cứng nghiêm ngặt hoặc an toàn như vậy do môi trường mà chúng hoạt động (trừ quốc phòng và hàng không vũ trụ, tất nhiên dù sao vẫn là một phần của cùng một lĩnh vực).

Không còn nguyên khối nữa

Ngành công nghiệp vũ trụ, với tất cả sự đổi mới của nó trong khoảng thập kỷ qua nhờ có SpaceX, vẫn dựa trên các nguyên tắc phần mềm vận hành có từ những năm 1960 và đây không phải là nền tảng để xây dựng tương lai của việc khám phá không gian (“[Starlink] chòm sao hiện có hơn 30.000 nút Linux (và hơn 6.000 bộ vi điều khiển) trong không gian,” Matt Monson cho biết trong Reddit AMA vào năm 2020. Đó là rất nhiều mã nằm trong một kiến trúc phân mảnh ban đầu được hình thành vào những năm 90.

Tôi là một người rất ủng hộ và tin tưởng vào sự phân quyền mặc dù hệ tư tưởng này đang bị các nhà đầu tư mạo hiểm web3 và các công ty khởi nghiệp tiền điện tử soán ngôi. Về cơ bản, kiến trúc phân tán và phi tập trung sẽ mở đường cho một mạng Internet mới và cách chúng ta viết phần mềm, một kiến trúc sẽ đưa chúng ta vượt ra khỏi giới hạn của Trái đất.

Bối cảnh hệ điều hành, đặc biệt là trong lĩnh vực không gian, được đặc trưng bởi sự chắp vá của các hệ thống độc quyền và nguồn mở, mỗi hệ thống có bộ giao diện và giao thức riêng. Việc thiếu tiêu chuẩn hóa này đã dẫn đến sự thiếu hiệu quả, tăng chi phí và sự phức tạp trong việc thiết kế sứ mệnh . Điều gì đó mới mẻ sẽ trực tiếp giải quyết những thách thức này bằng cách cung cấp một nền tảng gắn kết đảm bảo khả năng tương thích và giao tiếp liền mạch giữa các thành phần phần cứng và phần mềm đa dạng thông qua một cách tiếp cận độc đáo — sự kết hợp giữa kiến trúc phi tập trung và RTOS.

Khái niệm về một hệ điều hành phi tập trung không phải là mới, Bell Labs vào những năm 1980 đã tạo ra Kế hoạch 9 , chỉ ra con đường phía trước cho việc này và đã đến lúc tiếp tục nơi họ đã dừng lại và hoàn thành công việc.

Đối với những người chưa quen, Kế hoạch 9 của Bell Labs là một hệ điều hành phân tán có nguồn gốc từ Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Máy tính (CSRC) tại Bell Labs vào giữa những năm 1980 và được xây dựng dựa trên các khái niệm UNIX được phát triển lần đầu tiên ở đó vào cuối những năm 1960. Kể từ năm 2000, Plan 9 đã trở thành nguồn mở và miễn phí. Bản phát hành chính thức cuối cùng là vào đầu năm 2015. Kế hoạch 9 đã thay thế Unix làm nền tảng chính cho nghiên cứu hệ điều hành của Bell Labs. Nó khám phá một số thay đổi đối với mô hình Unix ban đầu nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng và lập trình hệ thống, đặc biệt là trong môi trường nhiều người dùng phân tán.

Tại sao lại quan tâm đến điều này, tại sao phải bận tâm đến điều này? Chà, bởi vì các khái niệm đằng sau Kế hoạch 9 (và ở một mức độ nhất định, GridOS cũng được đề cập trong bài viết gốc về Metaverse OS ) chỉ ra con đường dẫn đến một sự thay đổi căn bản trong cách chúng ta thực sự cần suy nghĩ về thiết kế hệ điều hành và kiến trúc hạt nhân, đặc biệt là trong ngành công nghiệp vũ trụ.

Những yêu cầu mà tôi thấy là gì?

• Phi tập trung và mô-đun : một cái gì đó mới nên được thiết kế để phi tập trung, nghĩa là nó có thể hoạt động trên một mạng phân tán, giảm các điểm lỗi đơn lẻ và có khả năng nâng cao khả năng phục hồi cũng như khả năng chịu lỗi vốn rất quan trọng đối với các hoạt động trên không gian.

  
  

• Khả năng tùy chỉnh : nhờ vào kiến trúc vi hạt mô-đun, nó sẽ cho phép linh hoạt hơn. Các mô-đun có thể được thêm hoặc bớt khi cần cho các ứng dụng hoặc nhiệm vụ khác nhau, giúp nó có khả năng thích ứng cao với các yêu cầu khác nhau.

  
  

• Khả năng thời gian thực : tích hợp khả năng xử lý thời gian thực, rất quan trọng đối với các ứng dụng nhạy cảm với thời gian, chẳng hạn như các ứng dụng được tìm thấy trong hoạt động thăm dò không gian và vệ tinh, giải quyết một số mối lo ngại trước mắt về phân cấp và liên lạc nút.

  
  

• Nguồn mở và hướng đến cộng đồng : nó phải được xây dựng trên mô hình nguồn mở, khuyến khích sự đóng góp của cộng đồng và cung cấp mã nguồn để xem xét, điều này có thể thúc đẩy sự đổi mới và sự tin cậy.

  
  

• Khả năng tương thích và chuyển đổi : cần được thiết kế chú trọng đến khả năng tương thích, để hỗ trợ các nền tảng phần cứng hiện có và có thể chạy các ứng dụng cũ trong các mô-đun an toàn, giúp dễ dàng chuyển đổi từ các hệ điều hành truyền thống.

Thiết kế của một thứ quan trọng như thế này có mục đích phá bỏ trò chơi ghép hình hiện tại của Red Hat, nhiều phiên bản Linux, phần mềm nhúng và Vxworks của Wind River bằng cách tạo ra một bước nhảy vọt trong kiến trúc hệ điều hành và mở ra một không gian thị trường mới và không bị cạnh tranh. Bằng cách chứng minh thiết kế ở một trong những thị trường khó khăn nhất, bạn có thể sẵn sàng nhân rộng và hoạt động ngược trở lại các ngành tương tự cần thiết cho việc khám phá không gian - bao gồm khai thác, sản xuất, IOT và các ngành công nghiệp nặng khác đều sử dụng cùng một phần mềm cũ Nguyên tắc.

Nếu bạn muốn tiến xa hơn nữa, đặc biệt khi Nhận thức về Miền Không gian (SDA) là một sáng kiến quan trọng với các cơ quan chính phủ thì bất kỳ hệ điều hành mới nào được tạo ra để khám phá không gian đều có thể là một thành phần quan trọng đối với cả các thực thể dân sự và quân sự vận hành tài sản trong không gian. Mà còn.

• Tích hợp dữ liệu nâng cao : tính chất mô-đun cho phép tích hợp liền mạch các cảm biến và nguồn dữ liệu khác nhau. Khả năng này rất quan trọng đối với SDA, nơi dữ liệu từ radar, kính thiên văn, vệ tinh và các cảm biến khác phải được tổng hợp để cung cấp bức tranh toàn diện về môi trường không gian.

  
  

• Cải thiện khả năng xử lý và phân tích dữ liệu : khía cạnh phi tập trung của hệ điều hành mới có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý dữ liệu phân tán, giảm thời gian cần thiết để phân tích lượng lớn dữ liệu trên miền không gian. Xử lý dữ liệu nhanh hơn dẫn đến phản ứng kịp thời hơn trước các mối đe dọa như mảnh vụn không gian, hành động đối nghịch hoặc hiện tượng tự nhiên.

  
  

• Khả năng phục hồi và dự phòng : đối với các hoạt động quân sự, khả năng phục hồi là rất quan trọng nên cấu trúc phi tập trung có thể mang lại khả năng phục hồi cao hơn trước các cuộc tấn công mạng và lỗi hệ thống. Nếu một nút bị lỗi, các nút khác có thể tiếp quản, đảm bảo hoạt động SDA liên tục.

  
  

• Khả năng tương tác : vì các hoạt động quân sự thường liên quan đến các liên minh, một hệ điều hành phi tập trung có thể cung cấp các giao thức và giao diện liên lạc được tiêu chuẩn hóa, cho phép khả năng tương tác giữa các hệ thống của các quốc gia và dịch vụ khác nhau, điều này rất cần thiết cho các nỗ lực chung của SDA.

  
  

• Khả năng thích ứng và khả năng mở rộng : thiết kế mô-đun của hệ điều hành phi tập trung cho phép thích ứng nhanh chóng với các cảm biến, công nghệ hoặc yêu cầu nhiệm vụ mới. Khi miền không gian phát triển, điều này cũng có thể kết hợp các mô-đun mới để giải quyết các nhu cầu SDA mới nổi mà không cần đại tu toàn bộ hệ thống.

  
  

• Bảo mật : với kiến trúc hạt nhân mới, các giao thức bảo mật có thể được tích hợp chặt chẽ vào từng mô-đun, cung cấp các biện pháp bảo mật mạnh mẽ, quan trọng cho các hoạt động quân sự. Bản chất phi tập trung cũng có nghĩa là một cuộc tấn công vào một mô-đun sẽ ít có khả năng gây tổn hại đến toàn bộ hệ thống.

• Hiệu quả chi phí : việc tiêu chuẩn hóa trên hệ điều hành mô-đun có thể giúp tiết kiệm chi phí bằng cách giảm nhu cầu phát triển phần mềm tùy chỉnh cho mỗi sáng kiến SDA mới. Hiệu quả kinh tế này có thể giải phóng nguồn lực cho các nhu cầu quốc phòng quan trọng khác.

  
  

Trí tuệ nhân tạo chỉ ra một hướng đi khác

Bây giờ, hãy thảo luận về tương lai của các hệ điều hành như Windows và Linux trong thế giới trí tuệ nhân tạo. Chẳng phải hệ điều hành nguyên khối là dư thừa khi chúng ta có thể sử dụng AI để xây dựng ứng dụng, duyệt web, trả lời các câu hỏi phức tạp, tiến hành nghiên cứu và kinh doanh một cửa hàng tạp hóa với các đại lý tự động theo yêu cầu của chúng ta?

Tôi sẽ nói như vậy. Cách tiếp cận hiện nay chỉ là tích hợp LLM và AI vào các phần khác nhau của hệ điều hành hoặc nền tảng năng suất thay vì kiến trúc AI ngay từ đầu để trở thành một phần không thể thiếu . Sự khác biệt tinh tế.

Việc tích hợp (giống như đánh giày hơn) AI vào các hệ điều hành như Windows thực sự đặt ra câu hỏi liệu việc thiết kế lại hoàn toàn, bắt đầu từ kernel trở lên, có cần thiết để khai thác triệt để khả năng của AI trong kỷ nguyên mới này hay không, vì vậy chúng ta cần xem xét những gì có thể được yêu cầu.

• Tích hợp sâu so với Tiện ích bổ sung hời hợt: các hệ điều hành hiện tại có thể tích hợp AI như một lớp bổ sung, nâng cao một số chức năng nhất định. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có thể không tận dụng được hết tiềm năng của AI. Việc thiết kế lại từ cấp độ kernel có thể nhúng AI sâu hơn vào các chức năng cốt lõi của HĐH, dẫn đến một cách tiếp cận toàn diện hơn.

  
  

• Quản lý tài nguyên và lập lịch : các hệ điều hành truyền thống không được thiết kế chủ yếu cho sự phức tạp của khối lượng công việc AI. Thiết kế lại kernel có thể cho phép quản lý tài nguyên hiệu quả hơn (như CPU, GPU và bộ nhớ) cho các quy trình AI, tối ưu hóa hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng.

  
  

• Bảo mật và quyền riêng tư: AI đưa ra những thách thức mới về bảo mật và quyền riêng tư. Một hạt nhân được thiết kế lại với AI có thể kết hợp các giao thức bảo mật nâng cao hơn để xử lý những thách thức này, đặc biệt là trong việc xử lý khối lượng lớn dữ liệu nhạy cảm.

  
  

• Xử lý thời gian thực và điện toán biên : Các ứng dụng AI, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến học máy và xử lý dữ liệu thời gian thực, có thể được hưởng lợi từ việc xử lý có độ trễ thấp và tốc độ cao. Thiết kế lại cấp hạt nhân có thể tối ưu hóa các quy trình này, đặc biệt là đối với các tình huống điện toán biên.

  
  

• Vận hành tự động và tự phục hồi : hạt nhân do AI điều khiển có thể cho phép hệ điều hành thực hiện các nhiệm vụ tối ưu hóa và tự phục hồi tự động, dự đoán và ngăn ngừa lỗi hệ thống cũng như tối ưu hóa hiệu suất mà không cần sự can thiệp của con người.

  
  

• Tăng tốc phần cứng : các ứng dụng AI hiện đại thường dựa vào phần cứng chuyên dụng như GPU và TPU. Một hạt nhân được thiết kế dựa trên những điều này có thể cung cấp sự hỗ trợ và tối ưu hóa tốt hơn cho phần cứng như vậy, nâng cao hiệu suất ứng dụng AI. Giống như những gì Graphcore đã đặt ra với IPU của mình nhưng đã không phù hợp với thị trường sản phẩm và yêu cầu đầu tư vốn cao để tiếp tục.

  
  

• Khả năng tương thích ngược và chuyển đổi : một thách thức đáng kể trong việc thiết kế lại hạt nhân cho AI là duy trì khả năng tương thích với các ứng dụng và hệ thống hiện có. Quá trình chuyển đổi này đòi hỏi phải lập kế hoạch cẩn thận và thực hiện dần dần.

• Hành vi thích ứng : hệ thống có thể điều chỉnh hành vi của nó dựa trên môi trường và kiểu sử dụng. Ví dụ: nó có thể tự tối ưu hóa để tiết kiệm năng lượng, hiệu suất hoặc bảo mật, tùy thuộc vào ngữ cảnh.

Nếu chúng ta áp dụng một cách tiếp cận mang tính cách mạng trong thiết kế hệ điều hành, kết hợp kiến trúc ưu tiên AI, tích hợp AI cấp hạt nhân và phân cấp làm nguyên tắc cốt lõi, thì kiến trúc hạt nhân và hệ điều hành mới sẽ khác biệt đáng kể so với các hệ thống truyền thống như Windows và Linux. Tất nhiên, sự thay đổi như vậy cũng đòi hỏi phải vượt qua những trở ngại đáng kể trên đường phát triển, áp dụng và tương thích với công nghệ và cơ sở hạ tầng hiện có. Không có gì đáng ngạc nhiên nhưng nếu bạn tiếp cận vấn đề này từ góc độ xây dựng một hệ điều hành như thế này là Chiến lược Đại dương xanh thì hãy kiên nhẫn và nuôi dưỡng điều này trong suốt vài thập kỷ và đây là trò chơi và giải thưởng lớn hơn để hướng tới.

Đi bơi thôi

Chiến lược đại dương xanh là việc theo đuổi đồng thời sự khác biệt hóa và chi phí thấp để mở ra không gian thị trường mới và tạo ra nhu cầu mới. Đó là việc tạo ra và nắm bắt khoảng trống thị trường không có cạnh tranh, từ đó làm cho sự cạnh tranh trở nên không cần thiết. Nó dựa trên quan điểm cho rằng ranh giới thị trường và cơ cấu ngành không phải là nhất định và có thể được xây dựng lại bằng hành động và niềm tin của những người tham gia trong ngành.

Đại dương đỏ là tất cả các ngành tồn tại ngày nay - không gian thị trường đã biết, nơi ranh giới ngành được xác định và các công ty cố gắng vượt trội hơn đối thủ để giành được thị phần lớn hơn trên thị trường hiện tại. Sự cạnh tranh khốc liệt biến đại dương thành màu đỏ máu. Do đó, có thuật ngữ đại dương “đỏ”.

Đại dương xanh biểu thị tất cả các ngành không tồn tại ngày nay - không gian thị trường chưa được biết đến, chưa được khám phá và không bị ảnh hưởng bởi sự cạnh tranh. Giống như đại dương 'xanh', nó rộng lớn, sâu sắc và mạnh mẽ – xét về cơ hội và tăng trưởng lợi nhuận.

Một ví dụ hoàn hảo về điều này là khi Nintendo phát hành Wii.

Nintendo Wii ra mắt vào năm 2006 và cốt lõi của nó là khái niệm đổi mới giá trị. Đây là nguyên tắc then chốt của chiến lược đại dương xanh, trong đó theo đuổi đồng thời chi phí thấp và sự khác biệt hóa.

Để giảm chi phí, Nintendo đã loại bỏ chức năng đĩa cứng và DVD có trong hầu hết các máy chơi game và giảm chất lượng xử lý cũng như đồ họa. Đồng thời, Nintendo giới thiệu một thanh điều khiển chuyển động không dây để tạo sự khác biệt so với sản phẩm trên thị trường. Điều này cho phép công ty cung cấp một loạt tính năng và lợi ích mới chưa từng thấy trong thế giới trò chơi trước đây, chẳng hạn như khả năng sử dụng bảng điều khiển trò chơi để rèn luyện sức khỏe hoặc chơi trong một nhóm xã hội lớn hơn.

Bằng cách theo đuổi sự đổi mới về giá trị, Nintendo có thể vượt xa khỏi việc cạnh tranh với những đối thủ như PlayStation và X-Box trong một đại dương đỏ đông đúc và cạnh tranh khốc liệt. Thay vào đó, nó có thể mở ra một thị trường hoàn toàn mới. Nintendo Wii, với những tính năng cải tiến, mới và mức giá phải chăng, đã thu hút một thị trường hoàn toàn mới và mở rộng — một đại dương xanh trải dài từ những người không chơi game, người già và cha mẹ có con nhỏ.

Bằng cách áp dụng cách tiếp cận tương tự với một hệ điều hành mới, nó sẽ xóa sạch thị trường hiện tại đang tràn ngập nợ kỹ thuật và di sản không thể đáp ứng do nỗ lực cần thiết để thay đổi hướng đi.

Chúng ta sẽ đi đâu từ đây?

Đó không phải là một nỗ lực đơn giản hay nhỏ bé. Lý do tôi chọn AI và Space là vì chúng là những cách tiếp cận bổ sung cho cùng một vấn đề bằng cách sử dụng những câu trả lời giống nhau. Chúng tôi đang xây dựng dựa trên các khái niệm và ý tưởng chưa bao giờ được tập hợp lại với nhau như thế này trước đây nhưng có thể dẫn đến các khối xây dựng của kiến trúc phần mềm trong 50–100 năm tới vì chúng phải phù hợp với mục đích của thế giới mới đầy dũng cảm sắp tới. chúng tôi nhanh chóng.

Thực hiện triển khai thử nghiệm hiện tại của IPFS (Hệ thống tệp liên hành tinh) với Lockheed Martin . Nhiệm vụ này là nhiệm vụ đầu tiên thuộc loại này nhằm đánh giá các trường hợp sử dụng trong không gian để lưu trữ phi tập trung. Nó sẽ được tổ chức trên Trình diễn Công nghệ LM 400 do Lockheed Martin tự tài trợ - một vệ tinh được xác định bằng phần mềm có kích thước bằng một chiếc tủ lạnh, được thiết kế để hỗ trợ nhiều nhiệm vụ và khách hàng. Sau khi tàu vũ trụ đi vào quỹ đạo, nó sẽ sử dụng công nghệ vệ tinh được xác định bằng phần mềm SmartSat™ để tải lên và thực hiện trình diễn IPFS.

Chúng tôi luôn thử nghiệm các công nghệ phi tập trung nhưng có vẻ do dự trong việc biến nó thành nền tảng cốt lõi của các nền tảng trong tương lai.

Đây là những khuôn khổ khái niệm và ý tưởng mà tôi đã nghiên cứu và có Chúa mới biết liệu chúng có thành công hay không nhưng nếu có ai đó ngoài kia gật đầu đồng tình gay gắt - cho dù bạn là kỹ sư phần mềm hay nhà đầu tư - hãy đập cửa nhà tôi và nói chuyện vì Tôi có mong muốn biến điều này thành hiện thực.