Google Research：25-50 台の旧式端末の計算能力はサーバーと同等であり、二酸化炭素排出量は新しいハードウェアより大幅に低い

Google Research は 6 月 14 日に公式ブログで、引退したスマートフォンをデータセンターの計算ノードへ作り替える方式を発表しました。中心となるデータは、25〜50 台の中古スマートフォンの演算能力が、現代の 1 台のサーバーに相当することです。さらに 2023 年の Pixel Fold の性能コアは、データセンター向け標準サーバー ASUS RS720A-E11 の多くのテストで上回りました。

SPEC CPU2017 確認テスト結果：Pixel Fold の性能コアは ASUS RS720A-E11 と比べてどうか

Google Research の公式ブログで確認されたベンチマークテストデータに基づくと：

テスト構成： 2023 年 Pixel Fold の性能プロセッサコア vs ASUS RS720A-E11 データセンターサーバー

ベンチマークツール： SPEC CPU2017（業界標準の CPU 性能評価）

テスト結果： Pixel Fold の性能コアは多くのテスト項目で、ASUS RS720A-E11 サーバーのシングルコア性能を上回っています。

Google Research の解釈： スマートフォンのチップは、モバイル端末の電源制約により、1W あたりの性能が何年もかけて磨かれてきました。一方でデータセンターサーバーは、多コアでの並列処理、大容量メモリ、I/O のスループットを重視しており、シングルコア性能は設計優先事項ではありません。

改造仕様：マザーボードは保持、その他はすべて分解し、ソフトウェアは Linux に置き換え

Google Research の提案における確認済みの改造手順は次のとおりです：

ハードウェア層： ディスプレイ、バッテリー、筐体、カメラモジュールを取り外し、マザーボードは残します。Google 社内のカーボンフットプリント評価によると、マザーボードは 1 台のスマートフォンに含まれるカーボンの約 50% を占めます。

ソフトウェア層： モバイル版 Android userspace を汎用 Linux ディストリビューションに置き換えます。「low memory killer」などの消費者向け保護メカニズムを無効化します（この機能は、スマートフォンの操作感を滑らかに保つために設計されており、クラウドサーバー環境では通常のメモリ割り当てを妨げます）。

クラスタ構成： 25〜50 台のスマートフォンで自己管理型のクラスタを構成し、コンテナ化したアプリケーションと Kubernetes によるオーケストレーションを組み合わせます。上位のワークロードにとって、クラスタの振る舞いは 1 台のクラウドマシンと同等になります。

実測データと UC San Diego の 2,000 台スマートフォン計画

すでに完了している 20 台のスマートフォンの実測： 75 人以上の受講者がいる授業のピーク時の課題提出時間帯において、20 台のスマートフォン・クラスタの評価のレイテンシは、想定していた AWS のバックエンドより低いです。各スマートフォンの計算能力は概ね AWS t3.micro のインスタンスに相当します（仮想 CPU 2 個、メモリ 1GB）。

UC San Diego の 2,000 台スマートフォン計画（目標時期、現在は計画段階）： 目的は「並列計算」や「システムプログラミング」などの情報系科目を支援することです。完全に導入すれば同時に多数の授業を支えられ、等価な計算能力は約 50 台のサーバーに相当します。費用は通常の調達の一部にとどまります。目標の稼働開始時期は 2026 年の秋です。2026 年 6 月 14 日時点で、UC San Diego のクラスタは完成または稼働開始がまだ確定していません。

研究チームが確認した未解決の課題：消費者向けハードウェアの信頼性

Google Research の論文で明確に注記されている未解決の問題： スマートフォンのマザーボードは、これまで全天候で稼働するサーバーのワークロード向けに設計されたことがありません。消費者向けハードウェアが長時間・高負荷で稼働した場合の部品寿命のカーブや故障率の分布については、現時点で大規模な長期データが不足しています。UC San Diego の 2,000 台スマートフォン・クラスタには、そのような信頼性データを体系的に収集する機能の一つがあります。

よくある質問

なぜモバイル向けチップのシングルコア性能がデータセンターサーバーを上回れるのですか？

Google Research の解釈によると、モバイル向けチップは電源効率（1W あたりの性能）の面で長年最適化されてきました。モバイル機器には電池という厳しい制約があるためです。一方、データセンターサーバーは多コアの並列処理と I/O スループットを重視しており、シングルコア性能は優先項目ではありません。SPEC CPU2017 のシングルコアのベンチマークテストでは、この違いにより Pixel Fold の性能コアが多くの項目で ASUS RS720A-E11 を上回りました。

25〜50 台のスマートフォンでクラスタを組むとして、上位アプリにはどうやって 1 台のサーバーのように見せるのですか？

Google Research の方案では、クラスタはコンテナ化されたアプリケーションと Kubernetes によるオーケストレーションで構成され、上位のワークロードにとっては、クラスタは 1 つのクラウドマシンのような挙動を示します。管理者は Kubernetes の標準インターフェースを通じて操作でき、個々のスマートフォンのノードに対して個別に管理する必要はありません。

マザーボードに含まれる 50% のカーボン量の数字が、なぜ方案のカーボン排出の算出で重要なのですか？

Google 社内のカーボンフットプリント評価によると、マザーボードは 1 台のスマートフォンの原料採掘から出荷までに発生するカーボン排出の約 50% を占めます。改造方案ではマザーボードを保持し、その他の部品を取り外すため、カーボン排出が最も集中している部品を引き続き使用することになり、既存のカーボン排出を最大限に希釈できます。つまり、それを廃棄スマートフォンとしての沈没コストにしてしまうのではありません。