A low-carbon computing platform from your retired phones
With support from Google, Researchers at the University of California San Diego are building a useful second-life for consumer smartphones.
사용하지 않는 휴대폰으로 만드는 저탄소 컴퓨팅 플랫폼
구글의 지원을 받아 캘리포니아 대학교 샌디에이고의 연구원들은 소비자 스마트폰에 유용한 재활용 방안을 개발하고 있습니다.
컴퓨팅의 탄소 발자국은 지속가능성 측면에서 중요한 과제입니다. 이는 크게 두 가지 원인에서 비롯됩니다. 첫째는 운영 탄소로 , 사용 중 소비되는 에너지에서 발생하는 배출량을 나타냅니다 . 둘째는 내재 탄소로 , 하드웨어 제조와 관련된 배출량을 포함합니다. 운영 탄소는 에너지 효율 개선 및 청정 에너지 사용과 같은 노력을 통해 해결할 수 있지만, 제조 탄소는 훨씬 더 복잡한 문제입니다.
이 문제를 해결하기 위해 캘리포니아 대학교 샌디에이고(UCSD) 연구진은 "휴대폰 클러스터 컴퓨팅" 연구를 통해 휴대폰의 제2의 생명을 위한 길을 열고 있습니다. 이는 수명이 다한 스마트폰의 메인보드를 추출하여 클러스터로 구성한 후, 범용 컴퓨팅 플랫폼으로 재활용하는 과정입니다. 구글의 지원을 받아 UCSD 연구진은 2,000대의 픽셀 스마트폰으로 데이터센터를 구축하여 수백 명의 연구원과 학생들에게 저비용, 저탄소 클라우드 컴퓨팅 환경을 제공할 계획입니다. 이를 통해 신규 하드웨어 생산 및 그에 따른 탄소 배출량을 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.
평균적으로 사람들은 4년마다 휴대전화를 교체합니다 . 이는 주로 새로운 기기에 대한 욕구, 특히 신형 모델이 제공하는 기능에 대한 갈망 때문입니다. 하지만 교체되는 휴대전화 중 상당수는 핵심 연산 기능은 그대로 유지하고 있으며, 통합 프로세서, 가속기, 메모리 및 저장 장치를 갖춘 비교적 강력한 컴퓨터입니다. 오래된 휴대전화는 처음 구매자에게는 더 이상 매력적이지 않을 수 있지만, 재활용함으로써 원자재 추출을 줄여 컴퓨팅으로 인한 환경 발자국을 직접적으로 줄일 수 있습니다.
이 블로그에서는 사용하지 않는 스마트폰을 클라우드 컴퓨팅 애플리케이션에 재활용하는 새로운 전략에 대해 논의합니다 .
최신 스마트폰의 고성능 프로세서 코어의 단일 스레드 성능은 최신 멀티코어 서버와 동등하거나 그 이상입니다(아래 그림 참조). 스마트폰과 서버의 가장 큰 차이점은 크기입니다. 서버는 수십 개의 강력한 멀티스레드 프로세서 코어와 막대한 메모리 용량을 갖춘 반면, 스마트폰은 소수의 이기종 프로세서 코어와 8~12GB의 메모리를 가지고 있습니다. 따라서 핵심 과제 중 하나는 스마트폰의 용량에 적합하거나 적합하게 만들 수 있는 애플리케이션을 개발하는 것입니다.
소비자 기기부터 데이터센터 하드웨어까지
SPEC 벤치마킹 스위트를 사용하여 최신 스마트폰( 2023년형 픽셀 폴드 )과 서버( ASUS RS720A-E11 ) 의 단일 스레드 성능을 비교했습니다 . 파란색 막대는 픽셀 폴드의 고성능 코어별 성능을 나타냅니다. 대부분의 벤치마크에서 픽셀 폴드의 고성능 코어는 기준 데이터 센터 서버의 코어별 성능을 능가했습니다.
스마트폰을 이용한 서버 구축 애니메이션.
소비자용 스마트폰을 수정 없이 데이터센터 환경에 재배치하는 것은 위험하고 비효율적입니다. 스마트폰의 컴퓨팅 요소는 디스플레이, 배터리, 케이스, 카메라와 같은 주변 하드웨어 등 서버 환경에서 필요하지 않은 부품들로 둘러싸여 있습니다. 또한, 배터리와 같은 일부 부품은 데이터센터 환경에 적합하지 않은 재질을 사용하고 있어 귀중한 공간을 차지합니다.
배포에 앞서 스마트폰은 핵심 컴퓨팅 기능을 포함하는 마더보드를 제외한 모든 부품을 제거하는 과정을 거쳐야 합니다. 마더보드는 내재 탄소 배출량의 가장 큰 비중(내부 탄소 발자국 평가 기준 약 50% )을 차지하므로, 이 작업은 가장 큰 영향을 미치는 부품을 대상으로 합니다.
안드로이드 운영체제(OS)는 이미 리눅스 기반이지만, 모바일 기기에 최적화된 안드로이드 사용자 공간을 범용 리눅스 배포판으로 교체해야 합니다. OS를 업데이트하면 프로그래밍 기능이 추가될 뿐만 아니라, 소비자 기기에는 중요하지만 클라우드 컴퓨팅에는 불필요한 여러 보호 기능도 비활성화됩니다. 예를 들어, 스마트폰에는 메모리를 많이 사용하는 애플리케이션의 속도를 제한하는 "메모리 부족 감지" 데몬이 있습니다.
기존 서버의 성능을 충족하기 위해 필요한 수많은 기기에서 작업을 조율하는 문제는 ( SPEC 벤치마킹 결과에 따르면 25~50대의 휴대폰이 최신 서버와 동등한 성능을 발휘합니다) 쿠버네티스로 관리되는 컨테이너화된 애플리케이션을 사용함으로써 해결됩니다. 휴대폰은 25~50대씩 자체 관리 클러스터로 구성됩니다.
저탄소 클라우드 컴퓨팅 플랫폼 구축
많은 대학에서 이미 다양한 교육 기술, 성적 평가 및 연구 애플리케이션이 클라우드에서 실행되고 있습니다. 이러한 애플리케이션은 Jupyter 노트북을 호스팅하는 소형 머신부터 병렬 컴퓨팅 수업을 위한 고가의 GPU 기반 서버에 이르기까지 다양합니다. 이러한 애플리케이션의 대다수는 스마트폰 하나에서도 실행할 수 있으며, 표준 성적 평가 백엔드는 AWS의 t3.micro(2개의 vCPU, 1GB 메모리)와 같은 소규모 클라우드 인스턴스에서 실행됩니다.
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병렬 컴퓨팅 채점 작업을 실행하는 20대의 휴대폰 클러스터에 대한 클러스터 지연 시간 및 처리량 그래프입니다. 가로선 "t3.micro"는 AWS t3.micro 인스턴스에서 실행되는 단일 작업의 지연 시간을 나타냅니다. 여기에 표시된 부하를 처리하려면 최소 50개의 t3.micro 인스턴스가 필요합니다. 녹색은 클러스터가 일반적인 처리량 및 지연 시간 요구 사항을 충족하거나 초과하는 작동 지점을 나타냅니다. 행렬 곱셈 기반 과제는 CPU 집약적이며 단일 장치에서 약 50초 동안 실행됩니다. 지연 시간 수치에는 클러스터 오케스트레이션이 포함됩니다.
캘리포니아 대학교 샌디에이고(UCSD) 연구진은 병렬 컴퓨팅 및 시스템 프로그래밍과 같은 컴퓨터 과학 수업을 지원하기 위해 2,000대의 스마트폰으로 구성된 컴퓨팅 클러스터를 구축할 계획입니다. 초기 실험 결과, 20대의 스마트폰으로 구성된 중간 규모의 클러스터만으로도 75명 이상의 학생이 수강하는 수업의 최대 과제 제출 속도를 처리할 수 있으며, 채점 지연 시간은 AWS 기본 백엔드보다 짧은 것으로 나타났습니다. 2,000대의 스마트폰을 배치하면 이와 같은 수업을 동시에 100개까지 지원할 수 있습니다.
이 시스템은 일반적인 비용보다 훨씬 저렴하게 50대의 서버급 컴퓨팅 성능을 제공하는 직접적인 이점 외에도, 대규모 스마트폰 기반 컴퓨팅 테스트를 위한 시험대 역할을 할 것입니다. 특히, 이 프로젝트는 소비자용 하드웨어의 지속적인 사용 환경에서의 신뢰성을 검증할 예정입니다. 전체 시스템은 2026년 가을에 출시될 것으로 예상됩니다.
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