Die Geschichte des menschlichen Fortschritts lässt sich vereinfacht als die Geschichte der zunehmenden Energienutzung zusammenfassen. Wir nutzen Energie, um Ordnung zu schaffen, sowohl in biologischer als auch in sozialer Hinsicht. Energieüberschüsse ermöglichen jede Form der Vermögensbildung, die wiederum neue Technologien hervorbringt, um noch mehr Energie effektiv zu nutzen. Diese Wahrheit hat berühmte Konzepte wie die Kardaschew-Skala inspiriert, die Zivilisationen anhand ihrer Fähigkeit misst, Energieressourcen für nützliche Zwecke zu nutzen.

Die Computertechnik ist eine natürliche Fortsetzung dieses Unterfangens. Moderne digitale Technologien wandeln immer größere Mengen an Elektrizität in fortschrittliche wertschöpfende Prozesse um. Der jüngste Anstieg der Computernachfrage ist insbesondere auf zwei Technologien zurückzuführen: Bitcoin-Mining und in jüngerer Zeit auf High Performance Computing („HPC“), insbesondere auf die Verwendung von Grafikprozessoren („GPUs“) für künstliche Intelligenz. Der kometenhafte Anstieg des Energieverbrauchs dieser Technologien hat viele Fragen aufgeworfen: Welche Auswirkungen werden diese stromhungrigen Technologien auf unsere Energiesysteme haben? Wie werden sie angesichts ihres gegenseitigen unersättlichen Energieverbrauchs miteinander interagieren? Was bedeuten diese Entwicklungen für die Menschheit?

Wir untersuchen die wesentlichen Merkmale dieser jeweiligen Technologien und wie sie alternative Märkte für überschüssigen Strom bieten, die tatsächlich die Effizienz von Energiesystemen verbessern können. Basierend auf dieser Untersuchung argumentieren wir auch, dass Bitcoin-Mining und HPC sich eher ergänzen als konkurrieren. Wie wir sehen werden, bieten ihre jeweiligen Kompromisse eine symbiotische Fähigkeit, den aus Energieressourcen geschaffenen Wert zu maximieren, was wiederum der Gesellschaft als Ganzes zugutekommt.

Kurz gesagt, wir plädieren für Rechenmaximalismus.

Energie

Moderne Technologien sind auf die Umwandlung von Energie aus einer Vielzahl von Quellen in Elektrizität angewiesen. Dies bringt gewisse Herausforderungen und Nachteile mit sich. Der wichtigste davon ist die eingeschränkte Portabilität.

Dies ist auf mehrere einfache Tatsachen zurückzuführen. Elektrizität erfordert ein Netz, im Wesentlichen eine riesige Reihe von Schaltkreisen, die Energie in Echtzeit transportieren. Das Netz muss im Gleichgewicht bleiben, d. h. die Erzeugung muss zu jedem Zeitpunkt ungefähr der Nachfrage entsprechen.

Dies ist aus zwei Gründen schwierig:

Erstens sind Energieressourcen nicht immer günstig verteilt, ihre Erschließung erfordert lange Vorlaufzeiten und ihre Verfügbarkeit ist unterschiedlich gut steuerbar.

Zweitens sind sowohl die Übertragung als auch die Speicherung teuer, haben ähnlich lange Vorlaufzeiten und sind mit inhärenten Ineffizienzen behaftet. Schätzungsweise 8-15 % des Stroms gehen durch Übertragungs- und Verteilungsverluste verloren, bis er die lokalen Verbraucher erreicht, und bei der langfristigen Batteriespeicherung ist diese Zahl sogar noch höher.

Das Ergebnis ist, dass es immer billiger und effizienter sein wird, den erzeugten Strom direkt an der Quelle zu verbrauchen, als ihn über einen längeren Zeitraum oder Raum zu transportieren. Die effizienteste Lösung besteht daher nicht darin, den Strom weiter und ineffizient dorthin zu transportieren, wo er verwendet werden kann, sondern die Anwendungsfälle dorthin zu verlagern. Computer sind ein idealer Anwendungsfall für diesen überschüssigen Strom, da er eine hohe Leistungsdichte aufweist, weitgehend portierbar und skalierbar ist; wir haben noch keine Grenze für unseren Bedarf an Computern gefunden. Gleichzeitig sind „Meatspace“-Einschränkungen starke begrenzende Faktoren für herkömmliche Formen von Energiesenken wie die Aluminiumverhüttung und -herstellung.

Insbesondere das Bitcoin-Mining hat sich als idealer Anwendungsfall für lokal überschüssigen Strom erwiesen, da es eine steuerbare und gewinnbringende Last zur Ausbalancierung des Netzes liefert. In jüngster Zeit hat auch die Nachfrage nach Hochleistungsrechnern, insbesondere GPUs, nicht zu ignorierende Auswirkungen auf die Energienutzung. Viele erwarten, dass diese beiden Technologien um dieselben Energieressourcen konkurrieren werden, aber wenn wir die Eigenschaften der beiden Technologien untersuchen, wird die potenzielle Symbiose offensichtlich.

Bitcoin Mining

Man kann sich Bitcoin-Mining als erlaubnisfreie Energiesenke vorstellen. Der Proof-of-Work-Konsensmechanismus von Bitcoin ist ein Beweis für energieintensive Berechnungen. Miner müssen diese energieintensiven Berechnungen durchführen, um neue Transaktionsblöcke zu erstellen und so Bitcoin als Belohnung zu erhalten. Es ist dieser Proof-of-Work, der auf dezentrale und erlaubnisfreie Weise globale Abwicklungssicherheit bietet.

In der Praxis sieht das so aus, als würden Millionen von Computern (heutzutage anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise oder „ASICs“) in einfachen Rechenzentren auf der ganzen Welt laufen. Einer der schönen Aspekte des Bitcoin-Minings ist, dass es keine Genehmigungen erfordert; jeder auf der Welt kann einen ASIC anschließen. Tatsächlich ermöglicht Bitcoin Minern auf der ganzen Welt, an einem globalen Energiemarkt teilzunehmen; wer die niedrigsten Stromkosten hat, hat die höchste Marge.

Dieses globale dezentralisierte Netzwerk ist einer der Gründe für die stetige Verbreitung von Bitcoin. Denn die Menschen suchen nach einem neuen Währungs- und Finanzsystem, das rund um die Uhr aktiv ist, keine einzelne Ausfallquelle aufweist und die perversen Anreize politisch vereinnahmter Zentralbankmonopole umgeht.

Das Bitcoin-Mining zeichnet sich im Verhältnis zur GPU/HPC-Infrastruktur durch folgende Merkmale aus:

• Keine Kunden

  • Keine Neukundengewinnung

  • Keine Unterstützung

• Hohe Unterbrechbarkeit

• Geringe Betriebskomplexität

• Geringe Konnektivitätsanforderungen (weniger als 100 MB/s)

• Geringe Marge (im Allgemeinen)

Hochleistungsrechnen

GPUs für Rechenzentren sind die neueste Form von HPC, deren Nachfrage in den letzten zwei Jahren aufgrund des schnell wachsenden Interesses an KI/ML-Durchbrüchen, die darauf basieren, explodiert ist. Diese Technologien haben ganz neue Kategorien digitaler Operationen und Funktionen erschlossen, die zuvor nicht möglich waren, wobei die daraus resultierenden Anwendungsfälle gerade erst erforscht werden. Das plötzliche explosionsartige Interesse an diesen Technologien hat NVIDIA, den führenden Hersteller der zugrunde liegenden GPUs, schnell zum wertvollsten Unternehmen der Welt gemacht.

Dieser plötzliche Nachfrageanstieg führte zunächst zu einem enormen Engpass bei der Produktion ausreichender GPU-Einheiten. Dies war jedoch nur vorübergehend und wurde im Laufe der Zeit durch eine erhöhte Produktion gemildert, wobei sich der Fokus schnell auf einen neuen Engpass verlagerte: Rack-Platz in Rechenzentren mit billigem Strom. Das Ergebnis war eine Explosion beim Ausbau neuer Rechenzentren, wo immer eine große Menge an konstantem Strom bezogen werden kann. Dies hat die GPU-Infrastruktur in vielen Gebieten mit überschüssigem lokalem Strom in Konkurrenz zum Bitcoin-Mining gebracht.

Im Vergleich zum Bitcoin-Mining zeichnet sich GPU/HPC durch folgende Merkmale aus:

• Kunden

  • Kundengewinnung

  • Kundendienst

• Geringe Unterbrechbarkeit

• Hohe operative Komplexität

• Hohe Konnektivitätsanforderungen (10 – 100 GB)

• Hohe Marge (im Allgemeinen)

Kostenloser Wettbewerb

Die Nachfrage nach Bitcoin- und KI/ML-Technologien ist im letzten Jahrzehnt stark angestiegen, ein Beweis für ihren Nutzen für die Gesellschaft. Diese Nachfrage hat zu einer Verbreitung der jeweiligen Rechenressourcen geführt.

Um die Betriebskosten zu senken, suchen beide Märkte nach überschüssiger Energie, da diese tendenziell billiger ist. Dadurch werden natürlich einige der oben diskutierten Netzineffizienzen behoben, aber es bedeutet auch, dass sich die Erbauer und Betreiber von Rechenzentren fragen werden, welche Art von Rechenleistung sie für die gleiche verfügbare Energiemenge unterstützen und in welche sie investieren sollen.

Beide Rechenformen sind energieintensiv und relativ standortunabhängig (sofern keine rechtlichen oder gerichtlichen Erwägungen vorliegen, die über den Rahmen dieses Dokuments hinausgehen), sodass sie scheinbar miteinander im Wettbewerb stehen. Tatsächlich können sie sich jedoch hervorragend ergänzende Instrumente zur Maximierung der Nutzung und des Gewinns aus solchem ​​überschüssigen oder ungenutzten Strom sein.

GPU-Workloads weisen eine höhere Betriebskomplexität und eine geringe Unterbrechungstoleranz sowie höhere Anfangsinvestitionen auf. Das macht sie zu einer schlechten Wahl, um vorübergehende Stromüberschüsse auszunutzen, wie zum Beispiel das Spitzenfenster der Energieproduktion durch Solarmodule. Anders als beim Bitcoin-Mining haben GPUs Kunden, die normalerweise empfindlich auf Probleme wie Betriebszeit und Verfügbarkeit reagieren. Es gibt Ausnahmen, wie z. B. Spot-Instanzen und Frameworks, die von solchen Instanzen aus ein Failover durchführen können, aber im Allgemeinen wird die Unterbrechungstoleranz der GPU-Infrastruktur aufgrund der Existenz eines Kunden niemals mit der des Bitcoin-Minings mithalten können. In Verbindung mit den höheren Kapitalkosten und der Komplexität können wir in diesen Situationen davon ausgehen, dass das Bitcoin-Mining weiter wachsen und sich als hochflexible, steuerbare Last für das Netz durchsetzen wird.

Ständige Stromüberschüsse, wie beispielsweise ein weitgehend festes Delta zwischen der Grunderzeugungskapazität von Wasserkraft- oder Atomkraftwerken und ihrem umliegenden Verbrauch, sind dagegen ideale Gelegenheiten für die GPU-Infrastruktur, die Lücke zu schließen und einen neuen Grundverbrauch und ein neues Gleichgewicht herzustellen. Diese Situationen begünstigen die geringe Unterbrechbarkeit der GPU-Infrastruktur und rechtfertigen die zusätzlichen Ausgaben und die betriebliche Komplexität, um wesentlich höhere Einnahmen zu erzielen. Solange die unterstützende Bandbreite zur Verfügung steht, um GPU-Arbeitslasten zu ermöglichen (mindestens 10 GB/s, idealerweise 100 GB/s), bieten diese Standorte immer mehr Gewinnmöglichkeiten, als wenn sie ausschließlich für das Bitcoin-Mining vorgesehen wären.

Strategien für hybride Rechenzentren

Es gibt auch Strategien, bei denen beide Technologien gleichzeitig genutzt werden können, um den Umsatz und die Kapitalrendite zu maximieren.

Erstens könnte Bitcoin-Mining als anfängliche Ladung für Energieressourcen verwendet werden, bevor der Standort für Hochleistungsrechnen geeignet ist. Beispiele hierfür sind: (1) Verwendung von halbtragbaren modularen Bitcoin-Mining-Rechenzentren zur Monetarisierung von Strom, während die restliche Infrastruktur für ein HPC-Rechenzentrum (redundante Strom-/Internetleitungen, Gebäude, Backup-Energiesysteme usw.) gebaut wird; oder (2) Pionierarbeit bei der Nutzung ungenutzter Energieressourcen durch Bitcoin-Mining, von denen einige schließlich für HPC verwendet werden könnten. Tatsächlich könnte der kürzlich angekündigte Deal von Core Scientific mit CoreWeave als Beispiel dafür angesehen werden, wie dies in der Praxis funktioniert, da Bitcoin-Mining zur Entwicklung eines großen Umspannwerks und einer Rechenzentrumshülle führte, die schließlich für HPC verwendet werden würde.

Eine zweite, fortgeschrittenere Strategie besteht darin, HPC- und Bitcoin-Mining-Workloads gleichzeitig zu kombinieren und Bitcoin-Mining als Gegengewicht zu verwenden, um Schwankungen im Stromverbrauch der HPC-Workloads auszugleichen. Während HPC-Lasten eine zuverlässige Stromversorgung erfordern, können „Inferenz-Workloads“, die Produktions-KI/ML-Modelle hosten, je nach Echtzeitnutzung durch Benutzer schwanken, was zu typischen Zyklen hoher Aktivität und Stromverbrauch sowie geringer Aktivität und geringerem Stromverbrauch führt. Bislang hat der Wert eines solchen HPC alle Ineffizienzen durch schwankenden Stromverbrauch deutlich überwogen, aber die hochflexible und unterbrechbare Natur des Bitcoin-Minings kann genutzt werden, um einen stabilen Stromverbrauch und damit niedrigere effektive Stromtarife zu gewährleisten und zusätzlich zusätzliche Einnahmen für das Rechenzentrum insgesamt zu erzielen. Einige beschreiben diese Strategie als „Mullet-Rechenzentrum“, bei dem KI im Vordergrund und Bitcoin im Hintergrund steht. Obwohl es noch früh ist, verspricht dieser Ansatz, das Beste aus HPC und Bitcoin-Mining zu nutzen, um die mit der aktuellen Technologie größtmögliche Wertmaximierung der Rechenzentrumsbereitstellungen zu ermöglichen.

Auswirkungen auf die Branche

Bis vor Kurzem wurde die Rechenzentrumsbranche von Colocation-Anbietern dominiert. Diese Anbieter bauen die Einrichtungen, in denen Industrieserver gehostet werden, und vermieten Platz, Strom, Konnektivität und manchmal auch die Server selbst an Mieter. Traditionell waren die meisten dieser Mieter große Enterprise- und Hyperscale-Cloud-Anbieter. In vielen Fällen haben diese Hyperscale- und Enterprise-Mieter auch ihre eigenen Rechenzentren gebaut, um ihr eigenes Wachstum zu unterstützen.

Seit etwa 2017 ist Bitcoin-Mining auf industrieller Ebene in aller Munde. Ganze Rechenzentrumskomplexe wurden allein zum Bitcoin-Mining in Gebieten mit extremen Abweichungen zwischen produziertem und verbrauchtem Strom errichtet. Jetzt, in den Jahren 2023 und 2024, haben wir noch deutlichere und disruptivere Marktverschiebungen erlebt. Angesichts der explosionsartig gestiegenen Nachfrage nach GPU-Infrastruktur haben sich viele ehemals auf Colocation ausgerichtete Rechenzentren daran gewagt, diese GPU-Infrastruktur selbst zu kaufen und zu hosten. In der Zwischenzeit ziehen Hyperscaler hinter den Zähler, um sich mit großen Grundlastkraftwerken zusammenzuschließen, auf der Suche nach billigem, zuverlässigem Strom für den neuen Anstieg der HPC-Nachfrage. Dies ist besonders bemerkenswert, da in den letzten Jahren intermittierende erneuerbare Energien die beliebteste Form der Stromerzeugung waren, was vor allem auf staatliche Subventionen zurückzuführen ist.

Wir gehen von Folgendem aus:

1. Kontinuierlicher Anstieg des Energiebedarfs für beide Rechenformen.

2. Der Bau neuer Rechenzentren stellt den nächsten Engpass bei der Ausweitung des HPC-Footprints dar, da große Teile der Bitcoin-Mining-Einrichtungen für Anwendungsfälle mit höheren Margen umfunktioniert werden.

3. Die Mining-Hardware wird in die Randgebiete verlagert, an abgelegene Standorte und mit variablen Ineffizienzen, die sich mit HPC-Workloads kaum monetarisieren lassen.

4. Durch die Kombination von Bitcoin-Mining und HPC in „Mullet-Rechenzentren“ werden das hohe Umsatzpotenzial von HPC und die Flexibilität des Bitcoin-Minings genutzt, um Stromverbrauch und lokale Netze effektiv auszugleichen und gleichzeitig traditionelle Rechenzentrumsstrategien auszustechen.

Abschluss

Wenn neue stromhungrige Technologien auftauchen, gibt es oft Bedenken hinsichtlich ihres Energieverbrauchs und seiner externen Effekte. Bitcoin-Mining und HPC sind keine Ausnahmen. Politiker und Hobby-Technologen fordern gleichermaßen deren Eindämmung oder Kontrolle. Aber solche unersättlichen Technologien stellen den natürlichen Trend des menschlichen Fortschritts dar. Zusätzlich zum offensichtlichen Nutzen, den das Bitcoin-Abwicklungsnetzwerk und KI/ML-Workloads bieten, können wir zeigen, dass sie auf eine Weise eingesetzt werden können, die neue und vorhandene Energieressourcen effizient für nützliche wirtschaftliche Zwecke maximiert.

Dies ist ein Gastbeitrag von Drew Armstrong und Ariel Deschapell. Die geäußerten Meinungen sind ausschließlich ihre eigenen und spiegeln nicht unbedingt die von BTC Inc oder Bitcoin Magazine wider.

Quelle: Bitcoin Magazine

Der Beitrag „Compute Maximalism: Die Symbiose zwischen Bitcoin-Mining und KI“ erschien zuerst auf Crypto Breaking News.