L’histoire du progrès humain peut être simplifiée par celle de l’utilisation croissante de l’énergie. Nous exploitons l’énergie pour créer de l’ordre, tant en termes de biologie que de société. Les excédents énergétiques permettent toutes les formes de création de richesse, qui à leur tour produisent de nouvelles technologies permettant d’exploiter efficacement encore plus d’énergie. Cette vérité a inspiré des concepts célèbres tels que l’échelle de Kardashev, qui mesure les civilisations selon leur capacité à exploiter les ressources énergétiques à des fins utiles.
Le calcul est une continuation naturelle de cet effort. La technologie numérique moderne transforme des quantités toujours plus grandes d’électricité en processus avancés de création de valeur. L’augmentation la plus récente de la demande de calcul provient de deux technologies en particulier : le minage de bitcoins et, plus récemment, le calcul haute performance (« HPC »), en particulier l’utilisation d’unités de traitement graphique (« GPU ») pour l’intelligence artificielle. L’augmentation fulgurante de la consommation d’énergie de ces technologies soulève de nombreuses questions : quel impact ces technologies gourmandes en énergie auront-elles sur nos systèmes énergétiques ? Compte tenu de leur consommation d’énergie mutuellement vorace, quelle interaction auront-ils les uns avec les autres ? Que signifient ces évolutions pour l’humanité ?
Nous explorons les caractéristiques essentielles de ces technologies respectives et comment elles offrent des marchés alternatifs pour l’énergie excédentaire qui peuvent en fait améliorer l’efficacité des systèmes énergétiques. Sur la base de cette exploration, nous soutenons également que le minage de Bitcoin et le HPC sont complémentaires plutôt que compétitifs. Comme nous le verrons, leurs compromis respectifs offrent une capacité symbiotique de maximiser la valeur créée à partir des ressources énergétiques, ce qui profite à son tour à la société dans son ensemble.
En bref, nous plaidons pour le maximalisme informatique.
Énergie
La technologie moderne dépend de l’énergie convertie en électricité à partir d’un large éventail de sources, ce qui comporte certains défis et compromis. Le principal d’entre eux est la portabilité limitée.
Cela est dû à plusieurs réalités simples. L’électricité nécessite un réseau, essentiellement une série massive de circuits qui transportent l’énergie en temps réel. Le réseau doit rester en équilibre, ce qui signifie que la production doit à tout moment être à peu près égale à la demande.
C'est difficile pour deux raisons :
Premièrement, les ressources énergétiques ne sont pas toujours bien réparties, nécessitent de longs délais de développement et sont plus ou moins acheminables.
Deuxièmement, la transmission ainsi que le stockage sont tous deux coûteux, ont des délais de livraison tout aussi longs et connaissent des inefficacités inhérentes. On estime que 8 à 15 % de l’électricité est perdue à cause des pertes de transport et de distribution au moment où elle atteint les consommateurs locaux, et ce chiffre est encore plus élevé pour le stockage à long terme sur batterie.
Le résultat est qu’il sera toujours moins coûteux et plus efficace de consommer l’électricité produite immédiatement à la source, plutôt que de la transporter dans le temps ou dans l’espace. En tant que telle, la solution la plus efficace n’est pas de transporter l’électricité de manière plus large et inefficace là où elle peut être utilisée, mais de déplacer les cas d’utilisation vers l’électricité. Le calcul est un cas d’utilisation idéal pour un tel excès d’électricité car il est dense en énergie, largement portable et évolutif ; nous n'avons pas encore trouvé de limite à notre demande de calcul. Dans le même temps, les contraintes liées à l’espace de viande constituent de puissants facteurs limitants pour les formes traditionnelles de puits d’énergie telles que la fusion et la fabrication d’aluminium.
L’exploitation minière de Bitcoin en particulier est apparue comme un cas d’utilisation idéal pour l’excédent d’énergie local, fournissant une charge distribuable et génératrice de revenus pour équilibrer le réseau. Plus récemment, la demande de calcul haute performance, en particulier de GPU, a également des impacts non négligeables sur l'utilisation de l'énergie. Beaucoup s’attendent à ce que ces deux technologies soient en concurrence sur les mêmes ressources énergétiques, mais à mesure que nous explorons les caractéristiques de chacune, la symbiose potentielle deviendra évidente.
Extraction de Bitcoins
Le minage de Bitcoin peut être considéré comme un puits d’énergie sans autorisation. Le mécanisme de consensus de preuve de travail de Bitcoin équivaut à la preuve d’un calcul énergivore. Les mineurs doivent effectuer ce calcul énergivore pour créer de nouveaux blocs de transactions, gagnant ainsi des bitcoins en récompense. C'est cette preuve de travail qui fournit des garanties de règlement global de manière décentralisée et sans autorisation.
En pratique, cela ressemble à des millions d’ordinateurs (de nos jours, des circuits intégrés spécifiques à une application ou « ASIC ») fonctionnant dans des centres de données à travers le monde. L’une des belles choses du minage de Bitcoin est sa nature sans autorisation ; n'importe qui, n'importe où dans le monde, peut brancher un ASIC. En effet, Bitcoin permet aux mineurs du monde entier de participer à un marché énergétique mondial ; celui qui a le coût de l’électricité le plus bas a la marge la plus élevée.
Ce réseau décentralisé mondial explique en partie pourquoi l'adoption du Bitcoin s'est régulièrement poursuivie, alors que les gens recherchent un nouveau système monétaire et financier actif 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dépourvu de point de défaillance unique et contournant les incitations perverses des monopoles des banques centrales politiquement capturés. .
Le minage de Bitcoin se distingue par les caractéristiques suivantes relatives à l’infrastructure GPU/HPC :
Aucun client
Aucune acquisition de clients
Pas de support
Haute interruption
Faible complexité opérationnelle
Faibles exigences de connectivité (moins de 100 Mo/s)
Faible marge (généralement)
HPC
Les GPU des centres de données constituent la dernière forme de HPC, dont la demande a explosé au cours des deux années précédentes en raison de l'intérêt croissant pour les avancées en matière d'IA/ML qui en dépendent. Ces technologies ont ouvert la voie à de toutes nouvelles catégories d’opérations et de fonctions numériques qui n’étaient pas possibles auparavant, et les cas d’utilisation qui en résultent commencent tout juste à être explorés. L'explosion soudaine de l'intérêt pour ces technologies a rapidement fait de NVIDIA, le premier fabricant des GPU sous-jacents, l'entreprise la plus valorisée au monde.
Initialement, cette augmentation soudaine de la demande a créé un goulot d'étranglement intense dans la production elle-même d'un nombre suffisant d'unités de GPU. Ce problème était cependant temporaire et, au fil du temps, continue d'être atténué par une production accrue, l'attention se tournant rapidement vers un nouveau goulot d'étranglement : l'espace rack du centre de données avec une énergie bon marché. Le résultat a été une explosion du nombre de nouvelles constructions de centres de données, partout où une grande quantité d’énergie constante peut être obtenue. Cela a mis l’infrastructure GPU en concurrence avec l’exploitation minière de Bitcoin dans de nombreuses régions où l’énergie locale est excessive.
Par rapport au minage de Bitcoin, le GPU/HPC présente les caractéristiques suivantes :
Clients
L'achat du client
Service client
Faible interruption
Complexité opérationnelle élevée
Exigences de connectivité élevées (10 à 100 Go)
Marge élevée (généralement)
Concours gratuit
La demande pour les technologies Bitcoin et AI/ML a décollé au cours de la dernière décennie, ce qui témoigne de leur utilité pour la société. Cette demande a conduit à la prolifération de leurs ressources de calcul respectives.
Pour réduire les coûts d’exploitation, les deux marchés recherchent l’énergie excédentaire à utiliser, car elle a tendance à être moins chère. Cela résout naturellement certaines des inefficacités du réseau évoquées ci-dessus, mais cela signifie que les constructeurs et les opérateurs de centres de données se retrouveront à se demander quelle forme de calcul prendre en charge et dans laquelle investir pour la même quantité de puissance disponible.
Les deux formes de calcul sont gourmandes en énergie et relativement indépendantes de l'emplacement (sauf considérations juridiques ou juridictionnelles dépassant le cadre de cet article), ce qui les met en concurrence apparente, mais elles peuvent en fait être des outils hautement complémentaires pour maximiser l'utilisation et le profit d'un tel excès ou d'un tel échec. électricité.
Les charges de travail GPU ont une complexité opérationnelle plus élevée et une faible interruption, ainsi qu'un investissement initial plus élevé. Cela en fait un mauvais choix pour profiter des excédents d’énergie transitoires, comme par exemple la fenêtre de pointe de production d’énergie par panneaux solaires. Contrairement au minage de Bitcoin, les GPU ont des clients qui sont généralement sensibles à des problèmes tels que la disponibilité et la disponibilité. Il existe des exceptions, telles que les instances ponctuelles et les frameworks qui peuvent basculer à partir de telles instances, mais de manière générale, en raison de l'existence d'un client, la tolérance d'interruptibilité de l'infrastructure GPU ne correspondra jamais à celle du minage de Bitcoin. Associé aux coûts d'investissement et à la complexité plus élevés, dans ces situations, nous pouvons nous attendre à ce que l'exploitation minière de Bitcoin continue de croître et de dominer en tant que charge hautement flexible et distribuable sur le réseau.
En revanche, des excès constants de puissance, tels qu’un delta largement fixe entre la capacité de production de base des sites hydroélectriques ou nucléaires et la consommation environnante, constituent des opportunités idéales pour l’infrastructure GPU de combler l’écart et d’établir une nouvelle consommation et un nouvel équilibre de référence. Ces situations favorisent la faible interruption de l'infrastructure GPU et justifient les dépenses supplémentaires et la complexité opérationnelle afin d'assurer des revenus nettement plus élevés. Tant que la bande passante prise en charge est disponible pour faciliter les charges de travail GPU (au moins 10 Go/s, idéalement 100 Go/s), ces sites offriront toujours plus d'opportunités de profit que s'ils étaient alloués exclusivement au minage de bitcoins.
Stratégies de centres de données hybrides
Il existe également des stratégies qui peuvent utiliser les deux technologies en tandem pour maximiser les revenus et le retour sur investissement.
Premièrement, l’extraction de bitcoins pourrait être utilisée comme charge initiale pour les ressources énergétiques avant que le site ne soit adapté au calcul haute performance. Les exemples incluent : (1) l'utilisation de centres de données miniers Bitcoin modulaires semi-portables pour monétiser l'énergie pendant que l'infrastructure restante d'un centre de données HPC (lignes électriques/Internet redondantes, bâtiments, systèmes d'énergie de secours, etc.) est construite ; ou (2) des ressources énergétiques innovantes et bloquées avec l’extraction de bitcoins, dont certaines pourraient éventuellement être utilisées pour le HPC. En fait, l’accord récemment annoncé par Core Scientific avec CoreWeave pourrait être considéré comme un exemple de ce qui se produit dans la nature, car l’exploitation minière de Bitcoin a conduit au développement d’une grande sous-station et d’une coque de centre de données qui seraient éventuellement utilisées pour le HPC.
Une deuxième stratégie, plus avancée, consiste à mélanger les charges de travail de minage HPC et Bitcoin en tandem, en utilisant le minage de Bitcoin comme contrepoids pour équilibrer les fluctuations de la consommation d’énergie des charges de travail HPC. Alors que les charges HPC nécessitent une alimentation fiable, les « charges de travail d'inférence » qui hébergent les modèles d'IA/ML de production peuvent fluctuer en fonction des niveaux d'utilisation en temps réel par les utilisateurs, conduisant à des cycles typiques d'activité et de consommation d'énergie élevées et de faible activité et de consommation d'énergie inférieure. À ce jour, la valeur d'un tel HPC a largement dépassé toute inefficacité due à la fluctuation de la consommation d'énergie, mais la nature hautement flexible et disruptive du minage de Bitcoin peut être utilisée pour fournir une consommation d'énergie stable et, par conséquent, des tarifs d'électricité effectifs inférieurs, en plus de générer des revenus supplémentaires. pour le centre de données dans son ensemble. Certains décrivent cette stratégie comme un « centre de données mulet », avec l’IA à l’avant et le bitcoin à l’arrière. Bien qu’il soit encore tôt, cette approche promet d’utiliser le meilleur du HPC et du minage de Bitcoin pour offrir les déploiements de centres de données les plus rentables possibles avec la technologie actuelle.
Implications pour l'industrie
Jusqu'à récemment, le secteur des centres de données était dominé par les fournisseurs de colocation. Ces fournisseurs construisent les installations utilisées pour héberger les serveurs industriels et louent l'espace, l'électricité, la connectivité et parfois les serveurs eux-mêmes aux locataires. Traditionnellement, la majorité de ces locataires étaient des fournisseurs de cloud de grande entreprise et à grande échelle. Dans de nombreux cas, ces locataires hyperscale et entreprises ont également construit leurs propres centres de données pour soutenir leur propre croissance.
Depuis environ 2017, l’exploitation minière de Bitcoin est véritablement entrée en scène au niveau industriel, avec des complexes de centres de données entiers construits uniquement pour soutenir l’exploitation minière de Bitcoin dans des zones présentant des deltas extrêmes en matière d’électricité produite et consommée. Aujourd’hui, en 2023 et 2024, nous avons assisté à des changements sur le marché encore plus notables et perturbateurs. Avec l’explosion de la demande d’infrastructure GPU, de nombreux anciens centres de données axés sur la colocation se sont aventurés à acheter et à héberger eux-mêmes cette infrastructure GPU. Pendant ce temps, les hyperscalers se déplacent derrière le compteur pour s'implanter dans de grandes centrales électriques de base, à la recherche d'une énergie fiable et bon marché pour la nouvelle augmentation de la demande de HPC. Ceci est d’autant plus remarquable que les énergies renouvelables intermittentes ont été la forme de production la plus populaire ces dernières années, principalement en raison des subventions gouvernementales.
Nous prévoyons ce qui suit :
1. Augmentation continue de la demande d’énergie pour les deux formes de calcul.
2. La construction de nouveaux centres de données constitue le prochain goulot d'étranglement de l'expansion des empreintes HPC, avec de vastes étendues d'installations minières de bitcoins réutilisées pour des cas d'utilisation à marge plus élevée.
3. Le matériel minier sera déplacé vers les marges, à la recherche d'emplacements éloignés et d'inefficacités variables que les charges de travail HPC ne sont pas adaptées à monétiser.
4. Le mélange du minage de bitcoins et du HPC dans des « centres de données mulet » exploitera le potentiel de revenus élevé du HPC et la nature flexible du minage de bitcoins pour équilibrer efficacement la consommation d’énergie et les réseaux locaux, tout en surpassant les stratégies traditionnelles des centres de données.
Conclusion
Lorsque de nouvelles technologies gourmandes en énergie apparaissent, on s’inquiète souvent de leur utilisation de l’énergie et de ses externalités. L’exploitation minière de Bitcoin et le HPC ne font pas exception, les politiciens et les technologues en fauteuil réclamant leur atténuation ou leur contrôle. Mais ces technologies voraces représentent la tendance naturelle du progrès humain. En plus de l’utilité évidente fournie par le réseau de règlement Bitcoin et les charges de travail IA/ML, nous pouvons démontrer qu’ils peuvent être déployés de manière à maximiser efficacement les ressources énergétiques nouvelles et existantes à des fins économiques utiles.
Il s'agit d'un article invité de Drew Armstrong et Ariel Deschapell. Les opinions exprimées sont entièrement les leurs et ne reflètent pas nécessairement celles de BTC Inc ou de Bitcoin Magazine.
Source : Bitcoin Magazine
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