يتم التخلص من مليارات الهواتف المحمولة حول العالم كل عام، ولا تزال معالجات العديد منها سليمة وقابلة للاستخدام. وفي الوقت نفسه، تخطط صناعة التكنولوجيا لاستثمار مئات المليارات من الدولارات في جيل جديد من أجهزة حوسبة الذكاء الاصطناعي، وسيؤدي إنتاج هذه الأجهزة إلى تكاليف بيئية باهظة. من أجل بناء جسر بين احتياجات الطاقة الحاسوبية وواقع النفايات الإلكترونية، طورت شركة Google وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو حلاً لبناء خوادم باستخدام معالجات الهاتف المحمول القديمة لحل مشكلة النفايات مع توفير منصة حوسبة منخفضة الكربون.
تسمى هذه الفكرة "الحوسبة العنقودية للهواتف المحمولة". وبدلاً من التعامل مع الهواتف الذكية القديمة باعتبارها إلكترونيات استهلاكية خردة، يقوم فريق البحث بتفكيكها وصولاً إلى جوهر الحوسبة الخاص بها - اللوحة الأم، التي تدمج المعالج والذاكرة والتخزين. تتم إزالة الشاشة والبطارية والجسم والكاميرا والمكونات الأخرى المتعلقة بنموذج الهاتف المحمول، ثم تتم إعادة تجميع اللوحة الأم في شكل عنقودي ونشرها كمنصة حوسبة عامة. وتقوم Google وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو حاليًا ببناء مركز بيانات يتكون من 2000 لوحة أم لهواتف Pixel، ومن المتوقع أن يكون متصلاً بالإنترنت في خريف عام 2026.
مدفوعة بموجة الذكاء الاصطناعي، يتزايد الطلب العالمي على قوة الحوسبة بمعدل أسي غير مسبوق، ورقائق المعالجة والتخزين هي أساس الأجهزة الأساسية التي تدعم قوة الحوسبة هذه. وتتوقع بعض المنظمات الصناعية أن يتجاوز استثمار صناعة الذكاء الاصطناعي في البنية التحتية هذا العام وحده تريليون دولار أمريكي. وفي المقابل، يعد تصنيع أشباه الموصلات عملية صناعية معقدة للغاية وتستهلك الكثير من الطاقة، ومن المتوقع أن تصل انبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عنها إلى 277 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون في عام 2030.
ومن ناحية أخرى، يتم التخلص من عدد كبير من الهواتف المحمولة التي لا تزال تحتوي على معالجات سليمة في مدافن النفايات. وفقًا لمنتدى WEEE، سيتم التخلص من أكثر من 5 مليارات هاتف محمول في عام 2022 وحده. أخذ فريق البحث الهواتف المحمولة الرائدة التي تم إطلاقها حوالي عام 2022 كعينات، وافترض أن الاستهلاك المستمر للطاقة الحاسوبية لكل شريحة على مستوى نظام الهاتف المحمول يبلغ حوالي 3.2 واط، وطبق هذه القيمة على ما يزيد عن 5 مليارات هاتف محمول مهمل، وخلص إلى أنه تم التخلي عن حوالي 16 جيجاوات من طاقة الحوسبة النظرية أثناء الخدمة في كومة القمامة. وحتى مع الأخذ في الاعتبار أن نصف هذه المعالجات فقط لا تزال متاحة، فإن ذلك لا يزال يوفر حوالي 8 جيجاوات من الطاقة الحاسوبية المحتملة. للمقارنة، فإن خطة ميتا هايبريون متعددة الحرم الجامعي، وهي واحدة من مشاريع مراكز البيانات واسعة النطاق المخطط لها في جميع أنحاء العالم، لديها أيضًا قوة حوسبة إجمالية مستهدفة تبلغ حوالي 5 جيجاوات.
ويسلط التناقض الضوء على التناقض: إذ تخطط صناعة التكنولوجيا لدفع تكاليف ضخمة وتحمل انبعاثات كربونية ضخمة من أجل رقائق الحوسبة الجديدة، ولكنها في الوقت نفسه تتخلص من موارد الحوسبة الموجودة بالفعل. بالطبع، لا تزال بيانات قوة الحوسبة المهجورة أعلاه تقديرًا نظريًا، والوضع الفعلي أكثر تعقيدًا وتنوعًا. ومع ذلك، إذا كان من الممكن إعادة تدوير جزء صغير من موارد الحوسبة هذه واستخدامها بشكل فعال، فقد يتم تقليل البصمة الكربونية لصناعة الحوسبة الشاملة بشكل كبير.
يعد الجهد التعاوني الذي تبذله Google مع جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بمثابة استجابة لهذه المشكلة، على الأقل بدءًا بعينة أصغر. يركز المشروع على ما يسمى "انبعاثات الكربون المتجسدة"، وهي التزامات الانبعاثات التي يتم تسجيلها في عملية تصنيع الأجهزة بأكملها وتحدث قبل تشغيل المعدات. ومن خلال إعادة نشر المعالجات التي تم تصنيعها والتي تم "تسوية" تكاليف انبعاثات الكربون الضمنية فيها، يأمل المشروع في الحصول على قوة حاسوبية تعادل خادمًا واحدًا دون زيادة انبعاثات التصنيع لمجموعة من الخوادم.
من منظور تقني، لا يمكن إدخال الهواتف المحمولة القديمة مباشرة في الحامل وتكون بمثابة خوادم. أولاً، يجب تفكيك الهاتف المحمول، ولم يتبق سوى اللوحة الأم التي تحمل وظائف الحوسبة الأساسية. تشير الأبحاث إلى أن اللوحة الأم نفسها تمثل حوالي 40% من إجمالي انبعاثات الكربون المنبعثة من الهواتف المحمولة. على الرغم من أن إزالة المكونات مثل الشاشات والبطاريات يعني أن بعض انبعاثات الكربون المتجسدة لا تزال مهدرة، فمن منظور إعادة التدوير، فإن إعادة التدوير الناجحة للوحات الأم لا تزال ذات فائدة بيئية ضخمة.
بعد تفكيك الأجهزة، يعد التحول على مستوى البرامج خطوة حاسمة. نظام Android نفسه مبني على Linux، لكن مساحة المستخدم المخصصة للهواتف المحمولة مصممة للأجهزة الاستهلاكية وليست مناسبة للتحميلات السحابية. لذلك، استبدل الباحثون مساحة مستخدم Android الأصلية بتوزيع Linux للأغراض العامة، وبالتالي الحصول على بيئة أكثر قابلية للبرمجة والسماح لمجموعة اللوحة الأم بأكملها بالتصرف بشكل أقرب إلى البنية التحتية للحوسبة التقليدية. يزيل تحديث نظام التشغيل أيضًا بعض وسائل الحماية الأمنية الضرورية على الهواتف الشخصية ولكنها ليست ضرورية في البيئة السحابية. بعد اكتمال التحويل، أصبحت اللوحة الأم منطقيًا خادم Linux صغيرًا وفعالًا.
لذا، من منظور الأداء، هل يمكن مناقشة معالجات الهاتف المحمول بنفس البعد مثل قوة الحوسبة السحابية؟ إن الحجة الفنية التي قدمتها جوجل أكثر تفاؤلاً مما توقعه كثير من الناس. وقالت الشركة إن أداء النواة الكبيرة للهواتف الذكية الحديثة يمكن أن يصل إلى أو حتى يتجاوز أداء النواة الواحدة لخوادم مراكز البيانات متعددة النواة الحالية. في اختبار مقارنة داخلي، أجرت Google اختبار قياس الأداء SPEC على هاتف محمول Pixel Fold موديل 2023 وخادم مركز بيانات ASUS RS720A‑E11. أظهرت النتائج أن نواة Pixel الكبيرة تفوقت على نواة مركز البيانات الأساسي للخادم في سيناريوهات اختبار متعددة.
بالطبع، هذا لا يعني أن "الهاتف المحمول يساوي الخادم". تحتوي الخوادم العادية عادةً على عدد أكبر بكثير من النوى مقارنة بالهواتف المحمولة، ومساحة ذاكرة أكبر، ونطاق ترددي أعلى، وقنوات إدخال/إخراج أكثر ثراءً، وإدارة على مستوى المؤسسة وقدرات تكرار الأجهزة المصممة لتشغيل مراكز البيانات على مدار الساعة. بالمقارنة، غالبًا ما يحتوي الهاتف الذكي على عدد قليل من مراكز وحدة المعالجة المركزية غير المتجانسة وحوالي 8 إلى 12 جيجابايت من الذاكرة. وبالتالي فإن مفتاح الاستخدام الفعال هو العثور على أنواع أعباء العمل التي يمكن تشغيلها ضمن قيود الموارد هذه أو التي يمكن تقسيمها بشكل نظيف عبر عدد كبير من العقد الصغيرة.
مجالات التطبيق ذات الأولوية الحالية لجامعة كاليفورنيا في سان دييغو هي الحوسبة التعليمية والبحثية. وفقًا لتقييم Google، يمكن لمجموعة متوسطة الحجم تتكون من 20 هاتفًا محمولاً أن تدعم متطلبات تقديم المهام القصوى لدورة تضم أكثر من 75 طالبًا، وهي أفضل من الواجهة الخلفية الافتراضية لـ AWS من حيث تأخير التصحيح. وإذا تم توسيع النطاق ليشمل 2000 هاتف محمول تخطط جوجل لنشره في خريف عام 2026، تتوقع المدرسة أن تكون قادرة على دعم حوالي 100 دورة من هذا القبيل في نفس الوقت. تصف Google عملية النشر بأنها توفر قوة حاسوبية تعادل حوالي 50 خادمًا بجزء صغير من التكلفة التقليدية.
وفي الوقت الحاضر لا يزال المشروع في مراحله الأولى، وهناك العديد من المشاكل الفنية والهندسية المعروفة وغير المعروفة التي تحتاج إلى حل. الموثوقية هي واحدة من الأمور المجهولة الكبيرة: لم يتم تصميم الهواتف الاستهلاكية مطلقًا لتعمل "بحمولة كاملة، 24 ساعة طوال أيام الأسبوع" لسنوات في بيئة مركز البيانات. من الواضح أن هذا المشروع تم وضعه باعتباره "سرير اختبار حوسبة واسع النطاق يعتمد على الهواتف الذكية" لمراقبة أداء الأجهزة الاستهلاكية في ظل أحمال عالية مستمرة. لا أحد يعرف على وجه اليقين ما هو معدل الفشل إذا كان الحامل المليء بالعقد الحاسوبية المصنوعة من اللوحات الأم للهاتف المحمول يعمل بشكل مستمر على مدى فترة طويلة من الزمن، ولكن اكتشاف ذلك كان جزءًا من التجربة.
بالإضافة إلى الشريحة نفسها، هناك أيضًا عدد كبير من المشكلات العملية المحيطة بـ "ما بعد السيليكون" والتي تحتاج إلى التحقق منها. على سبيل المثال، كيفية تفكيك الهواتف المحمولة بأمان وإزالة البطاريات والمكونات الأخرى غير المناسبة لبيئة مركز البيانات في ظل ظروف واسعة النطاق، وكيفية التحكم في تكاليف العمالة وتعقيد العملية، وجعل خط إعادة التدوير بأكمله قابلاً للتطوير اقتصاديًا، بدلاً من مجرد البقاء في مرحلة النموذج الأولي للبحث. ستحدد عوامل الاحتكاك "غير الجذابة" هذه في النهاية ما إذا كانت هذه الفكرة لديها فرصة لتصبح بنية تحتية حقيقية. ومع بدء تشغيل مركز البيانات رسميًا هذا الخريف، من المتوقع أيضًا أن تحصل الصناعة على المزيد من الإجابات حول ما إذا كان من الممكن تنفيذ محاولة الطاقة الحاسوبية منخفضة الكربون هذه في العالم الحقيقي.