[논문 리뷰] When the Metaverse Meets Carbon Neutrality: Ongoing Efforts and Directions

Fangming Liu, Qiangyu Pei외 4명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 18.

Virtual Reality Applications and Impacts인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 메타버스의 인프라, 상호작용, 경제 레이어를 분석하여 메타버스의 탄소 발자국을 평가하고 감축하기 위한 종합적인 프레임워크를 제안한다. 탄소 효율성과 서비스 품질의 균형을 측정하기 위해 탄소 유틸리티(CU)라는 정량적 지표를 도입하며, 향후 세 가지 핵심 방향을 제시한다: 성능 지표의 통합 최적화, 끝에서 끝까지의 레이어/컴ponent 통합, 사용자 활동의 탄소 영향을 위한 새로운 규제 메커니즘 — 2030년까지 메타버스가 에너지 효율적이며 글로벌 탄소 중립 목표에 부합할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

The metaverse has recently gained increasing attention from the public. It builds up a virtual world where we can live as a new role regardless of the role we play in the physical world. However, building and operating this virtual world will generate an extraordinary amount of carbon emissions for computing, communicating, displaying, and so on. This inevitably hinders the realization of carbon neutrality as a priority of our society, adding heavy burden to our earth. In this survey, we first present a green viewpoint of the metaverse by investigating the carbon issues in its three core layers, namely the infrastructure layer, the interaction layer, and the economy layer, and estimate their carbon footprints in the near future. Next, we analyze a range of current and emerging applicable green techniques for the purpose of reducing energy usage and carbon emissions of the metaverse, and discuss their limitations in supporting metaverse workloads. Then, in view of these limitations, we discuss important implications and bring forth several insights and future directions to make each metaverse layer greener. After that, we investigate green solutions from the governance perspective, including both public policies in the physical world and regulation of users in the virtual world, and propose an indicator Carbon Utility (CU) to quantify the service quality brought by an user activity per unit of carbon emissions. Finally, we identify an issue for the metaverse as a whole and summarize three directions: (1) a comprehensive consideration of necessary performance metrics, (2) a comprehensive consideration of involved layers and multiple internal components, and (3) a new assessing, recording, and regulating mechanism on carbon footprints of user activities. Our proposed quantitative indicator CU would be helpful in regulating user activities in the metaverse world.

연구 동기 및 목표

• 메타버스의 핵심 3개 레이어인 인프라, 상호작용, 경제 레이어에서 발생하는 탄소 배출를 분석하기 위해.
• 메타버스 워크로드의 에너지 사용과 탄소 배출를 줄이기 위한 현재 및 신규 녹색 기술들을 특정하고 평가하기 위해.
• 기존 녹색 기술들이 고립된 구성 요소나 지표에만 집중하여 전체 시스템의 에너지 효율성에 비해 좁은 범위에서만 작용하는 한계를 해결하기 위해.
• 가상 세계 내 사용자 활동의 탄소 발자국을 추적하고 관리하기 위한 새로운 규제 메커니즘을 제안하기 위해.
• 메타버스에서 서비스 품질과 탄소 효율성의 균형을 이루기 위해 탄소 유틸리티(CU)를 정량적 지표로 도입하기 위해.

제안 방법

• 논문은 메타버스의 탄소 발자국을 계층적으로 분석하여, 2022년부터 2030년까지 인프라, 상호작용, 경제 레이어에서의 배출를 추정한다.
• 워크로드 통합, 디바이스-에지 협업, 에너지 효율적 하드웨어와 같은 기존 녹색 기술들을 평가하며, 메타버스 전용 워크로드에 대한 적용 가능성을 중심으로 분석한다.
• 저자들은 탄소 효율성 당 서비스 품질을 수치화하는 메트릭인 탄소 유틸리티(CU)를 제안하며, 다양한 사용자 활동 간의 성능 비교를 가능하게 한다.
• 단일 구성 요소나 레이어의 개선이 아닌, 전체 구성 요소와 레이어를 종합적으로 고려하는 종단 간 최적화 전략을 주장한다.
• 에너지 효율성과 함께 지연, 보안, 비용 등의 성능 지표를 통합하여 균형 잡힌 트레이드오프를 달성한다.
• CU 지표를 활용하여 사용자 활동의 탄소 영향을 평가하고 기록하며 규제할 수 있는 새로운 규제 메커니즘을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메타버스의 인프라, 상호작용, 경제 레이어에서 탄소 배출의 주요 원인은 무엇이며, 2030년까지 어떻게 증가할 것인가?
• RQ2 현재의 녹색 기술들은 메타버스 워크로드의 에너지 및 탄소 배출 감소에 얼마나 효과적인가? 그리고 그 주요 한계는 무엇인가?
• RQ3 다양한 사용자 활동의 탄소 효율성을 평가하기 위한 통합 지표는 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ4 모든 메타버스 레이어와 구성 요소에서 종합적인 에너지 효율성을 달성하기 위해 필요한 체계적 변화는 무엇인가?
• RQ5 가상 세계의 거버넌스 메커니즘은 탄소 영향 기반으로 사용자 행동을 규제하기 위해 어떻게 재설계되어야 하는가?

주요 결과

• 2030년까지 효과적인 완화 조치가 없을 경우, 메타버스의 탄소 배출는 전 세계 배출의 약 0.5%에 이를 것으로 예측된다.
• 현재의 녹색 기술들, 예를 들어 워크로드 통합과 디바이스-에지 컴퓨팅는 전체 시스템의 에너지 트레이드오프를 간과하는 경우가 많다. 예를 들어 냉각 요구 증가나 서버 부하 불균형 등의 문제를 간과한다.
• 탄소 유틸리티(CU) 지표는 탄소 배출 단위당 서비스 품질을 수치화할 수 있게 하여, 더 녹색인 사용자 활동을 위한 타겟팅된 권고를 가능하게 한다.
• 지연, 보안, 비용 등의 성능 지표를 통합 최적화하는 것이 필수적이다. 에너지 효율성을 높일 때 성능 저하를 방지하기 위함이다.
• 온라인 활동의 탄소 영향이 물리 세계의 동등한 활동과 비교해 다를 수 있으므로, CU 기반의 새로운 규제 메커니즘이 필요하다. 이는 사용자 행동을 평가하고 기록하며 이끌 수 있도록 한다.
• 미래의 노력은 구성 요소 수준의 최적화에서 종단 간, 레이어 통합 최적화로 전환되어야 하며, 이를 통해 메타버스의 전체 에너지 효율성을 극대화할 수 있다.