用退役手机打造的低碳计算平台

# 用你的退役手机搭建低碳计算平台 来源：https://research.google/blog/a-low-carbon-computing-platform-from-your-retired-phones/ 计算的碳足迹是可持续性发展面临的关键挑战之一。它主要来源于两大方面：**运营碳排放**反映了使用过程中能源消耗产生的排放，而**隐含碳排放**则涵盖了硬件制造相关的排放。虽然运营碳排放常通过提高能效和使用清洁能源等措施来应对，但制造环节的碳足迹是一个更为复杂的难题。 为了应对这一挑战，加州大学圣迭戈分校的研究人员正在探索“手机集群计算”这一途径，为退役手机开辟第二次生命。这个过程将退役智能手机的主板提取出来，集合成集群，并重新部署为通用计算平台。在谷歌的支持下，该大学计划部署一个由 2000 部 Pixel 智能手机组成的数据中心，为数百名研究人员和学生提供低成本、低碳的云计算服务，从而减少对新制造硬件的需求及其相关排放。 ## 智能手机：一个显著的贡献者 平均而言，人们每 **四年** (https://www.assurant.com/news-insights/infographics/mobile-trade-in-and-upgrade-data-trends-annual) 更换一次手机。这通常是由人们 **对新设备的渴望所驱动** (https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9925901/)，包括对新机型提供的功能的追求。然而，许多被替换的手机，其核心计算功能仍然完好无损，并且仍是相对强大的计算机，集成了处理器、加速器、内存和存储。虽然旧手机可能对其原主人不再有吸引力，但将其重新投入使用，可以直接减少因避免进一步原材料开采而产生的计算环境足迹。 这篇博客讨论了一种新颖的策略：**将不需要的智能手机重新部署到云计算应用中。** 现代智能手机性能处理器核心的单线程性能，与当代多核服务器的性能不相上下甚至更优（见下图）。智能手机与服务器最显著的区别在于尺寸：服务器包含数十个强大的多线程处理器核心和巨大的内存容量，而智能手机只有少数几个异构处理器核心和 8-12GB 内存。因此，关键挑战之一在于，要瞄准那些能够适配（或经过调整后适配）智能手机容量的应用。 ## 从消费设备到数据中心硬件 将未经改造的消费级智能手机直接部署在数据中心环境中是危险且低效的。智能手机的计算元件被包裹在服务器场景中不需要的组件中——显示屏、电池、机壳以及摄像头等外围硬件。除了占用宝贵空间，一些组件（如电池）含有不符合数据中心环境要求的材料。 在部署之前，必须对智能手机进行处理，去除除主板以外的所有部件，因为主板包含了核心计算功能。请注意，主板占据了隐含碳的最大部分（根据内部 **碳足迹评估** (https://sustainability.google/reports/google-pixel-10-product-environmental-report/)，约占 50%），因此这项工作针对的是影响最大的组件。 Android 操作系统 (OS) 已经基于 Linux，但面向移动设备的 Android 用户空间必须替换为通用 Linux 发行版。更新操作系统不仅能获得可编程性，还能关闭许多对消费设备重要但对云计算不必要的保护机制。例如，手机会有一个“低内存杀手”守护进程，它会限制内存密集型应用程序。 为了满足传统服务器性能所需的大量设备间的作业编排挑战——**SPEC 基准测试结果** (https://www.spec.org/cpu2017/) 表明，25-50 部手机相当于一台现代服务器——我们采用了由 Kubernetes 管理的容器化应用程序。这些手机被组织成包含 25-50 个设备的自管理集群。 ## 构建低碳云计算平台 在许多大学，大量的教育技术、评分和研究应用已经在云端运行。这些应用的范围从托管 Jupyter notebook 的小型机器，到并行计算课程所需的昂贵 GPU 服务器。绝大多数此类应用都可由一部智能手机托管，标准的评分后端则运行在 AWS 的 t3.micro（2 vCPU，1 GB 内存）这样的小型云实例上。 加州大学圣迭戈分校的研究人员正计划建立一个由 2000 部手机组成的计算集群，以支持并行计算和系统编程等计算机科学课程。早期实验表明，即使是 20 部手机的中等规模集群，也能支持 75 人以上班级的峰值提交率，且评分延迟低于默认的 AWS 后端。一个 2000 部手机的部署将能够同时支持一百个这样的班级。 除了以远低于常规成本提供相当于 50 台服务器的计算能力这一直接好处之外，该部署还将作为大规模基于手机计算的试验平台。特别是，该项目将研究消费级硬件在持续使用下的可靠性。整个系统预计将于 2026 年秋季上线。 在我们的 **《消费硬件碳减排指南》** (https://sustainability.google/reports/google-2024-consumer-hardware-carbon-reduction/) 中阅读更多关于我们减少与消费电子相关的碳排放的方法。 ## 致谢 *本项目得到了谷歌员工 Efren Robles、Federico Centola、Nischal Agarwal、Rajiv Andrade、Manoj Vishwanathan、Ron Vered、Behnam Heydarshahi、Karina Repetz、Ted Briggs、Julie Rapoport、David Bourne 和 Tom Kennedy 的支持。加州大学圣迭戈分校的合作者包括 Aramesh Ranganathan、Chris Crutchfield、Gabriel Marcano、计算机科学教授 Ryan Kastner 和计算机科学教授 Patrick Pannuto。*