引退した携帯電話で作る低炭素コンピューティングプラットフォーム
(research.google)- 使われていないスマートフォンのメインボードをクラスタとして束ね、汎用クラウドコンピューティング向けに再配置することで、新しいハードウェアの製造を減らし、コンピューティングのカーボンフットプリントを下げられる
- コンピューティングの炭素排出は、使用時の電力に由来する運用炭素と、ハードウェア製造過程の内在炭素に分けられ、製造フットプリントはより複雑な課題である
- 最新スマートフォンのシングルスレッド性能コアは、現代のマルチコアサーバーのコア性能と同等かそれ以上だが、メモリとコア数が少ないため、適したアプリケーションの選別が必要である
- UC San DiegoはGoogleの支援を受け、Pixelスマートフォン2,000台を基盤とするデータセンターを計画しており、20台規模の初期実験では75人超の授業のピーク提出率と、AWSの標準バックエンドより低い採点遅延を支えた
- このデプロイメントは、50台のサーバー相当の計算能力を低コストで提供し、継続利用環境におけるコンシューマー向けハードウェアの信頼性を検証する大規模な試験場となる
コンピューティングのカーボンフットプリントとスマートフォンの再利用
- コンピューティングのカーボンフットプリントは持続可能性における中核課題であり、使用時のエネルギー消費から生じる運用炭素と、ハードウェア製造に関連する内在炭素が主な発生源である
- 運用炭素には、エネルギー効率の改善やクリーンエネルギーの活用といった方法で対処されることが多いが、製造フットプリントはより複雑な障壁である
- UC San Diegoの研究チームは、引退したスマートフォンのメインボードを取り出してクラスタ化し、汎用コンピューティングプラットフォームとして再配置するフォン・クラスタ・コンピューティングの道を構築している
- Googleの支援を受けた大学側の計画は、Pixelスマートフォン2,000台でデータセンターを構成し、数百人の研究者と学生に低コスト・低炭素のクラウドコンピューティングを提供することである
- この方式は、新しいハードウェアの製造必要性と、それに伴う排出を減らすことを目指している
スマートフォン: 重要な寄与要因
- 人々は平均して携帯電話を4年ごとに買い替えている
- 買い替えは一般に、新しいモデルが提供する機能を含め、新しい端末を求める需要によって主導される
- 置き換えられた多くの携帯電話には中核的な計算機能がそのまま残っており、統合プロセッサ・アクセラレータ・メモリ・ストレージを備えた比較的高性能なコンピュータである
- もはや最初の購入者にとって魅力のない旧型携帯電話でも、再びサービスに投入されれば追加の原材料採掘を避けられるため、コンピューティングの環境フットプリントを直接減らせる
- 新たな戦略は、不要になったスマートフォンをクラウドコンピューティングアプリケーションへ再配置することである
コンシューマー機器からデータセンターハードウェアへ
- 最新スマートフォンの性能コアのシングルスレッド性能は、現代のマルチコアサーバーのコア性能と同等かそれ以上である
- 2023 Pixel FoldとASUS RS720A-E11をSPECベンチマーク製品群で比較した結果、ほとんどのベンチマークでPixel Foldの性能コアのコア当たり性能が、基準となるデータセンターサーバーのコア当たり性能を上回った
- スマートフォンとサーバーの最大の違いは規模と容量である
- サーバーは強力なマルチスレッドプロセッサコアを数十個と、非常に大きなメモリ容量を備える
- スマートフォンは異種プロセッサコアを数個と、8〜12GBのメモリを備える
- 核心的な課題は、スマートフォンの容量に合う、または合わせられるアプリケーションを対象にすることである
- 改造していないコンシューマー向けスマートフォンをデータセンター環境に再配置するのは危険で非効率である
- ディスプレイ、バッテリー、シャーシ、カメラのような周辺ハードウェアは、サーバー環境では不要である
- 一部の部品、特にバッテリーは、データセンター環境に適した等級の材料ではない
- デプロイ前には、中核的な計算機能を担うメインボードだけを残すようスマートフォンを処理しなければならない
- 内部のカーボンフットプリント評価によれば、メインボードは内在炭素の最大比率である約50%を占める
- この作業は、最も影響の大きい部品を対象にしている
オペレーティングシステムとクラスタオーケストレーション
- AndroidオペレーティングシステムはすでにLinuxベースだが、モバイル指向のAndroidユーザー空間は汎用Linuxディストリビューションに置き換える必要がある
- オペレーティングシステムの更新は、プログラマビリティを確保するだけでなく、コンシューマー機器には重要でもクラウドコンピューティングには不要な複数の保護機能を無効にする
- 携帯電話には、メモリを多く使うアプリケーションを制限するlow memory killerデーモンがある
- 従来型サーバーの性能に到達するには、多数の機器にまたがって作業をオーケストレーションする必要がある
- SPECベンチマーク結果は、スマートフォン25〜50台が現代のサーバー1台に相当することを示している
- コンテナ化されたアプリケーションをKubernetesで管理して、この問題に対処する
- 携帯電話は25〜50台規模の自己管理クラスタとして構成される
低炭素クラウドコンピューティングプラットフォームの構築
- 複数の大学では、EdTech、採点、研究アプリケーションがすでにクラウド上で動いている
- アプリケーションの範囲は、Jupyterノートブックをホストする小型マシンから、並列計算の授業向け高価なGPUベースサーバーまで多岐にわたる
- こうしたアプリケーションの大半は、単一のスマートフォンでホストできる範囲内にある
- 標準的な採点バックエンドは、AWS t3.microのような小型クラウドインスタンス上で実行され、仕様は2 vCPUと1GBメモリである
- 20台の携帯電話クラスタで並列計算の採点ジョブを実行した実験では、一般的なスループットとレイテンシ要件を満たす、あるいは上回る運用ポイントが示された
- 行列乗算ベースの課題はCPU集約型で、単一機器上で約50秒実行される
- レイテンシ指標にはクラスタオーケストレーションが含まれる
- UC San Diegoの研究チームは、Parallel ComputationやSystems Programmingのような計算機科学の授業を支援するため、2,000台の携帯電話コンピューティングクラスタを計画している
- 初期実験では、20台規模のクラスタでも75人超の授業のピーク提出率を支えられ、採点レイテンシは標準AWSバックエンドより低かった
- 2,000台の携帯電話によるデプロイメントは、このような授業100件を同時に支援できる
- このデプロイメントには、通常コストの一部で50台のサーバー相当の計算能力を提供するという直接的な利点がある
- 同じデプロイメントは、スマートフォンベースのコンピューティングを大規模に検証する試験場にもなる
- 特に、継続利用環境におけるコンシューマー向けハードウェアの信頼性を調査する
- システム全体は2026年秋にリリース予定である
- コンシューマーエレクトロニクス関連の炭素排出削減アプローチについては、Consumer Hardware Carbon Reduction Guideでさらに確認できる
1件のコメント
Hacker Newsの意見
退役した携帯電話が電子廃棄物になる主な理由は、プロプライエタリなファームウェアブロブとロックされたシステムのせいで、ユーザーがセキュリティアップデートによって端末を維持できないことにある
OEMのサポート期間も短すぎるため、サポート終了後は端末が非常に危険になる
古い端末をインターネットにアクセス可能なネットワークへ接続してはいけない
Googleは7年間のサポートでこの点はよくやっているが、Sonyは4年で、Xiaomiの非フラッグシップ機やSamsungの最廉価モデルも似たようなものだ
しかしGoogleが古い携帯電話の寄せ集めを受け取ってそれをできるのなら、なぜ消費者にも同じ選択肢を与えないのか疑問だ
たとえGoogleがかつて販売した携帯電話でしかできないとしても同じ疑問は残るし、他のメーカーにも当てはまる
言われているように、OEMのサポート終了だけで携帯電話が無用になる循環は断ち切られるべきだ
さらに最終ユーザーがバッテリー、画面、コネクタなどを交換・修理できなければならない
また、こうした古い携帯電話のコンピューティングノードにデータがどう出入りするのかも不明だ
USB-Cなのかも分からず、記事はその部分の説明がやや不足している
普通は携帯電話が遅くなった、バッテリーがへたった、もっと良いカメラが欲しいといった理由で買い替える
しかもファームウェアブロブやカーネルなどを差し替えられるとしても、実際にアップデートが出るとは限らない
LineageOSではAndroid 16がLinux 5.4以上を要求するため、より古いカーネルを使う多くの携帯電話は22.2(Android 15) にとどまっている
以前は2016年の初代Pixelのような端末でも最新のAndroidに上げることができた
これはファームウェアブロブやロックされたシステムの問題ではなく、カーネルソースもありカーネルの差し替えも可能だが、10年前の携帯電話のカーネルをわざわざ更新する人がいないという問題だ
https://lineageos.org/Changelog-30/#legacy-devices
古い端末をインターネットにアクセス可能なネットワークへ接続してはいけないという話は、ユースケース次第だ
信頼できる処理だけを回すNASやコンピューティングクラスタなら、カーネルにリモートコード実行の脆弱性がない限り問題ないかもしれない
GoogleがGoogle製携帯電話に焦点を当てた内容なので、ブートローダーのアンロックは大きな問題ではないだろうし、別の理由ではあるがカーネルも入れ替える必要があると書かれている
この種のクラスターの最大の障害はコストだと思う
4年前の携帯電話が無料でも、分解、テスト、対応ハードウェアとソフトウェアの開発が必要で、しかもそれを継続的に繰り返さなければならない
Googleなら特定世代のハードウェアで均一なクラスターを組めるだけの台数があるかもしれないが、携帯電話の世代は数か月単位で入れ替わる
4年前のハードウェアを使うと、部品の期待寿命の面でも4年失った状態で始めることになり、これは同クラス同士で比べた話であって、コンシューマー向けハードウェアとサーバー級ハードウェアを比べた話ですらない
これほど追加作業が多いと、減らしたいカーボンフットプリントにどんな影響があるのかも疑問だ
むしろ携帯電話を携帯電話としてより長く使わせるほうが効果的かもしれない
研究プロジェクトや小規模な趣味プロジェクトとしては良いが、商業的に成立させるのは極めて難しそうだ
ブートローダーのロックを解除できる携帯電話は少なく、メインラインカーネルへ持っていける公開ドライバはさらに少ない
記事では2023年型のPixel Foldを候補のひとつとして挙げているようだが、壊れやすい画面が壊れたときには良い機会かもしれないものの、安く入手できる中古端末ではない
一般的なバータイプのPixelでさえPostmarketOSのような真のAndroid代替OSのサポートは限定的で、より安価な他社製端末はたいていMediatek/Exynos SoCを使っており、公開ドキュメントやサポートがまったくない場合が多い
ブートローダーのアンロックが可能で、LineageOSもあるので今でも使えている
性能も十分で自分の用途には足りており、銀行アプリやデジタル決済アプリもすべて動作する
OEMは単にブートローダーのアンロックを許可すればいい
販売終了後にでもアンロックを許可すれば、無駄を大きく減らせる
欲張りすぎる
こうしたことを可能にするには、ブートローダーのアンロックを義務づける規制があるとよい
人々は何十年も前からコンシューマー向けハードウェアでクラスターを作ってきたし、2000年代半ばのPS3スーパーコンピュータを覚えている人も多いだろう
個人的にはCFDシミュレーションのようなバッチ処理が多いので、携帯電話の束でも信頼性の問題なく簡単に回せる
古いハードウェアを再利用して第二の命を与えたい
すでにETBのようなところの古いサーバーを回すことも検討しているが、ワット当たりの処理量は携帯電話のほうがはるかに良い可能性が高い
そういう機器にまでアンロックを要求するのが公正かは分からない
それでも汎用コンピューティング機器なら100%同意するし、結局のところ大きな違いもない
市場に出てから4年ほど経てば、販売時期やサポート終了の有無に関係なく、すべての機器をアンロック可能にすべきだという形もあり得そうだ
あるいは、そもそも後でゲームで回収するつもりで競合製品より安く売るモデルが望ましい収益モデルではないのかもしれない
メモリとCPU性能が一定以上で、IPトラフィックを処理できるといった条件を満たすなら、すべてアンロック可能にすべきなのかもしれない
トースターのファームウェアのアンロックまで求めるのは滑稽に見えるだろうから
ハードウェア企業はファームウェアやブロブなどに必要なソースコードを公開すべきだ
国家安全保障に関する例外を除き、リリースされたすべての商用ソフトウェアも20年が過ぎたらソースコードを公開する20年ルールが必要だと思う
興味深いアプローチだ。
このグループがデバイスを多数の非力なサーバー、実質的には Raspberry Pi クラスタのように扱うやり方は、携帯電話ハードウェアを大規模に再利用するうえで最も現実的に見える。
特に実際のハードウェアメーカーの支援があるならなおさらだ。
iPhone が Android に比べてはるかにロックダウンされている点は本当に残念だ。
理論上は UTM[0] の中で Linux を動かせるが、EU 外では Apple が意図的に難しくしており、メモリ制限と性能低下も残っている。
私たちのグループの卒業プロジェクトも携帯電話ベースのコンピューティングクラスタで、特に LLM 推論を目標にしていた [1]。
新しい OS を入れる代わりに、OS ごとのアプリを別々に作った。
デバイスがより古いモデルだったため、Android 携帯はハードウェアがより貧弱で、iPhone はソフトウェア上の制約がより大きかった。
[0] https://getutm.app/
[1] https://github.com/orgs/rmcluster/repositories
このプロジェクトが ホームラボ やセルフホスティングのユーザー向けに、3D プリンターで作れる成果物を出してくれるといい。
そのあたりが最も可能性の高い最終ユーザーに見える。
記事や論文へのリンクがあるのか気になる。
ときどき、工場が焼け落ちたポストアポカリプス世界で、人々が残された技術だけで生き延びなければならないという奇妙な想像をする。
ネットワークもなく、外部の太陽光発電や発電機だけがあり、ローカルな機器しかない状況だ。
こういう条件でどこまで行けるのか考えるのは面白い。
こういう題材の小説、映画、ビデオゲームのおすすめがあれば知りたい。
そうした幻想を抱く理由は、たぶん自分が必要とされる技術に長けているからである可能性が高い。
だが、そこから実際にそういう災害が起きてほしいと積極的に望む感情までは、紙一重だ。
そうなれば自分と自分の技術に価値が生まれるからだ。
こうした 自己満足的な空想 には気をつけるべきだ。
銃を集める人は法と秩序の崩壊をひそかに望み、田舎で馬と暮らす人は車のない世界のカウボーイを想像し、古い車をいじる人は Mad Max のような状況を思い描く。
こうしたシナリオは特別起こりやすいわけではないが、多くの人がひそかに現実になってほしいと願うため、想像の中で生き続けている。
Pump 6 and Other Storiesにはそういう感じの話がいくつかある。たとえば、ガソリンエンジンの代わりに圧縮ばねが使われ、足踏みで動くコンピューターなどが出てくる。
かなり陰鬱な話もあるので、人によっては不快かもしれない。
https://windupstories.com/books/pump-six-and-other-stories/
Hugh Howey の Silo / WOOL も文字どおりにはより近いかもしれないが、求めている雰囲気とは少し違うかもしれない。
Monk and Robotは魅力的だ。全体としては ソーラーパンク というジャンル、特にポストアポカリプス・ソーラーパンクを探してみるといい。
本当に気が滅入るので注意が必要だが、心の準備ができているなら読む価値はある。
これが、最近サードパーティーの AOSP ソースアクセス を半年ごとのリリースに制限し、Pixel ソースの範囲を実質的に GPL のみに大幅縮小し、変更履歴まで隠し始めた、まさにその Google から出ているというのが妙だ。
しかも今の Android では開発者認証と Play Integrity も強く推し進めている。
冗談として受け取るべきなのか、社内の権力闘争の兆候と見るべきなのかわからない。
前者だとしても、Samsung の「Upcycle」に並ぶにはまだかなり追いつく必要があるが、方向性は合っている。
普通のコンピューターなら、ほとんど何でも引っ張ってきて Linux を入れれば1時間ほどですぐ使えるのに、Android で同じことをしようとすると数え切れない手順を踏まなければならず、そのうえ結果もまちまちなのはおかしい。
携帯電話メーカーは、携帯電話が何か特別な物であるかのように私たちを洗脳し、徹底的に搾取してきた。
ただの無線機能付きコンピューターにすぎない。
恥ずべきことだ。
少し関連する話として、引き出しの中で眠っていたスマートフォンで Web ホスティング をしてきた人たちもいる。
https://far.computer
https://compost.party
この「論文」には実質的にほとんど中身がなく、役に立たないグラフがいくつか付いた提案書に近い。
何を新規性と見なしているのかわからない。
予算の少ない人たちは、ずっと前から中古のアップサイクルハードウェアで コンピューティングクラスタ を作ってきた。
Googleからこういうものが出てくるのはかなり不思議
自社のスマホ向けプラットフォームでは独自OSをインストールできないようにしておきながら、今度はカスタムアプリのインストールまで違法であるかのように扱っている: https://keepandroidopen.org/
記事の冒頭を見るだけでも、これは Google Research が University of California に提供した研究資金であり、主にGoogle社員が実施したものですらない
「違法」という表現にも疑問がある
刑務所にでも送るという意味なのか
しかも正確でもない
アプリは24時間待てばインストールできるし、adbを使えば待ち時間なしでもインストール可能だ
それはスマホOEMの選択であり、Pixelスマホでロック解除が可能であることがその証拠だ
実際、このプロジェクトが可能なのもそのためだ
Ikeaの額縁に RPi Zero Wを4台載せてDocker Swarmクラスターとして動かしている身として、このアイデアは本当に気に入った
関連する記事を書いているのか気になる