Bilhões de telefones celulares são descartados em todo o mundo todos os anos, e muitos deles ainda têm seus processadores intactos e utilizáveis. Ao mesmo tempo, a indústria tecnológica planeia investir centenas de milhares de milhões de dólares numa nova geração de hardware de computação de IA, e a produção deste hardware trará enormes custos ambientais. A fim de construir uma ponte entre as necessidades de energia computacional e a realidade do lixo eletrônico, o Google e a Universidade da Califórnia, em San Diego, desenvolveram uma solução para construir servidores usando processadores de telefones celulares descartados para resolver o problema do desperdício, fornecendo ao mesmo tempo uma plataforma de computação de baixo carbono.
Essa ideia é chamada de “computação em cluster de telefonia móvel”. Em vez de tratar os smartphones antigos como produtos eletrónicos de consumo descartados, a equipa de investigação está a desmantelá-los até ao seu núcleo computacional – a motherboard, que integra o processador, a memória e o armazenamento. A tela, a bateria, o corpo, a câmera e outros componentes relacionados ao formato do telefone móvel são todos removidos e, em seguida, a placa-mãe é reembalada em forma de cluster e implantada como uma plataforma de computação geral. O Google e a Universidade da Califórnia, em San Diego, estão atualmente construindo um data center composto por 2.000 placas-mãe de telefones Pixel, que deverá estar online no outono de 2026.
Impulsionada pela onda de IA, a demanda global por poder computacional está aumentando a uma taxa exponencial sem precedentes, e os chips de processamento e armazenamento são a base central de hardware que suporta esse poder computacional. Algumas organizações industriais prevêem que o investimento da indústria de IA em infra-estruturas, só este ano, ultrapassará 1 bilião de dólares. Em contraste, o fabrico de semicondutores é um processo industrial altamente complexo e extremamente consumidor de energia, e espera-se que as suas emissões de gases com efeito de estufa atinjam 277 milhões de toneladas de dióxido de carbono equivalente em 2030.
Por outro lado, um grande número de telefones celulares que ainda possuem processadores intactos estão sendo jogados em aterros sanitários. De acordo com o WEEE Forum, mais de 5 mil milhões de telemóveis serão descartados só em 2022. A equipe de pesquisa tomou como amostras os principais telefones celulares lançados por volta de 2022, presumiu que o consumo contínuo de energia de computação de cada chip no nível do sistema de telefonia móvel era de cerca de 3,2 watts e aplicou esse valor aos 5 bilhões de telefones celulares descartados acima, e concluiu que cerca de 16 gigawatts de potência teórica de computação em serviço foram abandonados na pilha de lixo. Mesmo tendo em conta que apenas metade desses processadores ainda estão disponíveis, isso ainda fornece cerca de 8 gigawatts de potência computacional potencial. Para efeito de comparação, o plano multi-campus Hyperion da Meta, um dos projetos de data center de grande escala planejados em todo o mundo, também tem uma meta de poder de computação total de cerca de 5 GW.
O contraste realça a contradição: a indústria tecnológica está a planear pagar custos enormes e suportar enormes emissões de carbono para novos chips de computação, mas ao mesmo tempo descartar os recursos de computação que já existem. É claro que os dados de potência computacional abandonados acima ainda são uma estimativa teórica, e a situação real é mais complexa e diversificada. Mesmo assim, se uma pequena parte destes recursos informáticos puder ser efetivamente reciclada e utilizada, a pegada de carbono da indústria informática em geral poderá ser substancialmente reduzida.
O esforço colaborativo do Google com a Universidade da Califórnia, em San Diego, é uma resposta a esse problema, pelo menos começando com uma amostra menor. O projeto concentra-se nas chamadas “emissões de carbono incorporadas”, que são responsabilidades de emissões inscritas em todo o processo de fabricação do hardware e ocorrem antes de o equipamento ser ligado. Ao reimplantar processadores que foram fabricados e cujos custos implícitos de emissão de carbono foram “liquidados”, o projeto espera obter o poder computacional equivalente a um servidor sem aumentar as emissões de fabricação de um conjunto de servidores.
Do ponto de vista técnico, os telemóveis antigos não podem ser inseridos diretamente num rack e servir como servidores. Primeiro, o celular precisa ser desmontado, deixando apenas a placa-mãe que carrega as principais funções de computação. A pesquisa aponta que a própria placa-mãe é responsável por aproximadamente 40% das emissões globais de carbono incorporadas dos telefones celulares. Embora a remoção de componentes como ecrãs e baterias signifique que algumas emissões de carbono incorporadas ainda sejam desperdiçadas, do ponto de vista da reciclagem, a reciclagem bem sucedida de placas-mãe ainda é um enorme benefício ambiental.
Após a desmontagem do hardware, a transformação no nível do software é uma etapa crítica. O próprio Android é baseado em Linux, mas seu espaço de usuário voltado para dispositivos móveis é projetado para dispositivos de consumo e não é adequado para cargas em nuvem. Portanto, os pesquisadores substituíram o espaço original do usuário Android por uma distribuição Linux de uso geral, obtendo assim um ambiente mais programável e permitindo que todo o cluster da placa-mãe se comportasse mais próximo da infraestrutura de computação tradicional. A atualização do sistema operacional também remove algumas proteções de segurança necessárias em telefones pessoais, mas desnecessárias em um ambiente de nuvem. Após a conclusão da transformação, a placa-mãe se tornou logicamente um servidor Linux pequeno e eficiente.
Então, do ponto de vista do desempenho, os processadores de telefones celulares podem ser discutidos na mesma dimensão que o poder de computação do servidor em nuvem? O argumento técnico apresentado pelo Google é mais otimista do que muitas pessoas esperavam. A empresa disse que o desempenho de thread único dos grandes núcleos dos smartphones modernos pode atingir ou até mesmo exceder o desempenho de núcleo único dos atuais servidores de data center multinúcleo. Num teste de comparação interno, a Google conduziu testes de benchmark SPEC num telemóvel Pixel Fold 2023 e num servidor de data center ASUS RS720A‑E11. Os resultados mostraram que o grande núcleo do Pixel superou o núcleo do data center de base do servidor em vários cenários de teste.
Claro, isso não significa que “um telefone celular seja igual a um servidor”. Servidores normais geralmente têm muito mais núcleos do que telefones celulares, maior espaço de memória, maior largura de banda, canais de E/S mais ricos e gerenciamento de nível empresarial e recursos de redundância de hardware projetados para operação ininterrupta de data centers. Em comparação, um smartphone geralmente possui apenas alguns núcleos de CPU heterogêneos e cerca de 8 a 12 GB de memória. A chave para uma utilização eficaz é, portanto, encontrar os tipos de cargas de trabalho que podem ser executadas dentro dessas restrições de recursos ou que podem ser divididas de forma clara em um grande número de nós pequenos.
As atuais áreas de aplicação prioritárias da UC San Diego são ensino e pesquisa em computação. De acordo com a avaliação do Google, um cluster de tamanho médio composto por 20 telefones celulares pode suportar os requisitos máximos de envio de tarefas de um curso com mais de 75 alunos e é melhor do que o back-end padrão da AWS em termos de atraso de correção. Se a escala for expandida para os 2.000 telemóveis que a Google planeia implementar no outono de 2026, a escola espera poder apoiar cerca de 100 cursos deste tipo ao mesmo tempo. O Google descreve a implantação como fornecendo poder de computação equivalente a cerca de 50 servidores por uma fração do custo tradicional.
Atualmente, o projeto ainda está em seus estágios iniciais e existem muitos problemas técnicos e de engenharia conhecidos e desconhecidos que precisam ser resolvidos. A confiabilidade é uma das grandes incógnitas: os telefones de consumo nunca foram projetados para funcionar “em plena carga, 24 horas por dia, 7 dias por semana” durante anos em um ambiente de data center. Este projeto está claramente posicionado como um “banco de testes de computação em larga escala baseado em smartphones” para observar o desempenho do hardware de consumo sob altas cargas sustentadas. Ninguém sabe ao certo qual seria a taxa de falhas se um rack cheio de nós de computação feitos de placas-mãe de telefones celulares funcionasse continuamente por um longo período de tempo, mas descobrir fazia parte do experimento.
Além do chip em si, há também um grande número de questões práticas relacionadas ao “além do silício” que precisam ser verificadas. Por exemplo, como desmontar com segurança telemóveis e remover baterias e outros componentes que não são adequados para o ambiente do centro de dados em condições de grande escala, como controlar os custos de mão-de-obra e a complexidade do processo, e tornar todo o processo de reciclagem economicamente escalável, em vez de permanecer apenas na fase de protótipo de investigação. Estes factores de fricção aparentemente “pouco glamorosos” acabarão por determinar se esta ideia tem hipótese de se tornar uma infra-estrutura real. À medida que o data center estiver oficialmente online neste outono, espera-se também que a indústria obtenha mais respostas sobre se esta tentativa de poder de computação de baixo carbono pode ser implementada no mundo real.