- Reaproveitar a placa-mãe de smartphones fora de uso em clusters para computação em nuvem de propósito geral pode reduzir a fabricação de novo hardware e diminuir a pegada de carbono da computação
- As emissões de carbono da computação se dividem em carbono operacional, vindo da eletricidade consumida em uso, e carbono incorporado da fabricação do hardware; a pegada da manufatura é um desafio mais complexo
- O núcleo de alto desempenho em thread única de smartphones recentes tem desempenho semelhante ou superior ao dos núcleos de servidores multicore modernos, mas a memória e o número de núcleos são menores, exigindo a seleção de aplicações adequadas
- Com apoio do Google, a UC San Diego planeja um datacenter baseado em 2.000 smartphones Pixel; em experimentos iniciais com 20 aparelhos, o sistema suportou a taxa de envios em pico de turmas com mais de 75 alunos e apresentou menor latência de correção do que um backend padrão na AWS
- Essa implantação pode oferecer computação equivalente a 50 servidores por baixo custo e servir como um teste em grande escala da confiabilidade de hardware de consumo em uso contínuo
Pegada de carbono da computação e reutilização de smartphones
- A pegada de carbono da computação é um desafio central de sustentabilidade, e suas principais fontes são o carbono operacional gerado pelo consumo de energia durante o uso e o carbono incorporado associado à fabricação do hardware
- O carbono operacional costuma ser enfrentado com medidas como melhora da eficiência energética e uso de energia limpa, mas a pegada da fabricação é um obstáculo mais complexo
- Pesquisadores da UC San Diego estão construindo uma abordagem de computação em cluster de celulares que extrai as placas-mãe de smartphones aposentados, reúne essas placas em clusters e as reaproveita como uma plataforma de computação de propósito geral
- O plano da universidade, com apoio do Google, é montar um datacenter com 2.000 smartphones Pixel para oferecer computação em nuvem de baixo custo e baixo carbono a centenas de pesquisadores e estudantes
- A proposta busca reduzir a necessidade de fabricar novo hardware e as emissões associadas
Smartphones: um fator importante
- Em média, as pessoas trocam de celular a cada 4 anos
- A troca geralmente é impulsionada pelo desejo de um aparelho novo, incluindo os recursos oferecidos pelos modelos mais recentes
- Muitos dos celulares substituídos ainda mantêm sua capacidade central de computação e são computadores relativamente potentes, com processador, aceleradores, memória e armazenamento integrados
- Mesmo celulares antigos que já não atraem o comprador original podem reduzir diretamente a pegada ambiental da computação quando voltam a ser colocados em serviço, evitando a necessidade de extrair mais matérias-primas
- A nova estratégia é reaproveitar smartphones indesejados em aplicações de computação em nuvem
De dispositivo de consumo a hardware de datacenter
- O desempenho em thread única dos núcleos de alto desempenho de smartphones modernos é comparável ou melhor que o dos núcleos de servidores multicore atuais
- Em uma comparação entre o Pixel Fold de 2023 e o ASUS RS720A-E11 usando a suíte de benchmarks SPEC, o desempenho por núcleo do núcleo de alto desempenho do Pixel Fold superou o do servidor de datacenter de referência na maioria dos testes
- A maior diferença entre smartphones e servidores está em tamanho e capacidade
- Servidores têm dezenas de núcleos de processamento multithread potentes e capacidades de memória muito grandes
- Smartphones têm alguns núcleos heterogêneos e 8–12 GB de memória
- O principal desafio é mirar aplicações que caibam, ou possam ser adaptadas para caber, na capacidade dos smartphones
- Reaproveitar smartphones de consumo sem modificações em um ambiente de datacenter é arriscado e ineficiente
- Hardware periférico como tela, bateria, chassi e câmera não é necessário em um ambiente de servidor
- Alguns componentes, especialmente a bateria, não usam materiais classificados para o ambiente de datacenter
- Antes da implantação, é preciso processar os smartphones para deixar apenas a placa-mãe, onde ficam as funções centrais de computação
- Segundo uma avaliação interna da pegada de carbono, a placa-mãe representa a maior parcela do carbono incorporado, cerca de 50%
- Esse trabalho mira o componente de maior impacto
Sistema operacional e orquestração do cluster
- O sistema operacional Android já é baseado em Linux, mas o espaço de usuário do Android, voltado para mobile, precisa ser substituído por uma distribuição Linux de propósito geral
- A atualização do sistema operacional não só garante programabilidade, como também desativa várias proteções importantes para dispositivos de consumo, mas desnecessárias para computação em nuvem
- Os celulares têm o daemon low memory killer, que limita aplicações com alto uso de memória
- Para alcançar desempenho de servidor tradicional, é preciso orquestrar o trabalho em muitos dispositivos
- Os resultados do benchmark SPEC indicam que 25 a 50 smartphones equivalem a 1 servidor moderno
- Aplicações em contêiner são gerenciadas com Kubernetes para lidar com isso
- Os celulares são organizados em clusters autogerenciados de 25 a 50 unidades
Construindo uma plataforma de computação em nuvem de baixo carbono
- Em várias universidades, aplicações de EdTech, correção e pesquisa já rodam na nuvem
- O espectro de aplicações vai de pequenas máquinas para hospedar notebooks Jupyter a servidores caros com GPU para aulas de computação paralela
- A maioria dessas aplicações cabe dentro do que um único smartphone pode hospedar
- Um backend padrão de correção roda em pequenas instâncias de nuvem como a AWS t3.micro, com especificações de 2 vCPU e 1 GB de memória
- Experimentos executando tarefas de correção de computação paralela em um cluster de 20 celulares mostraram pontos de operação que atendem ou superam os requisitos típicos de throughput e latência
- Um exercício baseado em multiplicação de matrizes é intensivo em CPU e roda por cerca de 50 segundos em um único dispositivo
- As métricas de latência incluem a orquestração do cluster
- Pesquisadores da UC San Diego estão planejando um cluster de computação com 2.000 celulares para apoiar disciplinas de ciência da computação como Computação Paralela e Programação de Sistemas
- Nos testes iniciais, um cluster com 20 aparelhos já conseguiu suportar a taxa de envios em pico de turmas com mais de 75 alunos, e a latência de correção foi menor do que a de um backend padrão na AWS
- Uma implantação com 2.000 celulares pode sustentar 100 dessas disciplinas ao mesmo tempo
- A implantação traz o benefício direto de entregar computação equivalente a 50 servidores por uma fração do custo usual
- A mesma implantação também serve como um campo de testes para validar a computação baseada em smartphones em larga escala
- Em especial, ela investiga a confiabilidade de hardware de consumo em ambientes de uso contínuo
- O sistema completo está previsto para ser lançado no outono de 2026
- Mais detalhes sobre abordagens para reduzir emissões de carbono ligadas a eletrônicos de consumo estão no Consumer Hardware Carbon Reduction Guide
1 comentários
Comentários do Hacker News
O principal motivo de celulares aposentados virarem lixo eletrônico é que, por causa de blobs de firmware proprietários e sistemas bloqueados, o usuário não consegue manter o aparelho com atualizações de segurança
O período de suporte das OEMs também é curto demais, então, depois que o suporte acaba, o aparelho fica muito inseguro
Não se deve conectar dispositivos antigos a redes com acesso à internet
O Google vai bem nesse ponto com 7 anos de suporte, mas a Sony oferece 4 anos, e os modelos não flagship da Xiaomi ou os mais baratos da Samsung são parecidos
Mas, se o Google consegue receber um lote aleatório de celulares antigos e fazer isso, fica a dúvida de por que não dá a mesma opção aos consumidores
Mesmo que isso só seja possível nos celulares que o Google vendeu, a mesma pergunta continua válida, e também se aplica a outros fabricantes
Como foi dito, esse ciclo em que o celular se torna inútil só porque o suporte da OEM acabou precisa ser quebrado
Além disso, o usuário final deveria poder trocar e reparar bateria, tela, conectores etc.
Também não está claro como os dados entram e saem desses nós de computação com celulares antigos
Nem sei se é USB-C, e o texto explica essa parte de forma meio insuficiente
Normalmente trocam porque o celular ficou lento, a bateria se desgastou ou querem uma câmera melhor
Além disso, poder trocar blobs de firmware ou o kernel não significa que atualizações reais vão aparecer
No LineageOS, o Android 16 exige Linux 5.4 ou superior, então muitos celulares com kernels mais antigos ficaram parados no 22.2 (Android 15)
Antes, até dispositivos como o Pixel original de 2016 podiam ser atualizados para o Android mais recente
Isso não é um problema de blobs de firmware nem de sistemas bloqueados; existe código-fonte do kernel e também é possível trocar o kernel, mas simplesmente não há quem queira se dar ao trabalho de atualizar o kernel de um celular de 10 anos
https://lineageos.org/Changelog-30/#legacy-devices
Dizer que não se deve conectar dispositivos antigos a redes com acesso à internet depende do caso de uso
Se for um NAS ou cluster de computação executando apenas tarefas confiáveis, pode até ser aceitável, desde que o kernel não tenha uma vulnerabilidade de execução remota de código
Como o foco é em celulares do Google, desbloquear o bootloader provavelmente não seria um grande problema, e também diz que, por outro motivo, o kernel teria de ser trocado
O maior obstáculo para um cluster desses provavelmente seria o custo
Mesmo que um celular de 4 anos seja de graça, ainda é preciso desmontar, testar e desenvolver hardware e software de suporte, e tudo isso precisa ser repetido continuamente
O Google pode até ter volume suficiente para montar um cluster homogêneo com hardware de uma geração específica, mas as gerações de celulares mudam em intervalos de poucos meses
Usar hardware de 4 anos significa começar já tendo perdido 4 anos de vida útil esperada dos componentes, e isso comparando itens da mesma categoria, não comparando hardware de consumo com hardware de classe servidor
Com tanto trabalho adicional, também fica a dúvida de qual é o impacto disso na pegada de carbono que se quer reduzir
Talvez seja mais eficaz simplesmente fazer os celulares continuarem sendo usados como celulares por mais tempo
Como projeto de pesquisa ou hobby em pequena escala, parece ótimo, mas fazer isso se sustentar comercialmente parece extremamente difícil
Já são raros os celulares cujo bootloader pode ser desbloqueado, e drivers abertos que possam ser levados para o kernel mainline são ainda mais raros
O texto aparentemente menciona o Pixel Fold de 2023 como um dos candidatos; pode ser uma boa oportunidade quando a tela frágil quebrar, mas não é um aparelho usado barato para conseguir
Até mesmo Pixels comuns no formato barra têm suporte limitado a sistemas realmente alternativos ao Android, como o PostmarketOS, e aparelhos mais baratos de outras marcas geralmente usam SoCs Mediatek/Exynos, muitas vezes sem documentação pública nem suporte algum
Foi possível desbloquear o bootloader e existe LineageOS, então ainda dá para usar
O desempenho é bom, atende minhas necessidades e todos os apps bancários e de pagamento digital funcionam
A OEM só precisa permitir o desbloqueio do bootloader
Mesmo que só permitisse depois de parar de vender, já reduziria muito o desperdício
É ganância demais
Seria bom haver regulação para tornar obrigatório o desbloqueio do bootloader para viabilizar esse tipo de coisa
As pessoas já montam clusters com hardware de consumo há décadas, e muita gente deve se lembrar dos supercomputadores com PS3 de meados dos anos 2000
Pessoalmente, tenho muitos trabalhos em lote, como simulações de CFD, e isso poderia rodar facilmente em um conjunto de celulares sem problemas de confiabilidade
Quero reutilizar hardware antigo e dar a ele uma segunda vida
Já estou até pensando em rodar servidores antigos de lugares como a ETB, mas a vazão por watt dos celulares provavelmente seria muito melhor
Não sei se seria justo exigir desbloqueio até para esse tipo de dispositivo
Ainda assim, se for um dispositivo de computação de uso geral, concordo 100%, e no fim das contas a diferença também não é tão grande
Talvez desse para definir que, depois de uns 4 anos no mercado, todo dispositivo deveria poder ser desbloqueado, independentemente de ainda estar à venda ou de o suporte já ter acabado
Ou então talvez esse modelo de vender mais barato que o concorrente para recuperar depois com jogos nem seja um modelo de negócio desejável para começo de conversa
Talvez todo dispositivo que atenda a certos critérios, como ter memória e CPU acima de um certo nível e conseguir lidar com tráfego IP, devesse poder ser desbloqueado
Exigir desbloqueio até do firmware de torradeira já pareceria ridículo
Fabricantes de hardware deveriam divulgar o código-fonte necessário para firmware, blobs etc.
Fora exceções ligadas à segurança nacional, também deveria existir uma regra dos 20 anos segundo a qual todo software comercial lançado teria o código-fonte divulgado depois de 20 anos
É uma abordagem interessante
A forma como esse grupo trata os dispositivos como vários servidores fracos, praticamente como um cluster de Raspberry Pi, parece a maneira mais realista de reutilizar hardware de celular em escala
Especialmente se houver apoio real dos fabricantes de hardware
É realmente uma pena que o iPhone seja muito mais fechado do que o Android
Em teoria, dá para rodar Linux dentro do UTM[0], mas fora da UE a Apple deliberadamente dificulta isso, e ainda há limitações de memória e perda de desempenho
O projeto de conclusão do nosso grupo também foi um cluster de computação baseado em celulares, com foco especial em inferência de LLM [1]
Em vez de instalar um novo sistema operacional, criamos aplicativos separados para cada sistema operacional
Como os aparelhos eram modelos mais antigos, os celulares Android tinham hardware pior, e o iPhone tinha restrições de software maiores
[0] https://getutm.app/
[1] https://github.com/orgs/rmcluster/repositories
Seria bom se este projeto gerasse algo que usuários de homelab ou de auto-hospedagem pudessem fazer com impressoras 3D
Esse parece ser o tipo de usuário final mais provável
Fico curioso se há algum post ou link para artigo
Às vezes imagino esse cenário estranho de um mundo pós-apocalíptico em que as fábricas pegaram fogo, e as pessoas precisam sobreviver apenas com a tecnologia que sobrou
Sem rede, só com energia solar externa ou geradores, e apenas dispositivos locais
É interessante pensar até onde seria possível ir nessas condições
Queria saber se alguém tem recomendações de romances, filmes ou videogames sobre esse tema
O motivo de você ter essa fantasia provavelmente é que você é competente na tecnologia necessária
Mas há uma linha muito tênue entre isso e passar a desejar ativamente que esse tipo de desastre realmente aconteça
Porque aí você e suas habilidades passariam a ter valor
É preciso tomar cuidado com esse tipo de imaginação autoindulgente
Quem coleciona armas às vezes deseja em segredo o colapso da lei e da ordem, quem vive no interior com cavalos imagina ser um cowboy num mundo sem carros, e quem mexe com carros antigos fantasia uma situação tipo Mad Max
Esses cenários não são especialmente prováveis, mas continuam vivos no imaginário porque muita gente secretamente gostaria que se tornassem realidade
Por exemplo, aparecem motores de mola comprimida no lugar de motores a gasolina, e computadores acionados por pedais
Também há histórias bem sombrias, então pode ser desagradável para algumas pessoas
https://windupstories.com/books/pump-six-and-other-stories/
Silo / WOOL, de Hugh Howey, também pode ser literalmente mais próximo, mas talvez tenha um clima um pouco diferente do que você procura
No geral, vale procurar o gênero solarpunk, especialmente o solarpunk pós-apocalíptico
É bem deprimente, então é bom ir avisado, mas vale a leitura se você estiver preparado
É curioso que isso venha justamente do Google, que recentemente passou a limitar o acesso de terceiros ao código-fonte do AOSP a lançamentos semestrais, reduziu na prática o escopo do código-fonte do Pixel quase só ao que é GPL e também começou a esconder o histórico de mudanças
Além disso, agora está pressionando por certificação de desenvolvedor e Play Integrity no Android
Não sei se isso deve ser levado como piada ou como sinal de disputa de poder interna
Se for a primeira opção, ainda falta um bom caminho para alcançar o “Upcycle” da Samsung, mas a direção está certa
Normalmente, em computadores você pode pegar quase qualquer coisa, instalar Linux e em mais ou menos uma hora já estar usando; no Android, fazer a mesma coisa exige passar por inúmeros procedimentos e, mesmo assim, os resultados são inconsistentes, o que é um absurdo
Os fabricantes de celulares nos doutrinaram para pensar que celular é algum tipo de objeto especial, e com isso vêm nos explorando direitinho
É só um computador com dispositivo sem fio
É vergonhoso
Um pouco relacionado a isso, também houve gente fazendo hospedagem web com smartphones esquecidos na gaveta
https://far.computer
https://compost.party
Este “artigo” na prática quase não tem conteúdo e parece mais uma proposta com alguns gráficos inúteis anexados
Não sei o que exatamente consideram novidade aqui
Pessoas com orçamento apertado já montam clusters de computação com hardware usado e reaproveitado há muito tempo
É bem estranho ver algo assim vindo do Google
Eles tornaram impossível instalar diretamente o próprio sistema operacional na plataforma dos seus celulares e agora estão fazendo até a instalação de apps personalizados parecer ilegal: https://keepandroidopen.org/
Só pelo começo do texto já dá para ver que isso é uma bolsa de pesquisa do Google Research para a University of California, e nem foi algo realizado principalmente por funcionários do Google
Essa expressão “ilegal” também é questionável
Quer dizer que vão mandar alguém para a cadeia?
Além disso, isso nem é preciso
Os apps podem ser instalados depois de uma espera de 24 horas, e com
adbdá para instalar sem esperarIsso é uma escolha do OEM do celular, e o fato de ser possível desbloquear os celulares Pixel prova isso
Na prática, é justamente por isso que este projeto é possível
Como alguém que colocou quatro RPi Zero W em uma moldura da Ikea para rodar um cluster Docker Swarm, adorei essa ideia
Fico curioso para saber se você escreveu algo sobre isso