- Reaproveitar a placa-mãe de smartphones não utilizados em um cluster e redirecioná-la para computação em nuvem de uso 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, gerado pelo consumo de energia durante o uso, e carbono incorporado, ligado ao processo de fabricação do hardware; a pegada da fabricação é um desafio mais complexo
- O núcleo de alto desempenho de thread única dos smartphones mais recentes tem desempenho por núcleo semelhante ou até superior ao dos servidores multicore modernos, mas a memória e o número de núcleos são menores, então é preciso selecionar aplicações adequadas
- A UC San Diego, com apoio do Google, planeja um data center baseado em 2.000 smartphones Pixel e, em um experimento inicial com 20 aparelhos, conseguiu suportar o pico de envios de turmas com mais de 75 alunos e menor latência de correção do que um backend básico da AWS
- Essa implantação pode oferecer computação equivalente à de 50 servidores por baixo custo e servir como um grande campo de testes para validar a 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, relacionado à fabricação do hardware
- O carbono operacional costuma ser enfrentado com melhorias de eficiência energética e uso de energia limpa, mas a pegada da fabricação é um obstáculo mais complexo
- Pesquisadores da UC San Diego estão construindo um caminho de computação em cluster de celulares que extrai as placas-mãe de smartphones aposentados, agrupa essas placas em clusters e as reaproveita como uma plataforma de computação de uso geral
- O plano da universidade, apoiado pelo Google, é montar um data center 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 de contribuição importante
- Em média, as pessoas trocam de celular a cada 4 anos
- Em geral, a troca é impulsionada pela demanda por aparelhos novos, incluindo os recursos oferecidos pelos modelos mais recentes
- Muitos celulares substituídos ainda mantêm suas funções centrais de computação e são computadores relativamente potentes, com processador integrado, aceleradores, memória e armazenamento
- Mesmo celulares antigos que já não atraem o primeiro comprador podem, ao voltar ao uso, evitar a extração adicional de matérias-primas e reduzir diretamente a pegada ambiental da computação
- A nova estratégia é redirecionar smartphones indesejados para aplicações de computação em nuvem
De dispositivo de consumo a hardware de data center
- O desempenho de thread única do núcleo de alto desempenho dos smartphones mais recentes é comparável ou superior ao desempenho por núcleo de servidores multicore modernos
- Ao comparar o Pixel Fold de 2023 com 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 data center de referência na maioria dos testes
- A maior diferença entre smartphones e servidores está em tamanho e capacidade
- Servidores têm dezenas de núcleos de processador multithread poderosos e capacidades de memória muito grandes
- Smartphones têm alguns núcleos de processador heterogêneos e 8 a 12 GB de memória
- O desafio central é focar em aplicações que caibam, ou possam ser adaptadas para caber, dentro da capacidade de um smartphone
- Redirecionar smartphones de consumo sem modificações para um ambiente de data center 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 um ambiente de data center
- Antes da implantação, é preciso processar os smartphones para deixar apenas a placa-mãe, que concentra as funções centrais de computação
- Segundo a avaliação da própria pegada de carbono, a placa-mãe responde pela 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 dispositivos móveis, precisa ser substituído por uma distribuição Linux de uso 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 contam com o daemon low memory killer, que limita aplicações com alto uso de memória
- Para alcançar desempenho de servidor tradicional, é preciso orquestrar tarefas em muitos dispositivos
- Os resultados dos benchmarks SPEC indicam que de 25 a 50 smartphones equivalem a 1 servidor moderno
- Esse problema é tratado gerenciando aplicações conteinerizadas com Kubernetes
- Os celulares são organizados em clusters autogerenciados de 25 a 50 aparelhos
Construindo uma plataforma de computação em nuvem de baixo carbono
- Em várias universidades, aplicações de EdTech, correção e pesquisa já rodam na nuvem
- O leque de aplicações vai de máquinas pequenas para hospedar notebooks Jupyter até servidores caros baseados em GPU para aulas de computação paralela
- A maior parte dessas aplicações está dentro do escopo que um único smartphone consegue hospedar
- Um backend padrão de correção roda em instâncias pequenas de nuvem como a AWS t3.micro, com especificações de 2 vCPU e 1 GB de memória
- Um experimento que executou tarefas de correção de computação paralela em um cluster de 20 celulares mostrou pontos de operação que atendem ou superam os requisitos típicos de throughput e latência
- Uma tarefa baseada em multiplicação de matrizes é intensiva 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 Parallel Computation e Systems Programming
- Nos experimentos iniciais, um cluster com 20 aparelhos já conseguiu suportar o pico de envios de turmas com mais de 75 alunos, e a latência de correção foi menor do que a de um backend básico da AWS
- Uma implantação com 2.000 celulares pode suportar 100 dessas turmas ao mesmo tempo
- A implantação tem a vantagem direta de oferecer computação equivalente à de 50 servidores por uma fração do custo usual
- Essa mesma implantação também servirá como campo de testes para validar a computação baseada em smartphones em larga escala
- Em especial, investigará a confiabilidade de hardware de consumo em um ambiente de uso contínuo
- O sistema completo está previsto para ser lançado no outono de 2026
- Mais abordagens para reduzir as emissões de carbono ligadas à eletrônica de consumo podem ser vistas 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