Des milliards de téléphones portables sont jetés chaque année dans le monde, et bon nombre d’entre eux ont encore leur processeur intact et utilisable. Dans le même temps, l’industrie technologique prévoit d’investir des centaines de milliards de dollars dans une nouvelle génération de matériel informatique d’IA, et la production de ce matériel entraînera d’énormes coûts environnementaux. Afin de jeter un pont entre les besoins en puissance de calcul et la réalité des déchets électroniques, Google et l'Université de Californie à San Diego ont développé une solution permettant de construire des serveurs utilisant des processeurs de téléphones portables mis au rebut afin de résoudre le problème des déchets tout en fournissant une plate-forme informatique à faible émission de carbone.

Cette idée est appelée « informatique en cluster de téléphones mobiles ». Plutôt que de traiter les vieux smartphones comme des appareils électroniques grand public mis au rebut, l’équipe de recherche les démonte jusqu’à leur cœur informatique : la carte mère, qui intègre le processeur, la mémoire et le stockage. L'écran, la batterie, le corps, l'appareil photo et les autres composants liés au téléphone mobile sont tous retirés, puis la carte mère est reconditionnée sous forme de cluster et déployée en tant que plate-forme informatique générale. Google et l'Université de Californie à San Diego construisent actuellement un centre de données composé de 2 000 cartes mères de téléphones Pixel, qui devrait être en ligne à l'automne 2026.

Poussée par la vague de l'IA, la demande mondiale de puissance de calcul augmente à un rythme exponentiel sans précédent, et les puces de traitement et de stockage constituent la base matérielle de base qui prend en charge cette puissance de calcul. Certaines organisations industrielles prédisent que les investissements de l’industrie de l’IA dans les infrastructures dépasseront, cette année seulement, les 1 000 milliards de dollars américains. En revanche, la fabrication de semi-conducteurs est un processus industriel très complexe et extrêmement consommateur d’énergie, et ses émissions de gaz à effet de serre devraient atteindre 277 millions de tonnes d’équivalent dioxyde de carbone en 2030.

D’un autre côté, un grand nombre de téléphones portables dotés de processeurs encore intacts sont jetés dans les décharges. Selon le Forum DEEE, plus de 5 milliards de téléphones portables seront jetés rien qu’en 2022. L'équipe de recherche a pris comme échantillons les téléphones mobiles phares lancés vers 2022, a supposé que la consommation continue d'énergie de calcul de chaque puce au niveau du système de téléphonie mobile était d'environ 3,2 watts, et a appliqué cette valeur aux plus de 5 milliards de téléphones mobiles mis au rebut, et a conclu qu'environ 16 gigawatts de puissance de calcul théorique en service ont été abandonnés à la poubelle. Même en tenant compte du fait que seulement la moitié de ces processeurs sont encore disponibles, cela fournit toujours environ 8 gigawatts de puissance de calcul potentielle. À titre de comparaison, le plan multicampus Hyperion de Meta, l'un des projets de centres de données à grande échelle prévus dans le monde, a également une puissance de calcul totale cible d'environ 5 GW.

Le contraste met en évidence la contradiction : l’industrie technologique prévoit de payer des coûts énormes et de supporter d’énormes émissions de carbone pour les nouvelles puces informatiques, tout en rejetant les ressources informatiques déjà existantes. Bien entendu, les données de puissance de calcul abandonnées ci-dessus sont encore une estimation théorique, et la situation réelle est plus complexe et diversifiée. Néanmoins, si une petite partie de ces ressources informatiques peut être recyclée et utilisée efficacement, l’empreinte carbone de l’industrie informatique dans son ensemble pourrait être considérablement réduite.

L'effort de collaboration de Google avec l'Université de Californie à San Diego est une réponse à ce problème, en commençant au moins avec un échantillon plus petit. Le projet se concentre sur ce que l’on appelle les « émissions de carbone incorporées », qui sont des responsabilités en matière d’émissions qui sont inscrites dans l’ensemble du processus de fabrication du matériel et qui se produisent avant la mise sous tension de l’équipement. En redéployant des processeurs fabriqués et dont les coûts implicites d'émission de carbone ont été « réglés », le projet espère obtenir la puissance de calcul équivalente à un serveur sans augmenter les émissions de fabrication d'un ensemble de serveurs.

D'un point de vue technique, les anciens téléphones portables ne peuvent pas être directement insérés dans un rack et servir de serveurs. Tout d’abord, le téléphone mobile doit être démonté, ne laissant que la carte mère qui exécute les fonctions informatiques de base. Les recherches soulignent que la carte mère elle-même représente environ 40 % des émissions globales de carbone intrinsèque des téléphones mobiles. Même si la suppression de composants tels que les écrans et les batteries signifie que certaines émissions de carbone intrinsèque sont toujours gaspillées, du point de vue du recyclage, le recyclage réussi des cartes mères reste un énorme avantage pour l'environnement.

Après le démontage du matériel, la transformation au niveau logiciel est une étape critique. Android lui-même est construit sur Linux, mais son espace utilisateur orienté mobile est conçu pour les appareils grand public et n'est pas adapté aux charges cloud. Par conséquent, les chercheurs ont remplacé l'espace utilisateur Android d'origine par une distribution Linux à usage général, obtenant ainsi un environnement plus programmable et permettant à l'ensemble du cluster de cartes mères de se comporter plus près de l'infrastructure informatique traditionnelle. La mise à jour du système d'exploitation supprime également certaines protections de sécurité nécessaires sur les téléphones personnels mais pas nécessaires dans un environnement cloud. Une fois la transformation terminée, la carte mère est logiquement devenue un petit serveur Linux efficace.

Ainsi, du point de vue des performances, les processeurs de téléphones mobiles peuvent-ils être abordés dans la même dimension que la puissance de calcul des serveurs cloud ? L’argument technique avancé par Google est plus optimiste que ce à quoi beaucoup s’attendaient. La société a déclaré que les performances monocœur des grands cœurs des smartphones modernes peuvent atteindre, voire dépasser les performances monocœur des serveurs de centres de données multicœurs actuels. Dans le cadre d'un test de comparaison interne, Google a effectué des tests de référence SPEC sur un téléphone mobile Pixel Fold 2023 et un serveur de centre de données ASUS RS720A-E11. Les résultats ont montré que le grand cœur du Pixel a surpassé le cœur du centre de données de base du serveur dans plusieurs scénarios de test.

Bien entendu, cela ne signifie pas qu’« un téléphone mobile est égal à un serveur ». Les serveurs normaux ont généralement beaucoup plus de cœurs que les téléphones mobiles, un espace mémoire plus grand, une bande passante plus élevée, des canaux d'E/S plus riches et des capacités de gestion et de redondance matérielle au niveau de l'entreprise conçues pour le fonctionnement 24 heures sur 24 des centres de données. En comparaison, un smartphone ne dispose souvent que de quelques cœurs de processeur hétérogènes et d’environ 8 à 12 Go de mémoire. La clé d’une utilisation efficace est donc de trouver les types de charges de travail qui peuvent s’exécuter dans le cadre de ces contraintes de ressources ou qui peuvent être clairement réparties sur un grand nombre de petits nœuds.

Les domaines d’application prioritaires actuels de l’UC San Diego sont l’informatique pour l’enseignement et la recherche. Selon l'évaluation de Google, un cluster de taille moyenne composé de 20 téléphones mobiles peut prendre en charge les exigences maximales de soumission des devoirs d'un cours de plus de 75 étudiants et est meilleur que le backend AWS par défaut en termes de délai de correction. Si l'échelle est étendue aux 2 000 téléphones mobiles que Google prévoit de déployer à l'automne 2026, l'école espère pouvoir prendre en charge environ 100 cours de ce type en même temps. Google décrit le déploiement comme fournissant une puissance de calcul équivalente à environ 50 serveurs à une fraction du coût traditionnel.

À l’heure actuelle, le projet n’en est qu’à ses débuts et de nombreux problèmes techniques et d’ingénierie, connus et inconnus, doivent être résolus. La fiabilité est l'une des grandes inconnues : les téléphones grand public n'ont jamais été conçus pour fonctionner « à pleine charge, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 » pendant des années dans un environnement de centre de données. Ce projet se positionne clairement comme un « banc d'essai informatique à grande échelle basé sur les smartphones » pour observer les performances du matériel grand public sous des charges élevées et soutenues. Personne ne sait avec certitude quel serait le taux de défaillance si un rack rempli de nœuds de calcul constitués de cartes mères de téléphones portables fonctionnait en continu sur une longue période, mais le découvrir faisait partie de l'expérience.

Outre la puce elle-même, il reste également un grand nombre de problèmes pratiques liés au « au-delà du silicium » qui doivent être vérifiés. Par exemple, comment démonter en toute sécurité les téléphones portables et retirer les batteries et autres composants qui ne sont pas adaptés à l'environnement du centre de données dans des conditions à grande échelle, comment contrôler les coûts de main-d'œuvre et la complexité des processus, et rendre l'ensemble du pipeline de recyclage économiquement évolutif, plutôt que de rester simplement au stade du prototype de recherche. Ces facteurs de friction apparemment « peu glamour » détermineront en fin de compte si cette idée a une chance de devenir une véritable infrastructure. Alors que le centre de données sera officiellement mis en ligne cet automne, l'industrie devrait également obtenir davantage de réponses sur la question de savoir si cette tentative de puissance de calcul à faible émission de carbone peut être mise en œuvre dans le monde réel.