Le calcul en grappes de téléphones permet de tirer profit des anciens téléphones.

Chaque année, des milliards de téléphones sont jetés dans le monde, dont beaucoup sont dotés de processeurs parfaitement fonctionnels. Parallèlement, l’industrie technologique s’apprête à investir des milliards dans de nouveaux matériels informatiques dédiés à l’intelligence artificielle, au prix d’un impact environnemental considérable. Google, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, développe une solution pour concilier ces deux réalités : la construction d’un serveur à partir de processeurs de téléphones recyclés. Cette approche permet de lutter contre le gaspillage tout en proposant une informatique à faible émission de carbone.

L’idée s’appelle le calcul distribué à partir de téléphones. Au lieu de considérer les anciens smartphones comme de simples appareils électroniques obsolètes, les chercheurs les décomposent pour ne garder que les composants essentiels au calcul : la carte mère, qui contient le processeur, la mémoire et le stockage. L’écran, la batterie, le châssis, les appareils photo et les autres pièces spécifiques au téléphone sont retirés.

Les cartes mères sont ensuite assemblées en grappes et réutilisées comme plateforme de calcul à usage général. Google et l’Université de Californie à San Diego mettent cette théorie à l’épreuve avec un centre de données construit à partir de 2 000 smartphones Pixel, dont la mise en service est prévue pour l’automne 2026.

L’essor de l’IA entraîne une augmentation exponentielle sans précédent de la demande en puissance de calcul. Les puces de traitement et de mémoire fournissent cette puissance, et le secteur de l’IA devrait investir plus de 1 000 milliards de dollars dans les infrastructures d’IA cette année. Parallèlement, la fabrication de semi-conducteurs est l’un des processus industriels les plus complexes et les plus énergivores au monde, avec des émissions qui devraient atteindre 277 millions de tonnes d’équivalent CO₂ d’ici 2030.

De l’autre côté de l’Atlantique, des milliards de téléphones finissent dans les décharges, leurs composants électroniques encore intacts. Selon le WEEE Forum , plus de 5 milliards de téléphones ont été mis au rebut rien qu’en 2022. Si l’on considère une consommation moyenne de puissance de calcul (SoC) estimée à 3,2 W par téléphone (calcul effectué par nos soins), en se basant sur les puces haut de gamme produites principalement avant et autour de 2022, et en appliquant le chiffre de 5 milliards pour 2022, on obtient une capacité de calcul estimée à 16 GW gaspillée.

Même si seulement la moitié des téléphones disposaient de processeurs fonctionnels, cela représente tout de même 8 GW. À titre de comparaison, Meta Hyperion, l’un des plus grands projets mondiaux de centres de données multi-sites, vise une capacité d’environ 5 GW.

En résumé, l’industrie technologique va investir des sommes colossales dans de nouvelles puces pour accroître la puissance de calcul, ce qui entraînera des émissions de millions de tonnes de carbone, tout en gaspillant une puissance de calcul disponible. Bien sûr, ces chiffres de puissance de calcul gaspillée ne sont que des estimations théoriques, et la réalité est bien plus complexe. Néanmoins, si l’on parvenait à récupérer une fraction de cette puissance de calcul, l’empreinte carbone de l’informatique pourrait être considérablement réduite.

C’est précisément ce que Google et l’UC San Diego essaient de faire, du moins une infime partie pour commencer.

Leur solution cible le carbone intrinsèque, c’est-à-dire les émissions inhérentes au matériel avant même sa mise en marche, englobant toute l’énergie et les gaz de procédé consommés lors de sa fabrication. En réutilisant un processeur dont le carbone intrinsèque a déjà été compensé, le projet vise à offrir la puissance de calcul d’un serveur sans l’impact environnemental lié à sa fabrication.

Alors, comment passe-t-on des vieux téléphones à l’informatique de niveau serveur ? Après tout, on ne peut pas simplement empiler des téléphones intacts dans un rack et appeler ça un serveur. Tout d’abord, chaque téléphone est démantelé jusqu’à la seule carte mère, la pièce qui renferme les fonctions informatiques essentielles.

Fait intéressant, la carte mère représente à elle seule environ 40 % du carbone incorporé d’un téléphone. Même si le retrait de l’écran et de la batterie entraîne toujours un gaspillage de carbone, la récupération de la carte mère constitue un progrès considérable pour l’économie circulaire.

Viennent ensuite les modifications logicielles. Android est déjà basé sur Linux, mais son interface utilisateur mobile est conçue pour les appareils grand public, et non pour les charges de travail dans le cloud. Pour remédier à cela, les chercheurs le remplacent par une distribution Linux généraliste, ce qui leur offre un environnement plus programmable et permet au cluster de se comporter davantage comme une infrastructure informatique classique.

La mise à jour du système d’exploitation supprime également certaines protections essentielles sur un téléphone personnel, mais inutiles dans le cloud. Le résultat : une carte mère qui est en réalité un petit serveur Linux performant. Mais qu’en est-il des performances ? Un téléphone peut-il rivaliser avec le calcul haute performance du cloud ?

En réalité, l’argument technique est plus convaincant qu’il n’y paraît. Google affirme que les performances monocœur des cœurs de smartphones modernes peuvent égaler, voire surpasser, les performances par cœur des serveurs multicœurs modernes. Dans le cadre de sa comparaison, un Pixel Fold de 2023 a été testé face à un serveur ASUS RS720A-E11 à l’aide des benchmarks SPEC, et les cœurs performants du Pixel ont surpassé le cœur de serveur de référence dans plusieurs cas.

Cela ne signifie pas pour autant qu’un téléphone équivaut à un serveur. Un véritable serveur possède bien plus de cœurs, une mémoire beaucoup plus importante, une bande passante supérieure, de meilleures entrées/sorties, une gestion de niveau entreprise et un matériel conçu pour un fonctionnement continu en centre de données. Un smartphone, en revanche, dispose de quelques cœurs hétérogènes et généralement de 8 à 12 Go de mémoire. L’astuce consiste à trouver des charges de travail compatibles avec ces contraintes ou pouvant être réparties efficacement sur plusieurs petits nœuds.

L’objectif initial de l’UC San Diego est l’informatique éducative et de recherche. Selon Google, un cluster de taille moyenne composé de 20 téléphones peut gérer les pics de soumission pour une classe de plus de 75 étudiants, avec une latence de correction inférieure à celle du backend AWS par défaut. En passant à 2 000 téléphones, l’objectif de Google pour l’automne 2026, l’université prévoit de prendre en charge simultanément une centaine de classes de ce type. Google décrit le déploiement ainsi obtenu comme équivalent à la puissance de calcul de 50 serveurs, pour un coût bien inférieur.

Le projet n’en est qu’à ses débuts et de nombreux problèmes, connus et inconnus, restent à résoudre. La fiabilité est l’une des principales inconnues. Les téléphones grand public n’ont jamais été conçus pour fonctionner à plein régime 24 h/24 et 7 j/7 pendant des années. Ce projet vise explicitement à servir de banc d’essai pour l’informatique à grande échelle sur smartphone, afin d’étudier la résistance du matériel grand public à une utilisation prolongée.

On ignore encore les taux de défaillance d’un ensemble de cartes mères de téléphones recyclées fonctionnant en continu, mais les déterminer fait partie intégrante de l’expérimentation.

Il y a ensuite tout ce qui entoure le silicium : le travail que représente le démontage sécurisé des téléphones à grande échelle, le retrait des batteries et autres composants non adaptés aux conditions environnementales, et la question de la rentabilité de l’ensemble du processus pour une production à grande échelle au-delà de la simple démonstration de recherche.

Ce sont ces difficultés, souvent ingrates, qui déterminent si l’idée deviendra un jour une infrastructure. Nous aurons, espérons-le, les réponses lors du déploiement opérationnel cet automne.

https://research.google/blog/a-low-carbon-computing-platform-from-your-retired-phones