은퇴한 폰으로 만드는 저탄소 컴퓨팅 플랫폼

은퇴한 폰으로 만드는 저탄소 컴퓨팅 플랫폼

컴퓨팅으로 인한 탄소 발자국은 지속 가능성 측면에서 아주 중요한 문제예요. 이 탄소 발자국은 크게 두 가지 원인에서 비롯되는데, 하나는 _운영 탄소_로, 기기 사용 중 소모되는 에너지에서 나오는 배출량을 말하고요. 다른 하나는 _내재 탄소_로, 하드웨어 제조 과정에서 발생하는 배출량을 모두 포함해요. 운영 탄소는 에너지 효율 개선이나 청정에너지 사용 같은 노력으로 어느 정도 해결할 수 있지만, 제조 과정에서 생기는 탄소 발자국은 훨씬 더 복잡한 난관이에요.

이런 문제를 해결하기 위해, UC 샌디에이고 대학 연구진은 "폰 클러스터 컴퓨팅"이라는 개념을 연구하며 휴대폰의 제2의 삶을 위한 길을 열고 있어요. 이 방식은 수명이 다한 스마트폰에서 메인보드를 추출해서 여러 개를 묶어 클러스터로 만든 다음, 다목적 컴퓨팅 플랫폼으로 재활용하는 과정이에요. 구글의 지원을 받아, UC 샌디에이고는 2,000대의 픽셀 스마트폰으로 데이터센터를 구축할 계획인데, 이걸로 수백 명의 연구자와 학생들에게 저렴하고 저탄소 클라우드 컴퓨팅을 제공하고, 새로 하드웨어를 제조할 필요를 줄여서 관련 배출량도 감축할 예정이에요.

스마트폰: 환경 문제의 주요 원인 중 하나

평균적으로 사람들은 4년마다 폰을 바꾸곤 해요. 이건 주로 새로운 모델이 제공하는 기능들을 포함해서, 새 기기를 갖고 싶어 하는 사람들의 욕구 때문에 일반적으로 발생하죠. 하지만 교체된 많은 폰들은 핵심 컴퓨팅 기능이 여전히 살아있고, 프로세서, 가속기, 메모리, 저장 장치까지 통합된 상태로 여전히 꽤 강력한 컴퓨터예요. 구형 폰이 첫 구매자에게는 더 이상 흥미롭지 않을지라도, 이걸 다시 사용하면 추가적인 원자재 채굴 필요성을 피할 수 있어서 컴퓨팅의 환경 발자국을 직접적으로 줄일 수 있어요.

이 블로그에서는 새로운 전략, 즉 _더 이상 사용하지 않는 스마트폰을 클라우드 컴퓨팅 애플리케이션용으로 재배치하는 것_에 대해 이야기해 볼 거예요.

최신 스마트폰의 성능 프로세서 코어 단일 스레드 성능은 현대의 멀티코어 서버와 비슷하거나 오히려 더 나아요(아래 그림 참조). 스마트폰과 서버의 가장 큰 차이는 크기예요. 서버는 수십 개의 강력한 멀티스레드 프로세서 코어와 방대한 메모리 용량을 가지고 있는 반면, 스마트폰은 몇 개의 이기종 프로세서 코어와 8-12GB 메모리를 가지고 있죠. 그래서 핵심 과제 중 하나는 스마트폰의 용량에 딱 맞거나, 맞도록 조정할 수 있는 애플리케이션을 찾아내는 거예요.

소비자 기기에서 데이터센터 하드웨어로

수정되지 않은 소비자용 스마트폰을 데이터센터 환경에 그대로 재배치하는 건 위험하고 비효율적일 수 있어요. 스마트폰의 컴퓨팅 요소들은 서버 환경에서는 필요 없는 디스플레이, 배터리, 섀시, 카메라 같은 주변 하드웨어로 둘러싸여 있잖아요. 귀중한 공간을 차지하는 것 외에도, 배터리 같은 일부 부품들은 데이터센터 환경에 적합하지 않은 재료를 포함하고 있기도 해요.

배포 전에 스마트폰은 핵심 컴퓨팅 기능이 있는 메인보드를 제외한 모든 부품을 제거하는 처리가 필요해요. 참고로 메인보드는 내재 탄소의 가장 큰 부분을 차지하는데요(구글 내부 탄소 발자국 평가에 따르면 약 50% 정도예요), 그래서 이 작업은 가장 영향력 있는 부품에 집중하는 거예요.

안드로이드 운영체제(OS)는 이미 리눅스 기반이지만, 모바일 지향적인 안드로이드 유저스페이스는 범용 리눅스 배포판으로 교체해야 해요. OS를 업데이트하는 건 단순히 프로그래밍 가능성만 확보하는 게 아니고요. 소비자 기기에는 중요하지만 클라우드 컴퓨팅에는 불필요한 많은 보호 기능들을 꺼버리는 효과도 있어요. 예를 들어, 폰에는 메모리를 많이 쓰는 애플리케이션을 제한하는 “저메모리 킬러(low memory killer)” 데몬이 있거든요.

기존 서버의 성능을 맞추려면 엄청나게 많은 기기들을 조율해야 하는 과제가 있는데요( SPEC 벤치마킹 결과에 따르면 2550대의 폰이 현대식 서버 한 대와 맞먹는다고 해요). 이 문제는 쿠버네티스가 관리하는 컨테이너화된 애플리케이션을 사용해서 해결하고 있어요. 폰들은 2550대씩 자체 관리 클러스터로 조직화돼요.

저탄소 클라우드 컴퓨팅 플랫폼 구축하기

많은 대학에서는 이미 에듀테크, 채점, 연구 애플리케이션 등 수많은 것들이 클라우드에서 실행되고 있어요. 이런 애플리케이션들은 주피터 노트북을 호스팅하는 작은 머신부터 병렬 컴퓨팅 수업을 위한 값비싼 GPU 기반 서버까지 다양하죠. 이런 애플리케이션의 대다수는 단일 스마트폰으로도 호스팅할 수 있는 수준이고요. 예를 들어, 표준 채점 백엔드는 AWS의 t3.micro(2 vCPU, 1 GB 메모리) 같은 작은 클라우드 인스턴스에서 돌아가요.

UC 샌디에이고의 연구진은 병렬 컴퓨팅 및 시스템 프로그래밍 같은 컴퓨터 과학 수업을 지원하기 위해 2,000대 규모의 폰 컴퓨팅 클러스터를 계획하고 있어요. 초기 실험 결과에 따르면, 20대 정도의 중간 규모 클러스터만으로도 75명 이상의 학생들이 제출하는 피크 트래픽을 처리할 수 있고, 채점 레이턴시도 기본 AWS 백엔드보다 낮았어요. 2,000대 규모로 배포되면 이런 수업을 동시에 100개까지 지원할 수 있을 거예요.

이 프로젝트는 일반 비용의 일부만으로 50대의 서버에 준하는 컴퓨팅 능력을 제공하는 직접적인 이점 외에도, 대규모 스마트폰 기반 컴퓨팅의 테스트베드 역할도 할 거예요. 특히, 이 프로젝트를 통해 소비자용 하드웨어가 지속적으로 사용될 때의 신뢰성을 연구할 예정이에요. 전체 시스템은 2026년 가을에 출시될 것으로 예상하고 있어요.

소비자 가전제품과 관련된 탄소 배출량을 줄이기 위한 구글의 접근 방식에 대해 더 자세히 알아보려면, 소비자 하드웨어 탄소 저감 가이드를 참고해 주세요.

감사의 말씀

이 프로젝트는 구글 직원인 Efren Robles, Federico Centola, Nischal Agarwal, Rajiv Andrade, Manoj Vishwanathan, Ron Vered, Behnam Heydarshahi, Karina Repetz, Ted Briggs, Julie Rapoport, David Bourne, Tom Kennedy 님의 지원을 받았습니다. UC 샌디에이고 협력자로는 Aramesh Ranganathan, Chris Crutchfield, Gabriel Marcano, 컴퓨터 과학 라이언 캐스트너(Ryan Kastner) 교수, 컴퓨터 과학 패트릭 판누토(Patrick Pannuto) 교수님이 참여했습니다.