UCSD และ Google สร้างคลัสเตอร์คลาวด์ส่วนตัวจาก Pixel Fold 2,000 เครื่อง

การศึกษาใหม่ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย‑ซานดิเอโก (UCSD) ร่วมกับ Google จะนำสมาร์ทโฟน Pixel Fold จำนวน 2,000 เครื่อง ที่ถูกถอดออกจากการใช้งานมาสร้างเป็นคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ส่วนตัว การทดลองนี้มุ่งแสดงให้เห็นว่ามือถือที่ถูกทิ้งอาจกลายเป็นแพลตฟอร์มคอมพิวติงที่มีต้นทุนต่ำและปล่อยคาร์บอนน้อยกว่าการสร้างเซิร์ฟเวอร์แบบดั้งเดิม

Overview

โครงการนี้เริ่มต้นจากแนวคิดของ Jennifer Switzer ผู้เคยเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่ UCSD และปัจจุบันทำงานเป็น post‑doc ที่ Google ตามที่ Ryan Kastner รองศาสตราจารย์ด้านคอมพิวเตอร์ของ UCSD บอกต่อ El Reg การใช้สมาร์ทโฟนเก่ามาเป็นคอมพิวเตอร์กลุ่มไม่ได้เป็นเพียงการรีไซเคิลอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังเป็นการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการผลิตเมนบอร์ดซึ่งคิดเป็น **50 % ของคาร์บอนรวมของมือถือ

ในขณะเดียวกัน Google ประมาณการว่าผู้บริโภคโดยเฉลี่ยอัพเกรดสมาร์ทโฟนทุก สี่ปี ทำให้มีจำนวนเครื่องที่ยังคงมีประสิทธิภาพการประมวลผลอยู่แม้แบตเตอรี่และเคสอาจเสื่อมสภาพ การนำอุปกรณ์เหล่านี้มาสร้างคลัสเตอร์จึงเป็นการใช้ทรัพยากรที่ถูกละทิ้งอย่างมีประโยชน์

Project Details

ทีมงาน UCSD ได้ทำการทดสอบเริ่มต้นด้วยคลัสเตอร์ขนาดเล็กโดยใช้สมาร์ทโฟนจำนวนไม่กี่เครื่องเพื่อพิสูจน์แนวคิด หลังจากนั้นจึงขยายขนาดเป็น 2,000 Pixel Fold ที่ Google สนับสนุน ทั้งนี้ Google ได้ระบุว่าการใช้แบตเตอรี่ในศูนย์ข้อมูลเป็นความเสี่ยงด้านไฟฟ้า จึงต้องถอดเมนบอร์ดออกจากเคสเพื่อความปลอดภัย

การถอดเมนบอร์ดทำโดยบริษัทภายนอกที่ Google ร่วมมือ ทีมวิจัยต้องพัฒนา Linux ที่ปรับแต่งให้ทำงานบนชิปของมือถือ เนื่องจาก Android ไม่เหมาะกับงานเซิร์ฟเวอร์และมีระบบป้องกันการใช้หน่วยความจำที่ไม่จำเป็นต่อการประมวลผลแบบคลัสเตอร์

Technical Specs

Pixel Fold ที่ใช้ในโครงการนี้มาพร้อมกับชิป Google Tensor G2 ซึ่งประกอบด้วย

• 2 core Cortex‑X1 @ 2.85 GHz
• 2 core Cortex‑A78 @ 2.35 GHz
• 4 core Cortex‑A55 @ 1.80 GHz
• GPU Mali‑G710 MP7
• หน่วยความจำ 12 GB

ตามการทดสอบเบื้องต้นโดยใช้ชุดทดสอบ SPEC พบว่าการรวม 25‑50 เครื่อง สามารถให้ประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเซิร์ฟเวอร์มาตรฐานหนึ่งเครื่อง การเปรียบเทียบนี้ชี้ให้เห็นว่าความเร็วของคอร์เดี่ยว (single‑thread) ของชิปเหล่านี้เทียบเท่าหรือดีกว่าชิปหลายคอร์ของศูนย์ข้อมูล

Implementation & Challenges

การจัดการงานให้กระจายไปยังอุปกรณ์หลายร้อยหรือหลายพันเครื่องเป็นความท้าทายหลัก ทีมงานจึงใช้ Kubernetes เพื่อจัดสรรคอนเทนเนอร์ให้ทำงานบนคลัสเตอร์ขนาด 25‑50 เครื่อง ต่อหนึ่งโหนด การทำเช่นนี้ต้องทำให้แต่ละอุปกรณ์บูตด้วย Linux ที่รองรับ GPU และอาจต้องปรับแต่งไดรเวอร์เพื่อให้ใช้ Tensor Processing Unit (TPU) ของชิปได้เต็มประสิทธิภาพ

ด้านเครือข่าย การเชื่อมต่อแบบ Wi‑Fi หรือเซลลูลาร์ไม่เหมาะกับสเกลขนาดนี้ เนื่องจากความล่าช้าและปัญหาด้านความปลอดภัย ทีมงานจึงออกแบบ PCB พิเศษที่ให้ไฟฟ้าและเชื่อมต่อ Ethernet แบบมีสายเพื่อให้การสื่อสารระหว่างเมนบอร์ดเป็นไปอย่างเสถียร

Expected Impact

โครงการนี้มีเป้าหมายเพื่อให้มหาวิทยาลัยและสถาบันการศึกษาที่มีศูนย์คอมพิวเตอร์อาจนำคลัสเตอร์จากมือถือเก่าไปใช้ในงาน EdTech, ระบบตรวจข้อสอบอัตโนมัติ, หรือการวิจัยที่ต้องการการประมวลผลขนาดกลาง ตัวอย่างเช่น การรันคลัสเตอร์ขนาด 20 เครื่องสามารถรองรับอัตราการส่งงานของชั้นเรียนที่มีนักศึกษา 75 คน ขึ้นไปได้

หากการทดสอบขั้นต้นสำเร็จ โครงการอาจขยายขนาดต่อไปและกลายเป็นโมเดลการสร้างคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์แบบ Beowulf สมัย 1990‑s ที่ใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเป็นฐาน การประยุกต์ใช้แนวคิดนี้อาจช่วยลดของเสียอิเล็กทรอนิกส์และส่งเสริมการคำนวณที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในระดับมหาวิทยาลัยและอุตสาหกรรม

Summary

UCSD และ Google จะเปิดตัวคลัสเตอร์ส่วนตัวที่สร้างจาก 2,000 Pixel Fold ที่ถูกถอดเมนบอร์ดออกมาเพื่อทำงานเป็นเซิร์ฟเวอร์แบบต่ำ‑คาร์บอน การทดลองนี้อาจเป็นแบบอย่างใหม่สำหรับการใช้สมาร์ทโฟนที่หมดอายุการใช้งานในงานคอมพิวเตอร์ระดับสูงและช่วยลดของเสียอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต.