计算的碳足迹是一个关键的可持续性挑战。它主要由两个主要来源驱动：操作碳反映了使用过程中消耗能源的排放，而实体碳则包含与硬件制造相关的排放。尽管操作碳通常通过提高能源效率和使用清洁能源等努力来解决，但制造足迹却是一个更复杂的障碍。为了应对这一问题，加州大学圣地亚哥分校的研究人员正在通过探索“手机集群计算”，为手机的第二次生命打造一条道路。这是一个提取已退役智能手机主板、将其集中成集群并重新部署为通用计算平台的过程。在谷歌的支持下，该大学计划从2000部Pixel智能手机中构建一个数据中心，为数百名研究人员和学生提供低成本、低碳的云计算服务，从而减少对新制造硬件及其相关排放的需求。智能手机：一个重要的贡献者 平均而言，人们每四年更换一次手机。这通常是由于人们对新设备的渴望，包括新型号所提供的功能。然而，许多被更换的手机，其核心计算功能仍然完好，依然是相对强大的计算机，配备了集成的处理器、加速器、内存和存储。虽然一部旧手机可能不再对其首任购买者感兴趣，但重新投入使用可以通过避免进一步的原材料开采，直接减少计算的环境足迹。本文讨论了一种新颖的策略：重新部署不需要的智能手机用于云计算应用。现代智能手机的单线程性能与现代多核服务器的性能相当甚至更好（见下图）。智能手机和服务器之间最显著的区别在于它们的大小：服务器包含许多强大的多线程处理器核心和巨大的内存容量，而智能手机则拥有少量异构处理器核心和8-12GB内存。因此，关键挑战之一是针对适合于智能手机容量的应用，或可以被调整以适应智能手机容量的应用。从消费设备到数据中心硬件 在数据中心环境中重新部署未修改的消费智能手机将是危险且低效的。智能手机的计算元件被包裹在服务器上下文中不需要的组件中——显示器、电池、机壳和摄像头等外部硬件。除了占用宝贵的空间外，一些组件（如电池）含有不适合数据中心环境的材料。在部署之前，必须对智能手机进行处理，以移除除主板外的所有组件，主板包含核心计算功能。请注意，主板负责实体碳的最大部分（根据内部碳足迹评估，大约占50%），因此这一努力旨在针对最具影响力的组件。Android操作系统（OS）已经基于Linux，但面向移动的Android用户空间必须被替换为通用的Linux发行版。更新操作系统不仅仅是为了可编程性；它还关闭了许多对消费设备重要但对云计算无关紧要的保护机制。例如，手机有一个“低内存杀手”守护进程，限制对内存需求大的应用程序。解决大型设备之间协调作业的挑战，这些设备需要满足传统服务器的性能——SPEC基准测试结果表明25-50部手机相当于一台现代服务器——是通过使用Kubernetes管理的容器化应用来实现的。这些手机被组织成自我管理的25-50台设备的集群。构建低碳云计算平台 在许多大学，已经在云上运行了大量教育科技、评分和研究应用。这些应用范围从用于托管Jupyter Notebook的小型机器到用于并行计算课程的昂贵GPU服务器。这些应用中的绝大多数都在单个智能手机的承载能力范围内，标准评分后端在小型云实例上运行，如AWS的t3.micro（2 vCPU，1 GB内存）。加州大学圣地亚哥分校的研究人员正在计划建立一个由2000部手机组成的计算集群，以支持计算机科学课程，如并行计算和系统编程。早期实验表明，即使是适中的20部手机的集群也能够支持75名以上学生课程的峰值提交率，评分延迟低于默认的AWS后端。2000部手机的部署将有能力同时支持100门如此课程。除了直接提供50台服务器等同的好处外