폐스마트폰 클러스터로 AWS 비용 1/40 절감 및 탄소 효율 18.9배 향상

Context

전통적인 Cloud Server 인스턴스는 하드웨어 제조 과정의 Embodied Carbon 비중이 높아 운영 효율(PUE) 개선만으로는 탄소 발자국 감축에 한계 존재. 특히 소규모 Microservices나 Dev Environment와 같은 Bursty한 워크로드에서 과도한 비용 및 자원 낭비가 발생하는 구조적 문제 확인.

Technical Solution

• 제조 단계의 탄소 비용이 이미 지불된 폐스마트폰을 Compute Node로 재활용하여 Marginal Embodied Carbon을 0으로 설정한 설계
• AWS T4g 인스턴스 수준의 Multi-core Throughput과 Memory Capacity를 확보한 스마트폰 기반 Cloudlet 아키텍처 구축
• Computational Carbon Intensity(CCI) 지표를 도입하여 제조 및 운영 탄소를 통합 관리하는 새로운 성능 측정 프레임워크 적용
• Thermal Throttling 및 Network Hop으로 인한 Tail Latency를 제어하는 Cluster-scale 엔지니어링 최적화 수행
• Kubernetes Scheduling Layer를 통한 컨테이너 기반 Microservices의 수평적 확장 및 부하 분산 구현

Impact

• 비용 효율: 10대의 Pixel 3A 클러스터 운영비($1,028)가 동일 성능의 EC2 인스턴스($40,404) 대비 약 1/40 수준으로 감소
• 처리 성능: DeathStarBench 기준 최대 4,000 QPS 처리 및 Median Latency 50ms 수준의 성능 달성
• 탄소 효율: 워크로드 믹스에 따라 요청당 탄소 배출량을 9.8배에서 18.9배까지 개선
• 확장 규모: 2,000대의 스마트폰으로 기존 서버 50대 수준의 Compute Capacity를 대체하는 프로덕션 규모 검증

Key Takeaway

컴퓨팅 파워의 병목은 칩셋 성능이 아닌 Thermal 및 Network 관리 능력에 있으며, 특정 워크로드(Latency-tolerant, Bursty)에서는 하드웨어의 절대 성능보다 자원 획득 비용과 생애주기 탄소 비용을 최적화하는 것이 시스템 설계의 핵심임.