연구진, 오래된 스마트폰을 재활용하여 '컴퓨팅 플랫폼' 클러스터 구축 — 최신 스마트폰 프로세서가 유사한 멀티코어 서버보다 더 높은 싱글 코어

University of California San Diego (UCSD)의 연구진은 Google과 협력하여 "오래된" Pixel 스마트폰을 재활용하여 저비용 데이터 센터로서 제2의 생명을 부여했습니다. Google Research에 따르면, 퇴역한 스마트폰은 제조 및 탄소 발자국과 관련된 "내재 탄소 (embodied carbon)"의 일부입니다. 사실, 모바일 기기에 대한 인류의 애착과 몇 년마다 기기를 교체하는 습관은 전자 폐기물 (e-waste)의 가장 큰 원인 중 하나이므로, UCSD 연구진은 이 폐기된 기기들에게 "범용 컴퓨팅 플랫폼 (general-purpose computing platform)"으로서의 제2의 생명을 부여할 계획을 세웠습니다.

연구 결과에 따르면, 불과 3년 전의 스마트폰이 Nvidia H200 또는 Nvidia RTX Pro 6000 GPU와 두 개의 AMD EPYC 서버 프로세서를 장착할 수 있어 가장 강력한 데이터 센터에서 자주 볼 수 있는 Asus RS720A-E11과 같은 서버와 비교했을 때 여전히 더 높은 싱글 코어 성능 (single-core performance)을 제공하는 것으로 나타났습니다. 후자가 모바일 기기가 꿈도 꿀 수 없는 성능을 제공하는 것은 사실이지만, 전자가 SPEC 벤치마킹 스위트 (SPEC benchmarking suite)에서 코어당 점수가 여전히 더 높았다는 사실은 연구진이 약간의 창의성을 발휘한다면 여전히 컴퓨팅 작업에 이들을 사용할 수 있음을 의미합니다.

그들이 가장 먼저 한 일은 디스플레이, 배터리, 카메라, 스피커, 섀시 등 필수적이지 않은 구성 요소를 이 기기들에서 제거하는 것이었습니다. 컴퓨팅 실행에 필요한 SoC를 수용하는 메인보드만 남게 됩니다. 그런 다음 Android 운영 체제는 데이터 센터 애플리케이션에 사용되는 범용 Linux 배포판 (Linux distro)으로 교체되며, 이를 통해 기존 소비자용 기기에서 발견되는 불필요한 블로트웨어 (bloat)를 제거하고 Kubernetes와 같은 오케스트레이션 소프트웨어 (orchestration software)를 배포할 수 있게 됩니다. 벤치마킹 결과, 25~50대의 오래된 스마트폰이 단일 듀얼 소켓 서버급 CPU의 컴퓨팅 성능과 맞먹는 것으로 나타났습니다.

UCSD는 20대의 스마트폰 클러스터가 75명 이상의 학생으로 구성된 한 학급이 요구하는 하나의 애플리케이션을 지원할 수 있다는 점을 확인했습니다. 따라서 데이터 센터 측의 추가 비용과 자원 사용을 수반하는 클라우드(Cloud)에 호스팅하는 대신, 사용된 스마트폰을 로컬에 배치하여 이러한 앱들을 실행할 수 있습니다. 연구팀은 2,000대의 스마트폰을 사용하여 "한 번에 100개의 유사한 학급"을 지원할 수 있는 로컬 데이터 센터를 구축할 계획입니다. 앱을 로컬에서 실행하고 필요한 하드웨어를 직접 소유하는 이점 외에도, 연구진은 이것이 "통상적인 비용의 일부"에 불과하다고 말하며, 이는 아마도 새 부품으로 로컬 서버를 구축하는 비용을 염두에 둔 것으로 보입니다. 이는 메모리(Memory)와 스토리지(Storage) 칩의 가격이 상승한 오늘날 특히 더욱 그러합니다.

연구팀은 올해 말에 전체 시스템을 출시할 것으로 기대하며, 소비자용 부품이 데이터 센터 애플리케이션에서의 지속적인 사용을 얼마나 견딜 수 있는지 확인하고자 합니다. 하지만 실험이 성공하더라도, AI 하이퍼스케일러(AI Hyperscalers)들이 중고 스마트폰 부품으로 만든 서버로 전환할 것으로는 예상되지 않습니다. 그들은 종종 더 적은 수의 부품과 전문화된 하드웨어(Specialized Hardware)가 제공하는 신뢰성을 바탕으로 작업하기를 원하기 때문입니다. 그럼에도 불구하고, 이는 대학 및 교육 기관은 물론, 최신 부품을 확보하고 수십억 달러를 쏟아붓는 거대 기술 기업들과 경쟁할 자원이 부족한 소규모 단체들에게 훌륭한 옵션이 될 것입니다.

과학자들이 오래된 스마트폰에 두 번째 삶을 부여하는 방안을 검토한 것이 이번이 처음은 아닙니다. 작년에도 또 다른 연구진이 오래된 스마트폰을 "소규모 데이터 센터 (tiny data centers)"로 전환하는 방안을 연구했으며, 심지어 네 대의 오래된 기기 한 세트를 수중 모니터링에 사용하기도 했습니다. 결국, 이 기기들에 탑재된 SoC (System on Chip)가 현대적 기준으로는 "구식"으로 간주될지라도, 많은 일상적인 작업들을 수행하기에는 여전히 충분한 능력을 갖추고 있기 때문입니다. NASA는 심지어 2014년형 중급 칩이자 Ingenuity 화성 헬리콥터에 탑재된 Qualcomm 801 SoC를 재활용하여, Perseverance 로버가 일종의 임시 GPS 프로세서처럼 붉은 행성(화성)에서 길을 찾을 수 있도록 도왔습니다. 그리고 더 이상 작동하지 않는 스마트폰의 경우, 사람들은 재활용을 위해 보드에 포함된 금과 기타 자원을 추출하는 방법을 찾아내고 있습니다.

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Jowi Morales는 업계에서 수년간 근무한 경험이 있는 기술 애호가입니다. 그는 2021년부터 여러 기술 출판물에 글을 써왔으며, 기술 하드웨어와 가전제품에 관심을 가져왔습니다.

USB 포트를 사용하여 온라인에 연결하는 것인지, 아니면 성능이 좋지 않은 무선 네트워크에 2,000대의 스마트폰이 연결되어 고생하게 될지 궁금하네요. 문제가 된다는 것은 아니지만, 대학들은 '엔터프라이즈 (enterprise)' 스타일의 AP (Access Point)를 보유하고 있고, 5GHz는 채널당 기기 수를 합리적인 수준으로 유지할 수 있을 만큼 충분한 채널을 가지고 있으니까요. 답글

중고 서버의 경우... 전력 소모가 문제가 될 수 있습니다. 분명 UCSD(캘리포니아 대학교 샌디에이고) 입장에서 단일 서버가 큰 비용 부담이 되지는 않겠지만, 고려해 볼 가치가 있습니다. 그렇긴 해도, 여기서 핵심 중 하나는 스마트폰이 쓰레기통으로 향하는 것을 막는 것이라고 생각합니다 (부디 화면이 깨진 스마트폰 같은 것들을 활용하는 것이지, 아무 이유 없이 3년 된 Pixel 폰들을 폐기하는 것은 아니길 바랍니다).
답글

Linux 애호가가 아닌 분들을 위해 설명하자면, NVIDIA의 DGX 시스템은 NVIDIA 컴퓨팅 하드웨어를 탑재한 Arm 기반이며, Raspberry Pi 역시 Arm입니다. 그리고 x86-64와 비교했을 때 Arm에서 누락된 소프트웨어는 기본적으로 거의 없습니다. Arm Linux는 최상급 (1st class) 경험을 제공합니다.

필요한 경우, 매우 훌륭한 x86 및 x86-64 에뮬레이션 (emu)이 존재합니다. Steam이 포팅되지 않은 소프트웨어나 패키징된 VM (가상 머신) 등을 사용할 때 이를 활용하여 Arm 버전을 제공할 수 있을 정도로 충분히 뛰어난 수준입니다. -
답글

중요도가 낮은 컴퓨팅 작업이거나, 아니면 동일한 연산을 서로 다른 장치에 전달하고 결과가 일치할 때만 수락해야 하는 경우입니다. 이는 제안된 방식의 효율성을 저해할 뿐만 아니라 트랜잭션 지연 시간 (transaction latency)을 증가시킵니다. 따라서 일부 유스케이스 (use cases)에는 적합하지 않을 것입니다. 기사에서는 다음과 같이 언급했습니다: 연구진은 약간의 창의성을 발휘한다면 여전히 컴퓨팅 작업에 이들을 사용할 수 있을 것입니다.

그 이유는 스마트폰의 DRAM과 스토리지 (storage)가 신뢰성 측면에서 서버급이 아니기 때문입니다. 게다가 오래된 장치를 사용하는 경우, 메모리가 마모되어 오류를 발생시킬 가능성이 더 높습니다. 사실, 누군가가 장치를 폐기한 바로 그 이유가 바로 장치가 불안정해졌기 때문일 수도 있습니다!

또한, 일부 워크로드 (workloads)는 많은 메모리, vCPU, 그리고/또는 빠른 로컬 스토리지를 요구합니다. 이러한 작업들은 어떤 경우에도 스마트폰에서는 실행 가능하지 않을 것입니다. -
답글

만약 스마트폰을 그렇게 자주 교체하지 않는다면, 파운드리 (fabs)는 서버용 CPU를 제작하는 데 할애할 수 있는 더 많은 웨이퍼 생산 용량 (wafer capacity)을 확보할 수 있을 것입니다. 이는 적어도 파운드리가 병목 현상 (bottlenecked)을 겪는 동안에는 적용되는 이야기입니다. Gururu가 말하기를: 우리의 오래된 스마트폰을 보관하고 지역 데이터 센터에 새 스마트폰을 기부하는 것이 더 낫지 않을까요?

관련된 질문은 왜 데이터 센터들이 그냥 스마트폰과 더 유사한 CPU를 구매하지 않느냐는 것입니다. 글쎄요, 서버 코어를 설계하는 모든 대형 설계업체들은 효율성에 최적화된 대안을 제공하고 있습니다:

AMD는 C-코어 (C-cores)를 갖춘 EPYC을 제공합니다.

Intel은 E-코어 (E-cores)를 갖춘 Xeon을 제공합니다.

ARM은 Neoverse N-시리즈 및 E-시리즈 코어를 제공합니다.

따라서 클라우드 운영자들이 P-코어 (P-core) 기반의 CPU를 사용하고 있다면, 이는 효율성보다 성능을 우선시하기로 의식적인 결정을 내린 것입니다. 그런 경우라면, 그들이 스마트폰 클러스터를 실행 가능한 옵션으로 고려할 것이라고 기대하지도 않을 것입니다. 하지만, 만약 그들이 효율성 최적화 CPU를 사용하고 있다면, 스마트폰을 사용해야 한다는 논거는 약화됩니다. -
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통신량이 적은 워크로드 (workload)를 다루는 것이 아니라면 말이죠. hwertz가 말하기를: 이들이 온라인 연결을 위해 USB 포트를 사용하는 것인지, 아니면 불쌍한 무선 네트워크가 2,000대의 스마트폰을 감당해야 하는 것인지 궁금합니다. 그것이 문제가 된다는 것은 아니지만, 대학들은 '엔터프라이즈 (enterprise)' 스타일의 AP를 보유하고 있으며, 5GHz는 채널이 충분하여 채널당 장치 수를 합리적인 수준으로 유지할 수 있습니다. 반드시 유선 네트워킹을 사용해야 합니다. 장치 수가 많아지면 WiFi는 확장성 (scale)이 매우 떨어집니다. 특히 장치들이 밀집되어 있다면 더욱 그러한데, 이는 라우터가 사용자 간의 간섭을 최소화하기 위해 통상적으로 의존하는 MU-MIMO와 같은 방식의 효율을 저해하기 때문입니다.