Autor: Ariel Deschapell, Drew Armstrong, Bitcoin Magazine; Verfasser: Bai Shui, Golden Finance
Die Geschichte des menschlichen Fortschritts lässt sich auf die Geschichte der verbesserten Energieeffizienz reduzieren. Wir nutzen Energie, um Ordnung zu schaffen, sowohl biologisch als auch sozial. Überschüssige Energie kann verschiedene Formen von Wohlstand schaffen, was zu neuen Technologien zur effizienteren Energienutzung führen kann. Diese Tatsache inspirierte berühmte Konzepte wie den Kardashov-Index, der Zivilisationen anhand ihrer Fähigkeit misst, Energieressourcen für nützliche Zwecke zu nutzen.
Das Rechnen ist eine natürliche Fortsetzung dieses Unterfangens. Moderne digitale Technologien verwandeln immer größere Strommengen in fortschrittliche Wertschöpfungsprozesse. Der jüngste Anstieg der Computernachfrage ist hauptsächlich auf zwei Technologien zurückzuführen: Bitcoin-Mining und in jüngerer Zeit auf Hochleistungsrechnen („HPC“), insbesondere Grafikprozessoren („GPUs“) für künstliche Intelligenz. Der durch diese Technologien verursachte dramatische Anstieg des Energieverbrauchs wirft viele Fragen auf: Welche Auswirkungen werden diese stromhungrigen Technologien auf unsere Energiesysteme haben? Welche Wechselwirkungen werden zwischen ihnen auftreten, wenn man bedenkt, dass sie große Mengen an Energie voneinander verbrauchen? Was bedeuten diese Entwicklungen für die Menschheit?
Wir untersuchen die grundlegenden Merkmale jeder dieser Technologien und wie sie Energiesysteme tatsächlich effizienter machen können, indem sie alternative Märkte für überschüssigen Strom schaffen. Basierend auf dieser Untersuchung glauben wir auch, dass Bitcoin-Mining und HPC eher komplementär als konkurrenzfähig sind. Wie wir sehen werden, bieten ihre jeweiligen Kompromisse eine symbiotische Fähigkeit, den durch Energieressourcen geschaffenen Wert zu maximieren und so der Gesellschaft als Ganzes zugute zu kommen.
Kurz gesagt, wir befürworten die rechnerische Maximierung.
Energieeffizient
Moderne Technologie basiert auf der Umwandlung verschiedener Energiequellen in Elektrizität, was mit mehreren Herausforderungen und Kompromissen verbunden ist. Die wichtigste davon ist die eingeschränkte Portabilität.
Dies ist auf ein paar einfache Realitäten zurückzuführen. Elektrizität erfordert ein Netz, im Wesentlichen eine große Reihe von Schaltkreisen, die Energie in Echtzeit übertragen. Das Netz muss im Gleichgewicht bleiben, das heißt, die erzeugte Strommenge muss zu jedem Zeitpunkt in etwa der Nachfragemenge entsprechen.
Dies ist aus zwei Gründen schwierig:
Erstens lassen sich Energieressourcen nicht immer leicht verteilen, die Entwicklungszyklen sind lang und die Verteilungsmöglichkeiten sind ungleichmäßig.
Zweitens sind sowohl die Übertragung als auch die Speicherung teuer, haben gleichermaßen lange Vorlaufzeiten und sind ineffizient. Die Übertragungs- und Verteilungsverluste belaufen sich schätzungsweise auf 8–15 %, bis der Strom die lokalen Verbraucher erreicht, wobei die Verluste aus der langfristigen Batteriespeicherung sogar noch höher sind.
Das Ergebnis ist, dass es immer günstiger und effizienter ist, Strom direkt an der Quelle zu nutzen, als ihn über Zeit oder Raum zu transportieren. Daher besteht die effektivste Lösung nicht darin, Strom breiter und effizienter dorthin zu transportieren, wo er genutzt werden kann, sondern darin, die Anwendungsfälle auf Strom zu verlagern. Computer sind ein idealer Anwendungsfall für diese überschüssige Leistung, da sie leistungsstark, hochgradig portabel und skalierbar sind. Wir müssen noch Grenzen für den Computerbedarf entdecken. Gleichzeitig sind „physische Platzbeschränkungen“ ein starker limitierender Faktor für traditionelle Formen des Energieverbrauchs wie die Aluminiumverhüttung und -herstellung.
Bitcoin-Mining hat sich zu einem idealen Anwendungsfall für lokalen Überschussstrom entwickelt und stellt eine zuteilbare und umsatzgenerierende Last bereit, um das Netz auszugleichen. In jüngster Zeit hat auch die Nachfrage nach Hochleistungsrechnen, insbesondere GPUs, einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Energienutzung. Viele erwarten, dass die beiden Technologien um die gleichen Energieressourcen konkurrieren, aber wenn wir die Eigenschaften jeder Technologie untersuchen, wird eine potenzielle Symbiose offensichtlich.
Bitcoin-Mining
Bitcoin-Mining kann als erlaubnisloser Energieverbrauch betrachtet werden. Der Proof-of-Work-Konsensmechanismus von Bitcoin kommt einem Beweis für energieintensives Rechnen gleich. Miner müssen diese energieintensive Berechnung durchführen, um neue Transaktionsblöcke zu erstellen, und werden dafür mit Bitcoins belohnt. Es ist dieser Arbeitsnachweis, der dezentrale und erlaubnislose globale Abwicklungsgarantien bietet.
In der Praxis sieht dies so aus, als ob Millionen von Computern (heute anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise oder „ASICs“ genannt) in einfachen Rechenzentren auf der ganzen Welt laufen. Eines der großartigen Dinge am Bitcoin-Mining ist seine erlaubnislose Natur; jeder, überall auf der Welt, kann sich an einen ASIC anschließen. Tatsächlich ermöglicht Bitcoin den Minern auf der ganzen Welt die Teilnahme am globalen Energiemarkt; wer die niedrigsten Stromkosten hat, erzielt die höchsten Gewinne.
Dieses globale dezentrale Netzwerk ist einer der Gründe dafür, dass Bitcoin weiterhin stetig an Popularität gewinnt, da die Menschen ein neues Währungs- und Finanzsystem suchen, das rund um die Uhr funktioniert, keinen Single Point of Failure aufweist und die perversen Anreize politisch kontrollierter Zentralbankmonopole umgeht.
Im Vergleich zur GPU/HPC-Infrastruktur weist Bitcoin-Mining die folgenden Merkmale auf:
keine Kunden
keine Kundenakquise
keine Unterstützung
Hohe Unterbrechungsrate
Geringe betriebliche Komplexität
Geringe Verbindungsanforderungen (weniger als 100 MB/s)
Geringer Gewinn (normalerweise)
Hochleistungsrechnen
GPUs für Rechenzentren sind die neueste Form von HPC, deren Nachfrage in den letzten zwei Jahren aufgrund des schnell wachsenden Interesses an den KI/ML-Durchbrüchen, die darauf basieren, explosionsartig gestiegen ist. Diese Technologien erschließen völlig neue Kategorien digitaler Vorgänge und Fähigkeiten, die bisher nicht möglich waren, und die daraus resultierenden Anwendungsfälle werden gerade erst erforscht. Der plötzliche Anstieg des Interesses an diesen Technologien machte NVIDIA, den führenden Hersteller der zugrunde liegenden GPUs, schnell zum wertvollsten Unternehmen der Welt.
Dieser plötzliche Anstieg der Nachfrage führte zunächst zu einem schwerwiegenden Engpass, da die GPUs selbst nicht ausreichend produziert wurden. Dies war jedoch nur vorübergehend; im Laufe der Zeit, als die erhöhte Produktion das Problem weiter linderte, verlagerte sich der Fokus schnell auf neue Engpässe: Rack-Platz im Rechenzentrum und billiger Strom. Infolgedessen ist der Bau neuer Rechenzentren überall dort explodiert, wo eine große und stabile Stromversorgung vorhanden ist. Dies stellt die GPU-Infrastruktur in vielen Bereichen mit überschüssigem Strom in Konkurrenz zum Bitcoin-Mining.
Im Vergleich zum Bitcoin-Mining weist GPU/HPC die folgenden Eigenschaften auf:
Klient
Kundengewinnung
Kundendienst
Niedrige Interrupt-Rate
Hohe betriebliche Komplexität
Hohe Verbindungsanforderungen (10 - 100 GB)
Hohe Gewinne (normalerweise)
Nutzen Sie überschüssige Energie, um die Betriebskosten zu senken
Die Nachfrage nach Bitcoin- und KI/ML-Technologien ist im letzten Jahrzehnt gestiegen und hat ihren Nutzen für die Gesellschaft unter Beweis gestellt. Diese Nachfrage hat zu einem Anstieg ihrer jeweiligen Rechenressourcen geführt.
Um die Betriebskosten zu senken, versuchen beide Märkte, überschüssigen Strom zu nutzen, da dies oft günstiger ist. Dies löst natürlich einige der oben diskutierten Netzineffizienzen, bedeutet aber auch, dass sich die Erbauer und Betreiber von Rechenzentren fragen werden, welche Rechenformen bei gleichbleibender verfügbarer Energiemenge unterstützt und in welche investiert werden sollten.
Beide Formen der Datenverarbeitung sind energieintensiv und relativ ortsunabhängig (es sei denn, rechtliche oder gerichtliche Überlegungen gehen über den Rahmen dieses Artikels hinaus), was den Anschein erweckt, dass sie miteinander konkurrieren, tatsächlich können sie jedoch äußerst komplementäre Werkzeuge sein, um das Beste daraus zu machen und davon zu profitieren überschüssiger oder verlorener Strom.
GPU-Workloads weisen eine höhere betriebliche Komplexität und geringere Unterbrechungen sowie höhere Vorabinvestitionen auf. Dies macht es zu einer schlechten Wahl, um kurze Stromüberschüsse auszunutzen, beispielsweise Spitzenfenster für die Stromerzeugung durch Solarmodule. Im Gegensatz zum Bitcoin-Mining reagieren GPU-Kunden oft empfindlich auf Probleme wie Betriebszeit und Verfügbarkeit. Es gibt Ausnahmen, wie zum Beispiel Spot-Instanzen und Frameworks, die von solchen Instanzen aus einen Failover durchführen können, aber im Allgemeinen wird die Unterbrechungstoleranz der GPU-Infrastruktur aufgrund der Anwesenheit von Kunden niemals mit der des Bitcoin-Minings mithalten. In Verbindung mit höheren Kapitalkosten und höherer Komplexität können wir unter diesen Umständen davon ausgehen, dass das Bitcoin-Mining weiter wächst und zu einer äußerst flexiblen, planbaren Last im Netz wird.
Andererseits ist ein anhaltender Stromüberschuss, wie etwa eine weitgehend feste Differenz zwischen der Basiserzeugung eines Wasser- oder Kernkraftwerks und seinem umliegenden Verbrauch, eine ideale Gelegenheit für die GPU-Infrastruktur, die Lücke zu schließen und einen neuen Basisverbrauch und ein neues Gleichgewicht zu etablieren. Diese Szenarien begünstigen den störungsarmen Charakter der GPU-Infrastruktur und rechtfertigen höhere Ausgaben und betriebliche Komplexität, um deutlich höhere Einnahmen zu gewährleisten. Solange unterstützende Bandbreite zur Erleichterung von GPU-Arbeitslasten verfügbar ist (mindestens 10 GB/s und idealerweise 100 GB/s), bieten diese Websites immer profitablere Möglichkeiten als diejenigen, die sich dem Bitcoin-Mining widmen.
Hybride Rechenzentrumsstrategie
Es gibt auch Strategien, die beide Techniken nutzen, um Umsatz und Kapitalrendite zu maximieren.
Erstens kann das Bitcoin-Mining als anfängliche Belastung der Energieressourcen dienen, bevor der Standort für Hochleistungsrechnen geeignet ist. Beispiele hierfür sind: (1) Verwendung eines halbportablen modularen Bitcoin-Mining-Rechenzentrums zur Monetarisierung von Strom bei gleichzeitigem Ausbau der restlichen HPC-Rechenzentrumsinfrastruktur (redundante Strom-/Internetleitungen, Gebäude, Backup-Energiesysteme usw.); ) Nutzen Sie Bitcoin-Mining, um ungenutzte Energieressourcen auszubeuten, von denen einige schließlich für HPC genutzt werden könnten. Tatsächlich könnte der kürzlich angekündigte Deal von Core Scientific mit CoreWeave als Beispiel dafür angesehen werden, dass dies in freier Wildbahn geschieht, da das Bitcoin-Mining zur Entwicklung großer Umspannwerke und Rechenzentrumsgehäuse geführt hat, die schließlich im HPC verwendet werden.
Eine zweite, fortschrittlichere Strategie besteht darin, HPC- und Bitcoin-Mining-Arbeitslasten zu kombinieren und dabei Bitcoin-Mining als Gegengewicht zu den Schwankungen im Stromverbrauch der HPC-Arbeitslast zu nutzen. Während HPC-Lasten zuverlässige Stromversorgung benötigen, können „Inferenz-Workloads“, die Produktions-KI/ML-Modelle hosten, je nach Echtzeit-Nutzungsniveau des Benutzers schwanken, was zu typischen Perioden hoher Aktivität und Stromverbrauch sowie geringer Aktivität und niedrigem Stromverbrauch führt. Bisher hat der Wert eines solchen HPC die Ineffizienzen aufgrund des schwankenden Stromverbrauchs bei weitem übertroffen, aber die hochflexible und unterbrechbare Natur des Bitcoin-Minings könnte genutzt werden, um einen stabilen Stromverbrauch zu gewährleisten und dadurch die effektiven Strompreise zu senken. Darüber hinaus kann es auch zusätzliche Ergebnisse liefern Umsatz für das gesamte Rechenzentrum. Einige haben diese Strategie als „Rechenzentrums-Vokuhila“ beschrieben, mit KI im Vordergrund und Bitcoin im Hintergrund. Auch wenn dieser Ansatz noch in den Kinderschuhen steckt, verspricht er, die Vorteile von HPC und Bitcoin-Mining voll auszunutzen, um Rechenzentrumsbereitstellungen mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis zu ermöglichen, die mit der aktuellen Technologie möglich sind.
Auswirkungen auf die Branche
Bis vor Kurzem wurde die Rechenzentrumsbranche von Colocation-Anbietern dominiert. Diese Anbieter bauen Einrichtungen zum Hosten von Industrieservern und vermieten den Raum, die Stromversorgung, die Anschlüsse und manchmal sogar die Server selbst an Mieter. Traditionell waren die meisten dieser Mieter große Unternehmen 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 hat das Bitcoin-Mining tatsächlich ein industrielles Niveau erreicht, wobei ganze Rechenzentrumskomplexe speziell zur Unterstützung des Bitcoin-Minings gebaut wurden und die Stromproduktion und der Stromverbrauch in diesen Regionen sehr unterschiedlich sind. Jetzt, in den Jahren 2023 und 2024, werden wir noch bedeutendere und disruptivere Veränderungen auf dem Markt erleben. Da die Nachfrage nach GPU-Infrastruktur stark ansteigt, haben viele Rechenzentren, die sich zuvor auf Colocation konzentrierten, damit begonnen, diese GPU-Infrastruktur selbst zu kaufen und zu hosten. Unterdessen drängen Hyperscaler hinter den Zähler und befinden sich gemeinsam mit großen Grundlastkraftwerken auf der Suche nach günstiger, zuverlässiger Energie für einen neuen Anstieg der HPC-Nachfrage. Dies ist besonders bemerkenswert, da intermittierende erneuerbare Energien in den letzten Jahren vor allem dank staatlicher Subventionen die beliebteste Form der Stromerzeugung waren.
wir schätzen:
1. Der Energiebedarf für beide Formen der Datenverarbeitung steigt weiter.
2. Der Bau neuer Rechenzentren wird zum nächsten Engpass bei der Erweiterung des HPC-Fußabdrucks werden, und eine große Anzahl von Bitcoin-Mining-Einrichtungen wird für Anwendungsfälle mit höheren Margen umfunktioniert.
3. Mining-Hardware wird an den Rand verlagert und findet entfernte Standorte und variable Ineffizienzen, für deren Monetarisierung HPC-Workloads nicht geeignet sind.
4. Die Kombination von Bitcoin-Mining und HPC in einem „Meeräschen-Rechenzentrum“ wird das hohe Umsatzpotenzial von HPC und die Flexibilität des Bitcoin-Mining nutzen, den Stromverbrauch und die lokalen Netze effektiv ausgleichen und gleichzeitig traditionelle Rechenzentrumsstrategien übertreffen.
abschließend
Wenn neue energieintensive Technologien auftauchen, machen sich die Menschen oft Sorgen um deren Energieeffizienz und ihre externen Auswirkungen. Bitcoin-Mining und HPC bilden da keine Ausnahme, da Politiker und hitzköpfige Technologen gleichermaßen fordern, diese einzudämmen oder zu kontrollieren. Aber diese energieverbrauchende Technologie stellt einen natürlichen Trend im menschlichen Fortschritt dar. Zusätzlich zum offensichtlichen Nutzen, den das Bitcoin Settlement Network und die KI/ML-Workloads bieten, können wir zeigen, dass sie auf effiziente Weise eingesetzt werden können, die die Nutzung neuer und vorhandener Energieressourcen maximiert, um nützliche wirtschaftliche Zwecke zu erreichen.
