スマートフォンを再利用する「携帯電話クラスタコンピューティング」で炭素足跡を削減

コンピューティング分野における炭素足跡は重要なサステナビリティ課題です。これを構成する 2 つの主要要因は以下の通りです。

• 運用炭素: デバイスの使用時に消費されるエネルギーに伴う排出量
• 埋め込み炭素: ハードウェアの製造に関連する排出量

現在は運用炭素への対応（エネルギー効率向上やクリーンエネルギー利用など）が主に進められていますが、製造による足跡はより複雑な障壁を示しています。これを解決するため、カリフォルニア大学サンディエゴ校（UC San Diego）の研究チームは、以下の新しい道筋「携帯電話クラスタコンピューティング」を構築しています。

• 廃棄されたスマートフォンのマザーボードを取り出し
• クラスタ化して汎用コンピューティングプラットフォームとして再活用する

Google の支援のもと、同大学は2,000 台の Pixel スマートフォンを用いたデータセンターの建設を計画しています。目的は以下の通りです。

• 数百人の研究者および学生に低コスト・低炭素のクラウドコンピューティングを提供
• 新規製造されたハードウェアへの依存度を削減
• それに伴う排出量を削減

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スマートフォンがデータセンターになぜ適しているのか？

人々は平均して4 年ごとにスマートフォンを買い替えています。これは新機能への欲求により引き起こされていますが、多くの交換されたスマートフォンは以下の性能を持っており、依然として高性能なコンピューターとして機能します。

• 計算機能: 集積プロセッサ、アクセラレータ、メモリ、ストレージを備えている
• 性能: 旧式モデルでも高い性能を発揮可能

スリープロセッサコアの比較

現代のスマートフォンのシングルスレッド性能を持つ処理コアは、多コアサーバーのものと同程度かそれ以上です。主な違いは以下の点にあります。

項目	スマートフォン	サーバー
プロセッサコア	不均一な数個のコア	多数のスレッド対応高性能コア
メモリ容量	8〜12GB	膨大な容量

したがって、重要な課題は「スマートフォンの容量に収めるか」という設計への適応です。望まれないスマートフォンをクラウド用途に再活用することは、さらなる原材料採取を回避し、直接にコンピューティングの環境負荷を削減できる画期的な戦略です。

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消費者向けデバイスからデータセンターハードウェアへの変換

未変更のまま消費者向けスマートフォンをデータセンター環境で使用するのは危険かつ非効率です。以下の理由から特別な処理が必要です。

• 不要な周辺機器の除去: ディスプレイ、バッテリー、筐体、カメラなどはサーバーコンテキストでは必要なく、貴重なスペースを占用します。
• 素材の不適合: バッテリーなどの一部の部品は、データセンター環境に適さない素材を含んでいることがあります。

マザーボードへの焦点

配備前にスマートフォンは処理され、マザーボードのみを残して他全てが除去されます。

• マザーボードの重要性: コアとなる計算機能（プロセッサ、メモリなど）が含まれます。
• 炭素足跡との関係: 内部の評価によると、埋め込み炭素の**最大の割合（約 50%）**を担うため、最も影響度の高い部品に焦点が当てられています。

オペレーティングシステム（OS）の変更

Android は Linux に基づきますが、モバイル向け最適化されたユーザースペースは汎用環境では不要です。以下の対応が必要となります。

• プラットフォームの置換: Android ユーザースペースを汎用 Linux ディストリビューションで置き換える
• 機能の無効化: クラウド用途には不要な多くの保護機能をオフにする（例：メモリキラーデモンなど）
  • これによりプログラマビリティが向上します。

インフラストラクチャの設計

多数のデバイスにわたってジョブを実行し、従来のサーバーと同等のパフォーマンスを発揮させるための課題は、以下の技術で解決されます。

• Kubernetes: コンテナ化アプリケーションを管理
• クラスタ構成: スマートフォンを25〜50 台ずつの自律的に管理されるクラスタとして組織化

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低炭素クラウドコンピューティングプラットフォームの構築

多くの大学で既に稼動している EdTech、評価、研究アプリケーションは以下のいずれかです。

• Jupyter ノートブックホスト用の小型マシン
• 並列計算講義向けの高価な GPU ベースサーバー

これらアプリケーションの過半数は、1 台のスマートフォンの容量内でホスト可能であり、標準的な評価バックエンド（例：AWS の t3.micro: 2vCPU、1GB メモリ）上で動作しています。

UC San Diego プロジェクトの詳細

UC San Diego の研究者チームは、コンピューターサイエンス講義を支援するための以下の構築を計画しています。

• 規模: 2,000 台のスマートフォンクラスタ
• 用途: 並列計算やシステムプログラミングなどの講義支援

シミュレーション結果と効果

初期実験（中規模な 20 台のクラスタ）では、以下の成果が示されました。

• 対象: 75 人以上の学生を対象とする講義
• 実績: 最大提出率に対応可能
• 性能: デフォルトの AWS バックエンドよりも低い評価レイテンシを実現可能

2,000 台導入時には、上記のようなクラスターを100 個同時にサポートできるようになります。

その他の利点とロードマップ

• コスト効率: サーバー相当の計算資源を提供するのに、通常のコストの一部しかかからない。
• テストベッド機能: スマートフォンベースコンピューティングの大規模化における検証に役立ちます。
  • 目標：継続的な使用下での一般消費者向けハードウェアの信頼性を調査
• ローンチ時期: 2026 年秋季

当社の電子機器関連炭素排出量削減アプローチの詳細については、Consumer Hardware Carbon Reduction Guide をご覧ください。

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謝辞

Google 側から支援を受けた方々

• Efren Robles, Federico Centola, Nischal Agarwal, Rajiv Andrade, Manoj Vishwanathan, Ron Vered, Behnam Heydarshahi, Karina Repetz, Ted Briggs, Julie Rapoport, David Bourne, Tom Kennedy

UC San Diego 側の協力者

• Aramesh Ranganathan
• Chris Crutchfield
• Gabriel Marcano
• Ryan Kastner（コンピュータサイエンス教員）
• Patrick Pannuto