Autor: Ariel Deschapell, Drew Armstrong, Revista Bitcoin Compilador: Bai Shui, Golden Finance;
La historia del progreso humano puede reducirse a la historia de la mejora de la eficiencia energética. Usamos la energía para crear orden, tanto biológica como socialmente. El exceso de energía puede crear diversas formas de riqueza, lo que puede conducir a nuevas tecnologías para utilizar la energía de manera más eficiente. Este hecho inspiró conceptos famosos como el Índice de Kardashov, que mide las civilizaciones por su capacidad para aprovechar los recursos energéticos para fines útiles.
La informática es una continuación natural de este esfuerzo. Las tecnologías digitales modernas transforman cantidades cada vez mayores de electricidad en procesos avanzados de creación de valor. El reciente aumento de la demanda de informática se debe principalmente a dos tecnologías: la minería de Bitcoin y, más recientemente, la informática de alto rendimiento (“HPC”), específicamente unidades de procesamiento de gráficos (“GPU”) para inteligencia artificial. El dramático aumento en el consumo de energía causado por estas tecnologías plantea muchas preguntas: ¿Qué impacto tendrán estas tecnologías hambrientas de energía en nuestros sistemas energéticos? Dado que consumen grandes cantidades de energía entre sí, ¿qué tipo de interacciones ocurrirán entre ellos? ¿Qué significan estos acontecimientos para la humanidad?
Exploramos las características fundamentales de cada una de estas tecnologías y cómo pueden hacer que los sistemas energéticos sean más eficientes al proporcionar mercados alternativos para el exceso de electricidad. Basándonos en esta exploración, también creemos que la minería de Bitcoin y la HPC son complementarias en lugar de competitivas. Como veremos, sus respectivas compensaciones proporcionan una capacidad simbiótica para maximizar el valor creado por los recursos energéticos, beneficiando así a la sociedad en su conjunto.
En resumen, abogamos por la maximización computacional.
Energía eficiente
La tecnología moderna se basa en la conversión de diversas fuentes de energía en electricidad, lo que conlleva varios desafíos y compensaciones. El principal de ellos es la portabilidad limitada.
Esto se debe a algunas realidades simples. La electricidad requiere una red, esencialmente una amplia serie de circuitos que transfieren energía en tiempo real. La red debe permanecer equilibrada, lo que significa que la cantidad de electricidad generada debe ser aproximadamente igual a la cantidad de demanda en cualquier momento.
Esto es difícil por dos razones:
En primer lugar, los recursos energéticos no siempre están convenientemente distribuidos, con ciclos de desarrollo largos y capacidades de despacho desiguales.
En segundo lugar, tanto la transmisión como el almacenamiento son costosos, tienen plazos de entrega igualmente largos y son ineficientes. Se estima que las pérdidas de transmisión y distribución oscilan entre el 8% y el 15% cuando la electricidad llega a los consumidores locales, y las pérdidas por almacenamiento a largo plazo en baterías son aún mayores.
El resultado es que utilizar la electricidad inmediatamente en la fuente es siempre más barato y más eficiente que transportarla en el tiempo o el espacio. Por lo tanto, la solución más eficaz no es transportar la electricidad de forma más amplia y eficiente hasta donde pueda utilizarse, sino trasladar los casos de uso a la electricidad. La informática es un caso de uso ideal para este exceso de energía porque es densa, altamente portátil y escalable; aún tenemos que descubrir los límites a las necesidades informáticas; Al mismo tiempo, las limitaciones de “espacio físico” son un poderoso factor limitante para las formas tradicionales de consumo de energía, como la fundición y fabricación de aluminio.
La minería de Bitcoin se ha convertido en un caso de uso ideal para el excedente de electricidad local, ya que proporciona una carga gestionable y generadora de ingresos para equilibrar la red. Recientemente, la demanda de informática de alto rendimiento, especialmente GPU, también ha tenido un impacto no despreciable en la utilización de energía. Muchos esperan que las dos tecnologías compitan por los mismos recursos energéticos, pero a medida que exploremos las características de cada tecnología, se hará evidente una simbiosis potencial.
minería Bitcoin
La minería de Bitcoin puede considerarse un consumo de energía sin permiso. El mecanismo de consenso de prueba de trabajo de Bitcoin equivale a una prueba de computación que consume mucha energía. Los mineros deben realizar este cálculo que consume mucha energía para crear nuevos bloques de transacciones, siendo así recompensados con Bitcoins. Es esta prueba de trabajo la que proporciona garantías de liquidación global de forma descentralizada y sin permisos.
En la práctica, esto se parece a millones de computadoras (llamadas hoy circuitos integrados de aplicación específica, o "ASIC") ejecutándose en centros de datos básicos en todo el mundo. Una de las mejores cosas de la minería de Bitcoin es su naturaleza sin permisos; cualquier persona, en cualquier parte del mundo, puede conectarse a un ASIC; En efecto, Bitcoin permite a los mineros de todo el mundo participar en el mercado energético global; quien tenga los costos de electricidad más bajos obtiene las mayores ganancias.
Esta red global descentralizada es una de las razones por las que Bitcoin continúa ganando popularidad constante a medida que la gente busca una nueva moneda y sistema financiero que funcione las 24 horas del día, que no tenga un único punto de falla y eluda los incentivos perversos de los monopolios de los bancos centrales políticamente controlados.
En comparación con la infraestructura GPU/HPC, la minería de Bitcoin tiene las siguientes características:
sin clientes
sin adquisición de clientes
sin soporte
Alta tasa de interrupción
Baja complejidad operativa
Requisitos de conexión bajos (menos de 100 MB/s)
Bajas ganancias (normalmente)
HPC
Las GPU para centros de datos son la última forma de HPC, cuya demanda se ha disparado en los últimos dos años debido al rápido aumento del interés en los avances de AI/ML que dependen de ellas. Estas tecnologías desbloquean categorías completamente nuevas de operaciones y capacidades digitales que antes eran imposibles, y los casos de uso resultantes apenas están comenzando a explorarse. El repentino aumento del interés en estas tecnologías convirtió rápidamente a NVIDIA, el fabricante líder de las GPU subyacentes, en la empresa más valiosa del mundo.
Inicialmente, este repentino aumento de la demanda creó un grave cuello de botella con una producción insuficiente de las propias GPU. Sin embargo, esto fue sólo temporal; con el tiempo, a medida que el aumento de la producción siguió aliviando el problema, la atención se centró rápidamente en nuevos cuellos de botella: el espacio en los racks del centro de datos y la electricidad barata. Como resultado, la construcción de nuevos centros de datos se ha disparado dondequiera que haya un suministro de electricidad grande y estable. Esto pone a la infraestructura de GPU en competencia con la minería de Bitcoin en muchas áreas con exceso de energía.
En comparación con la minería de Bitcoin, GPU/HPC tiene las siguientes características:
cliente
adquisición de clientes
Atención al cliente
Baja tasa de interrupción
Alta complejidad operativa
Altos requisitos de conexión (10 - 100 GB)
Altas ganancias (normalmente)
Utilice el exceso de energía para reducir los costos operativos.
La demanda de tecnologías Bitcoin y AI/ML ha crecido durante la última década, lo que demuestra su utilidad para la sociedad. Esta demanda ha provocado un aumento de sus respectivos recursos informáticos.
Para reducir los costos operativos, ambos mercados buscan utilizar el exceso de electricidad, ya que suele ser más barato hacerlo. Naturalmente, esto resuelve algunas de las ineficiencias de la red analizadas anteriormente, pero también significa que los constructores y operadores de centros de datos se preguntarán qué formas de computación deberían soportarse e invertirse dada la misma cantidad de energía disponible.
Ambas formas de computación consumen mucha energía y son relativamente independientes de la ubicación (a menos que las consideraciones legales o judiciales estén más allá del alcance de este artículo), lo que hace que parezcan competir, pero en realidad pueden ser herramientas altamente complementarias para maximizar y aprovechar esta ventaja. exceso o energía estancada.
Las cargas de trabajo de GPU tienen una mayor complejidad operativa y menos interrupciones, así como mayores inversiones de capital iniciales. Esto lo convierte en una mala opción para aprovechar breves excesos de electricidad, como las ventanas pico para la generación de energía con paneles solares. A diferencia de la minería de Bitcoin, los clientes de GPU suelen ser sensibles a cuestiones como el tiempo de actividad y la disponibilidad. Hay excepciones, como instancias puntuales y marcos que pueden realizar conmutación por error desde dichas instancias, pero en términos generales, la tolerancia a la interrupción de la infraestructura de GPU debido a la presencia de clientes nunca igualará a la de la minería de Bitcoin. Junto con mayores costos de capital y complejidad, en estas circunstancias podemos esperar que la minería de Bitcoin continúe creciendo y se convierta en una carga altamente flexible y programable en la red.
Por otro lado, un excedente de energía persistente, como una diferencia en gran medida fija entre la generación base de una central hidroeléctrica o nuclear y su consumo circundante, es una oportunidad ideal para que la infraestructura GPU cierre la brecha y establezca un nuevo consumo y equilibrio de referencia. Estos escenarios favorecen la naturaleza de baja disrupción de la infraestructura de GPU y justifican un mayor gasto y complejidad operativa para garantizar ingresos significativamente mayores. Mientras haya ancho de banda compatible disponible para facilitar las cargas de trabajo de GPU (al menos 10 GB/s, e idealmente 100 GB/s), estos sitios siempre brindarán oportunidades más rentables que aquellos dedicados a la minería de Bitcoin.
Estrategia de centro de datos híbrido
También existen estrategias que aprovechan ambas técnicas para maximizar los ingresos y el retorno de la inversión.
En primer lugar, la minería de Bitcoin puede servir como carga inicial de recursos energéticos antes de que el sitio sea adecuado para la informática de alto rendimiento. Los ejemplos incluyen: (1) usar un centro de datos de minería de Bitcoin modular semiportátil para monetizar la energía mientras se construye el resto de la infraestructura del centro de datos HPC (líneas de energía/Internet redundantes, edificios, sistemas de energía de respaldo, etc.); ) Utilice la minería de Bitcoin para explotar recursos energéticos inactivos, algunos de los cuales eventualmente podrían usarse para HPC. De hecho, el acuerdo recientemente anunciado entre Core Scientific y CoreWeave podría verse como un ejemplo de lo que sucede en la naturaleza, ya que la minería de Bitcoin ha llevado al desarrollo de grandes subestaciones y recintos de centros de datos que eventualmente se utilizarán en HPC.
Una segunda estrategia, más avanzada, es combinar cargas de trabajo de minería de HPC y Bitcoin, utilizando la minería de Bitcoin como contrapeso a las fluctuaciones en el consumo de energía de las cargas de trabajo de HPC. Si bien las cargas de HPC requieren energía confiable, las "cargas de trabajo de inferencia" que albergan modelos de producción de IA/ML pueden fluctuar según los niveles de uso en tiempo real del usuario, lo que resulta en períodos típicos de alta actividad y consumo de energía y de baja actividad y bajo consumo de energía. Hasta la fecha, el valor de dicha HPC ha superado con creces cualquier ineficiencia derivada del uso fluctuante de la electricidad, pero la naturaleza altamente flexible e interrumpible de la minería de Bitcoin podría usarse para proporcionar un consumo de energía estable, reduciendo así los precios efectivos de la electricidad. Además, también puede proporcionar energía adicional. ingresos para todo el centro de datos. Algunos han descrito esta estrategia como un “salmonete de centro de datos”, con la IA al frente y Bitcoin detrás. Si bien aún es temprano, este enfoque promete aprovechar al máximo la HPC y la minería de Bitcoin para ofrecer implementaciones de centros de datos con el mejor valor posible con la tecnología actual.
Impacto de la industria
Hasta hace poco, la industria de los centros de datos ha estado dominada por los proveedores de colocación. Estos proveedores construyen instalaciones para alojar servidores industriales y alquilan el espacio, la energía, las conexiones y, a veces, incluso los propios servidores a los inquilinos. Tradicionalmente, la mayoría de estos inquilinos han sido grandes empresas y proveedores de nube a hiperescala. En muchos casos, estos inquilinos empresariales y de hiperescala también han construido sus propios centros de datos para respaldar su propio crecimiento.
Desde alrededor de 2017, la minería de Bitcoin realmente ha alcanzado un nivel industrial, con complejos de centros de datos completos construidos específicamente para respaldar la minería de Bitcoin, y la producción y el consumo de electricidad en estas regiones varían mucho. Ahora, en 2023 y 2024, veremos cambios aún más significativos y disruptivos en el mercado. A medida que aumenta la demanda de infraestructura de GPU, muchos centros de datos que anteriormente se centraban en la colocación han comenzado a comprar y alojar ellos mismos esta infraestructura de GPU. Mientras tanto, los hiperescaladores se están moviendo detrás del medidor, ubicados junto con grandes plantas de energía de carga base, en busca de energía barata y confiable para un nuevo aumento en la demanda de HPC. Esto es particularmente digno de mención porque las energías renovables intermitentes han sido la forma más popular de generación de electricidad en los últimos años, en gran parte gracias a los subsidios gubernamentales.
estimamos:
1. La demanda de energía para ambas formas de informática sigue creciendo.
2. La construcción de nuevos centros de datos se convertirá en el próximo cuello de botella en la expansión de la huella de HPC, y una gran cantidad de instalaciones mineras de Bitcoin se reutilizarán para casos de uso de mayor margen.
3. El hardware de minería migrará al borde, encontrando ubicaciones remotas e ineficiencias variables que las cargas de trabajo de HPC no son adecuadas para monetizar.
4. Combinar la minería de Bitcoin y la HPC en un “centro de datos salmonete” aprovechará el alto potencial de ingresos de la HPC y la flexibilidad de la minería de Bitcoin, equilibrando efectivamente el consumo de energía y las redes locales y superando al mismo tiempo las estrategias tradicionales de los centros de datos.
en conclusión
Cuando surgen nuevas tecnologías de uso intensivo de energía, la gente suele preocuparse por su eficiencia energética y sus impactos externos. La minería de Bitcoin y la HPC no son una excepción, y tanto políticos como tecnólogos exaltados piden que se mitiguen o controlen. Pero esta tecnología que consume energía representa una tendencia natural en el progreso humano. Además de la utilidad evidente que brindan Bitcoin Settlement Network y las cargas de trabajo de IA/ML, podemos demostrar que se pueden implementar de una manera eficiente que maximice el uso de recursos energéticos nuevos y existentes para lograr un propósito económico útil.
