ابتکار جدید گوگل، ساخت دیتاسنتر از مادربرد ۲۰۰۰ گوشی برای محاسبات ابری

هر ساله میلیاردها تلفن همراه در سراسر جهان دور ریخته می شود که بسیاری از آنها مجهز به پردازنده های کاملا بهداشتی و قابل استفاده هستند. در عین حال، صنعت فناوری در حال آماده شدن برای صرف میلیاردها دلار برای دستگاه های محاسباتی جدید مبتنی بر هوش مصنوعی است که هزینه های زیست محیطی زیادی را به همراه دارد. گوگل با همکاری محققان دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو در حال توسعه راهی برای پر کردن شکاف بین این دو واقعیت است. این کار با ساخت یک سرور از پردازنده‌های تلفن بازیافتی انجام می‌شود تا به مشکل ضایعات رسیدگی شود و حساب‌هایی با انتشار کربن کم ارائه شود.

این ایده «خوشه‌بندی محاسباتی تلفن‌ها» نامیده می‌شود. به جای اینکه با تلفن های هوشمند قدیمی مانند ابزار مصرف کننده مرده رفتار کنند، محققان آنها را در قسمت هایی توزیع می کنند که هنوز برای محاسبات مهم هستند. این قسمت مادربردی است که شامل پردازنده، رم و فضای ذخیره سازی است.

صفحه نمایش، باتری، بدنه، دوربین ها و سایر قسمت های تلفن همراه حذف می شوند. سپس این تخته ها در خوشه ها جمع می شوند و به عنوان یک پلتفرم محاسباتی عمومی مورد استفاده مجدد قرار می گیرند. گوگل و دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو در حال آزمایش این نظریه از طریق مرکز داده ای متشکل از 2000 گوشی هوشمند پیکسل هستند که انتظار می رود در پاییز 2026 راه اندازی شود.

رونق هوش مصنوعی باعث افزایش بی سابقه تقاضا برای قدرت محاسباتی شده است. تراشه‌های پردازشی و حافظه دستگاه‌هایی هستند که این قدرت را فراهم می‌کنند و انتظار می‌رود صنعت هوش مصنوعی امسال بیش از یک تریلیون دلار برای زیرساخت‌های هوش مصنوعی هزینه کند. در سوی دیگر ماجرا، صنعت نیمه هادی یکی از پیچیده ترین و پر انرژی ترین فرآیندهای صنعتی در جهان است و انتظار می رود میزان انتشار آن تا سال 2030 به 277 میلیون تن معادل دی اکسید کربن برسد.

از سوی دیگر، میلیاردها تلفن از محل‌های دفن زباله بیرون می‌آیند که قطعات پردازشی آن‌ها هنوز دست نخورده و سالم هستند. بر اساس گزارش WEEE، بیش از 5 میلیارد گوشی تنها در سال 2022 کنار گذاشته خواهند شد. اگر میانگین توان پردازش پیوسته سیستم روی یک تراشه (SoC) را 3.2 وات در هر تلفن فرض کنیم (محاسبات را انجام داده‌ایم)، از تراشه‌های تلفن اصلی که عمدتاً قبل و حوالی سال 2022 تولید شده‌اند استفاده کنیم و رقم 5 میلیارد سال 2022 را اعمال کنیم، به تخمینی 16 گیگاوات ظرفیت محاسباتی در کل می‌رسیم.

حتی اگر فقط نیمی از این گوشی ها دارای پردازنده های سالم باشند، این عدد همچنان 8 گیگاوات خواهد بود. برای درک بهتر این موضوع، جالب است بدانید که یکی از بزرگترین پروژه های مرکز داده چند تسهیلاتی در جهان، پروژه Meta Hyperion، ظرفیتی در حدود 5 گیگاوات را هدف قرار داده است.

اما صنعت فناوری هزینه هنگفتی را صرف تراشه‌های جدید برای تولید قدرت پردازشی خواهد کرد که در این فرآیند میلیون‌ها تن کربن منتشر می‌کند، در حالی که به طور همزمان قدرت پردازشی موجود را افزایش می‌دهد. البته، اعداد پردازش نادیده گرفته شده، همگی برآوردهای نظری هستند، و حقایق بسیار پیچیده تر و ظریف تر هستند. با این حال، اگر فقط راهی برای بازیافت بخشی از این قدرت پردازش وجود داشت، ردپای کربن محاسبات به طور چشمگیری کاهش می یافت.

اما گوگل و دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو راه حلی ارائه کرده اند که به طور خاص «کربن تجسم یافته» را هدف قرار می دهد. یعنی گازهای آلاینده ای که قبل از راه اندازی تجهیزات ته نشین شده و شامل تمام انرژی و گازهای فرآیندی مصرف شده در طول ساخت آنها می شود. با استفاده مجدد از پردازنده ای که قبلاً بدهی کربن خود را پرداخت کرده است، این پروژه با هدف ارائه همان قدرت محاسباتی یک سرور بدون متحمل شدن آسیب زیست محیطی ناشی از ساخت یک سرور جدید است.

چگونه از تلفن های قدیمی به محاسبات در سطح سرور حرکت کنیم؟

به هر حال، شما نمی توانید یک سری گوشی دست نخورده را روی یک رک بچسبانید و آن را سرور بنامید. ابتدا، هر تلفن به تنهایی به مادربرد جدا می شود. یعنی بخشی که حاوی تابع محاسباتی اصلی است. جالب اینجاست که مادربرد به تنهایی حاوی حدود 40 درصد کربن گوشی است. اگرچه حذف صفحه نمایش و باتری به این معنی است که مقداری کربن موجود در آن هنوز هدر می رود، اما حفظ پنل همچنان یک پیروزی بزرگ برای اقتصاد است.

مرحله بعدی تغییرات نرم افزاری است. اندروید در واقع مبتنی بر لینوکس است، اما رابط کاربری موبایل محور برای دستگاه های مصرف کننده طراحی شده است، نه بار کاری ابری. برای حل این مشکل، محققان آن را با یک توزیع عمومی لینوکس جایگزین کردند که به آنها محیط قابل برنامه ریزی بیشتری می دهد و به خوشه اجازه می دهد مانند یک زیرساخت محاسباتی سنتی رفتار کند. به‌روزرسانی سیستم‌عامل برخی از لایه‌های امنیتی و حفاظتی را که در تلفن شخصی ضروری هستند، اما در فضای ابری غیر ضروری هستند، حذف می‌کند. نتیجه یک مادربرد است که در اصل یک سرور لینوکس کوچک و کارآمد است.

چگونه یک تلفن می تواند محاسبات ابری انجام دهد؟

پاسخ این است که توجیه فنی این طرح قوی تر از آن چیزی است که فکر می کنید. گوگل می گوید که عملکرد تک رشته ای هسته های مدرن گوشی های هوشمند می تواند برابر یا حتی بهتر از عملکرد هر هسته در سرورهای چند رشته ای مدرن باشد. در مقایسه ای که توسط این شرکت انجام شد، Pixel Fold 2023 با استفاده از معیارهای SPEC با سرور ASUS RS720A-E11 آزمایش شد و هسته های بزرگ پیکسل در چندین مورد از هسته سرور مرکز داده اصلی برتری داشتند.

البته این به معنای معادل بودن گوشی با سرور نیست. یک سرور واقعی دارای هسته‌های بیشتر، حافظه بسیار بیشتر، پهنای باند بالاتر، ورودی/خروجی بهتر (I/O)، مدیریت در سطح سازمانی و سخت‌افزاری است که برای عملیات مداوم در مرکز داده طراحی شده است. در مقابل، یک گوشی هوشمند دارای چند هسته ناهمگن است و معمولا بین 8 تا 12 گیگابایت رم دارد. ترفند این است که حجم کاری را پیدا کنید که با این محدودیت ها مطابقت داشته باشد یا به وضوح بین بسیاری از گره های کوچک تقسیم شود.

هدف اصلی UC San Diego محاسبات آموزشی و تحقیقاتی است. به گفته گوگل، یک گروه متوسط ​​از 20 تلفن می‌تواند از حداکثر نرخ ارسال تکالیف برای کلاسی با 75+ دانش‌آموز پشتیبانی کند، در حالی که تاخیر اشکال‌زدایی و درجه‌بندی کمتر از خدمات ابری پیش‌فرض آمازون (AWS) است. با گسترش این طرح به 2000 تلفن، هدف گوگل برای پاییز 2026، این دانشگاه انتظار دارد بتواند از حدود 100 کلاس درس در یک زمان پشتیبانی کند. گوگل این استقرار نهایی را معادل حدود 50 سرور فیزیکی، اما با کسری از هزینه های معمول توصیف می کند.

این پروژه هنوز در مراحل اولیه خود است و بسیاری از پیچیدگی های شناخته شده و ناشناخته وجود دارد که باید بررسی شوند. “قابلیت اطمینان” یکی از مجهولات است. تلفن‌های مصرفی هرگز طوری طراحی نشده بودند که سال‌ها به صورت 24 ساعته و 7 روز هفته در تمام ظرفیت کار کنند. هدف این پروژه به صراحت این است که به عنوان یک بستر آزمایشی برای محاسبات مبتنی بر گوشی های هوشمند در مقیاس بزرگ عمل کند و به نحوه عملکرد دستگاه های مصرف کننده تحت استفاده مداوم نگاه کند. هنوز هیچ کس میزان خرابی دسته ای از مادربردهای تلفن استفاده مجدد را که همیشه تحت پردازش گسترده قرار می گیرند، نمی داند، اما یافتن این موضوع بخشی از تجربه است.

علاوه بر این، نگرانی‌هایی در مورد دردسر جداسازی و بسته‌بندی تلفن‌های حجیم به طور ایمن، حذف باتری‌ها و سایر قطعاتی که برای این محیط رتبه‌بندی نشده‌اند، وجود دارد و این سوال که آیا می‌توان کل زنجیره تامین را به اندازه کافی اقتصادی کرد که فراتر از عرضه تحقیقاتی گسترش یابد. اینها اصطکاک های کمتر آشکاری هستند که تعیین می کنند آیا یک ایده به زیرساخت واقعی تبدیل می شود یا خیر.