2.000 điện thoại Google Pixel cũ được biến thành đám mây riêng giá rẻ, mở ra đời sống thứ hai cho smartphone

Một nhóm nhà khoa học máy tính tại Đại học California San Diego (UC San Diego), phối hợp cùng Google, đang chuẩn bị triển khai một cụm máy tính rất khác thường: thay vì dùng máy chủ truyền thống, họ tận dụng 2.000 smartphone Google Pixel đã nghỉ hưu. Mục tiêu của dự án là chứng minh rằng điện thoại cũ vẫn có thể tiếp tục phục vụ như một nền tảng tính toán chi phí thấp, ít phát thải carbon và phù hợp để xây dựng “đám mây riêng” – tức hệ thống điện toán đám mây vận hành nội bộ, không phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp bên ngoài.

Theo nhóm nghiên cứu, phần lớn năng lực xử lý cốt lõi của smartphone không biến mất chỉ vì người dùng đổi máy mới sau vài năm. Dự án lần này sử dụng 2.000 chiếc Pixel Fold do Google cung cấp. Dù ngoại hình, pin hay linh kiện tiêu hao có thể đã xuống cấp, bo mạch chủ – bảng mạch trung tâm chứa bộ xử lý và các thành phần quan trọng – vẫn còn đủ mạnh để đảm nhận nhiều tác vụ tính toán. Google cũng ước tính bo mạch chủ chiếm khoảng 50% “embodied carbon”, tức lượng phát thải carbon gắn với quá trình sản xuất thiết bị. Điều đó có nghĩa tái sử dụng phần cứng này có thể giúp giảm đáng kể tác động môi trường so với việc bỏ đi rồi sản xuất thiết bị mới.

Ban đầu, nhóm nghiên cứu từng thử ghép các smartphone nguyên bản thành những cụm nhỏ để kiểm chứng ý tưởng. Tuy nhiên, cách làm này nhanh chóng bộc lộ vấn đề về tính thực tiễn và an toàn. Pin lithium bên trong điện thoại, khi đặt dày đặc trong môi trường trung tâm dữ liệu, có thể trở thành rủi ro cháy nổ. Vì vậy, trong giai đoạn triển khai đầy đủ vào mùa thu năm nay, Google sẽ phối hợp với một đối tác thứ ba để tháo bo mạch chủ ra khỏi vỏ máy. Nói cách khác, dự án không biến điện thoại cũ thành máy chủ theo kiểu giữ nguyên hình dạng ban đầu, mà tái sử dụng phần “bộ não” tính toán của chúng.

Những chiếc Pixel Fold này dùng vi xử lý Google Tensor G2. Đây là chip do Google thiết kế, kết hợp nhiều loại lõi Arm khác nhau để cân bằng hiệu năng và điện năng. Cụ thể, chip có hai lõi Cortex-X1 2,85 GHz cho tác vụ nặng, hai lõi Cortex-A78 2,35 GHz cho khối lượng công việc trung bình và bốn lõi Cortex-A55 1,80 GHz tiết kiệm điện cho tác vụ nhẹ. Máy còn có GPU Mali-G710 MP7 – bộ xử lý đồ họa chuyên phụ trách hình ảnh và tính toán song song – cùng 12 GB RAM. Theo các bài đo bằng bộ SPEC, một bộ benchmark tiêu chuẩn dùng để đánh giá hiệu năng xử lý, khoảng 25 đến 50 điện thoại có thể mang lại sức mạnh tương đương một máy chủ thông thường.

Thách thức lớn không nằm ở việc từng chiếc điện thoại có đủ mạnh hay không, mà ở cách chia và phân phối tác vụ giữa hàng chục, thậm chí hàng nghìn thiết bị. Mỗi bo mạch smartphone có số lõi xử lý khác nhau về vai trò, bộ nhớ cũng chỉ ở mức 8-12 GB, nên không thể vận hành giống hệt máy chủ datacenter truyền thống. Để xử lý điều này, các nhà nghiên cứu đang đi theo hai hướng: ưu tiên những ứng dụng đủ nhỏ để chạy gọn trên một thiết bị, đồng thời dùng Kubernetes để điều phối container trên các cụm 25-50 điện thoại. Kubernetes là nền tảng mã nguồn mở chuyên quản lý ứng dụng dạng container – tức các gói phần mềm được đóng gói sẵn mọi thành phần cần thiết để chạy ổn định trên nhiều môi trường.

Một bước quan trọng của dự án là “flash” lại thiết bị, tức cài đè hệ điều hành mới, để thay Android bằng Linux. Android rất phù hợp cho trải nghiệm cầm tay, nhưng không được thiết kế cho công việc kiểu máy chủ. Hệ điều hành này có nhiều cơ chế bảo vệ nhằm ngăn ứng dụng dùng quá nhiều RAM hoặc làm hao pin, điều rất hữu ích với người dùng cá nhân nhưng lại không cần thiết trong môi trường server. Nhóm UC San Diego cho biết việc đưa Linux chạy mượt trên các bo mạch điện thoại không hề đơn giản, song họ đã đạt tiến triển ổn định, bao gồm cả hỗ trợ GPU tích hợp. Dù vậy, một số thành phần vẫn khó khai thác, chẳng hạn TPU tích hợp – bộ xử lý tensor chuyên tăng tốc các tác vụ trí tuệ nhân tạo và học máy.

Ở quy mô hàng nghìn thiết bị, kết nối bằng mạng di động hay Wi‑Fi là không thực tế, đồng thời có thể kéo theo rủi ro bảo mật. Vì vậy, nhóm nghiên cứu sẽ dùng các bảng mạch PCB tùy chỉnh. PCB, viết tắt của printed circuit board, là bảng mạch in dùng để cấp nguồn và kết nối linh kiện điện tử. Trong dự án này, PCB sẽ vừa cấp điện cho bo mạch điện thoại, vừa “break out” mạng Ethernet có dây, tức đưa ra cổng mạng vật lý để các thiết bị giao tiếp ổn định hơn trong cụm.

Theo nhóm phát triển, nhiều khối lượng công việc phổ biến trong trường đại học thực ra khá nhỏ và hoàn toàn phù hợp với cụm smartphone này. Đó có thể là các ứng dụng EdTech, hệ thống chấm bài, dịch vụ backend cho lớp học hoặc các tác vụ nghiên cứu quy mô vừa. Nhóm cho biết ngay cả một cụm khoảng 20 điện thoại cũng đã có thể đáp ứng lưu lượng nộp bài cao điểm cho một lớp hơn 75 sinh viên. Những tác vụ kiểu function as a service – mô hình điện toán trong đó mã chỉ chạy khi có yêu cầu và tài nguyên được cấp phát theo từng đợt ngắn – cũng đặc biệt phù hợp, vì chúng thường diễn ra ngắt quãng và không đòi hỏi năng lực tính toán cực cao.

Ngoài ứng dụng CNTT thông thường, cụm máy này còn giúp các nhà khoa học khám phá điện toán song song và lập trình hệ thống. Điện toán song song là cách chia một bài toán thành nhiều phần để xử lý đồng thời trên nhiều lõi hoặc nhiều máy, từ đó tăng tốc đáng kể. Ý tưởng này gợi nhớ tới các cụm Beowulf của thập niên 1990, khi giới nghiên cứu ghép nhiều PC dân dụng lại để tạo ra siêu máy tính giá rẻ. UC San Diego cũng là nơi đặt Trung tâm Siêu máy tính San Diego, và kế hoạch hiện tại là mở quyền truy cập cụm smartphone cho các nhóm tại đây. Điều đó đồng nghĩa giới nghiên cứu có thể sớm thử cả bài đo High-Performance Linpack, bộ benchmark nổi tiếng thường dùng để xếp hạng siêu máy tính.

Nếu giai đoạn đầu thành công, cụm smartphone này còn có thể tiếp tục mở rộng. Dự án cũng phản ánh một xu hướng đáng chú ý trong hạ tầng công nghệ: những nền tảng tính toán phi truyền thống đang ngày càng được xem trọng. Trước đó, giới học thuật từng chứng kiến các cụm Raspberry Pi quy mô lớn – Raspberry Pi là máy tính bo mạch đơn nhỏ gọn, giá rẻ, rất phổ biến trong giáo dục và thử nghiệm. Gần đây hơn, Gigabyte cũng giới thiệu một cụm nhỏ gói 40 bộ xử lý Intel Lunar Lake vào hệ thống cỡ hộp pizza. So với các thử nghiệm đó, việc biến 2.000 điện thoại gập cũ thành đám mây riêng có thể là một trong những ví dụ táo bạo nhất cho tương lai tái sử dụng thiết bị điện tử ở quy mô lớn.