Автор: Ариэль Дешапель, Дрю Армстронг, Bitcoin Magazine. Составитель: Бай Шуй, Golden Finance;
Историю человеческого прогресса можно свести к истории повышения энергоэффективности. Мы используем энергию для создания порядка, как биологического, так и социального. Избыток энергии может создавать различные формы богатства, что может привести к появлению новых технологий, позволяющих более эффективно использовать энергию. Этот факт вдохновил такие известные концепции, как индекс Кардашова, который измеряет цивилизации по их способности использовать энергетические ресурсы в полезных целях.
Вычисление является естественным продолжением этого начинания. Современные цифровые технологии преобразуют растущее количество электроэнергии в передовые процессы создания стоимости. Недавний всплеск спроса на компьютеры вызван в основном двумя технологиями: майнингом биткойнов и, в последнее время, высокопроизводительными вычислениями («HPC»), в частности графическими процессорами («GPU») для искусственного интеллекта. Резкий рост энергопотребления, вызванный этими технологиями, вызывает множество вопросов: какое влияние эти энергоемкие технологии окажут на наши энергетические системы? Учитывая, что они потребляют большое количество энергии друг от друга, какие взаимодействия будут происходить между ними? Что эти события означают для человечества?
Мы исследуем фундаментальные характеристики каждой из этих технологий и то, как они могут сделать энергетические системы более эффективными, предоставляя альтернативные рынки для избыточной электроэнергии. Основываясь на этом исследовании, мы также считаем, что майнинг биткойнов и высокопроизводительные вычисления дополняют друг друга, а не конкурируют. Как мы увидим, их соответствующие компромиссы обеспечивают симбиотическую способность максимизировать ценность, создаваемую энергетическими ресурсами, тем самым принося пользу обществу в целом.
Короче говоря, мы выступаем за вычислительную максимизацию.
Энергетически эффективный
Современные технологии основаны на преобразовании различных источников энергии в электричество, и это сопряжено с рядом проблем и компромиссов. Главный из них – ограниченная мобильность.
Это связано с несколькими простыми фактами. Для электричества требуется сеть, по сути, обширная серия цепей, которые передают энергию в реальном времени. Сеть должна оставаться сбалансированной, а это означает, что количество вырабатываемой электроэнергии должно примерно равняться объему спроса в любой момент времени.
Это сложно по двум причинам:
Во-первых, энергетические ресурсы не всегда легко распределяются, циклы разработки длительны, а возможности диспетчеризации неравномерны.
Во-вторых, и передача, и хранение являются дорогостоящими, требуют одинаково длительного времени выполнения и неэффективны. Потери при передаче и распределении оцениваются в 8-15% к тому времени, когда электроэнергия достигает местных потребителей, а потери от длительного хранения аккумуляторов еще выше.
В результате использование электроэнергии непосредственно у источника всегда дешевле и эффективнее, чем ее транспортировка во времени или пространстве. Поэтому наиболее эффективным решением является не более широкая и эффективная транспортировка электроэнергии туда, где она может быть использована, а переход к использованию электроэнергии. Вычисления — идеальный вариант использования этой избыточной мощности, поскольку они обладают высокой плотностью мощности, высокой портативностью и масштабируемостью. Нам еще предстоит обнаружить ограничения для вычислительных потребностей. В то же время ограничения «физического пространства» являются мощным ограничивающим фактором для традиционных форм потребления энергии, таких как выплавка и производство алюминия.
Майнинг биткойнов стал идеальным вариантом использования местных излишков электроэнергии, обеспечивая возможность диспетчеризации и приносящую доход нагрузку для балансировки сети. В последнее время спрос на высокопроизводительные вычисления, особенно на графические процессоры, также оказал немалое влияние на использование энергии. Многие ожидают, что эти две технологии будут конкурировать за одни и те же энергетические ресурсы, но по мере изучения характеристик каждой технологии потенциальный симбиоз станет очевидным.
Майнинг биткойнов
Майнинг биткойнов можно считать несанкционированным потреблением энергии. Механизм консенсуса «доказательство работы» Биткойна представляет собой доказательство энергоемких вычислений. Майнеры должны выполнить этот энергоемкий расчет для создания новых блоков транзакций, тем самым получая вознаграждение в биткойнах. Именно это доказательство работы обеспечивает глобальные гарантии расчетов децентрализованным и не требующим разрешения способом.
В действительности это выглядит так, как будто миллионы компьютеров (называемых сегодня интегральными схемами специального назначения или «ASIC») работают в базовых центрах обработки данных по всему миру. Одна из замечательных особенностей майнинга биткойнов — это его неразрешенный характер; любой человек в любой точке мира может подключиться к ASIC. По сути, Биткойн позволяет майнерам по всему миру участвовать в глобальных энергетических рынках; тот, у кого самые низкие затраты на электроэнергию, получит самую высокую прибыль.
Эта глобальная децентрализованная сеть является одной из причин, почему Биткойн продолжает набирать устойчивую популярность, поскольку люди ищут новую валюту и финансовую систему, которая работает круглосуточно, не имеет единой точки отказа и обходит порочные стимулы политически контролируемых монополий центральных банков.
По сравнению с инфраструктурой GPU/HPC майнинг биткойнов имеет следующие характеристики:
нет клиентов
нет привлечения клиентов
без поддержки
Высокая частота прерываний
Низкая эксплуатационная сложность
Низкие требования к соединению (менее 100 МБ/с)
Низкая прибыль (обычно)
высокопроизводительные вычисления
Графические процессоры для центров обработки данных — это новейшая форма HPC, спрос на которую за последние два года резко возрос из-за быстро растущего интереса к прорывным решениям в области искусственного интеллекта и машинного обучения, которые на них основаны. Эти технологии открывают совершенно новые категории цифровых операций и возможностей, которые ранее были невозможны, а возможные варианты использования только начинают изучаться. Внезапный всплеск интереса к этим технологиям быстро сделал NVIDIA, ведущего производителя базовых графических процессоров, самой дорогой компанией в мире.
Первоначально этот внезапный рост спроса создал серьезную проблему из-за недостаточного производства самих графических процессоров. Однако это было лишь временным явлением; со временем, поскольку рост производства продолжал смягчать проблему, фокус быстро сместился на новые узкие места: пространство в стойках центров обработки данных и дешевую электроэнергию. В результате строительство новых центров обработки данных резко возросло везде, где есть большие и стабильные поставки электроэнергии. Это ставит инфраструктуру графических процессоров в конкуренцию майнингу биткойнов во многих областях с избыточной мощностью.
По сравнению с майнингом биткойнов, GPU/HPC имеет следующие характеристики:
клиент
привлечение клиентов
Служба поддержки
Низкая частота прерываний
Высокая эксплуатационная сложность
Высокие требования к подключению (10–100 ГБ)
Высокая прибыль (обычно)
Используйте избыточную мощность для снижения эксплуатационных расходов
Спрос на технологии Биткойн и AI/ML вырос за последнее десятилетие, доказав их полезность для общества. Этот спрос привел к резкому увеличению соответствующих вычислительных ресурсов.
Чтобы снизить эксплуатационные расходы, оба рынка стремятся использовать избыточную электроэнергию, поскольку зачастую это обходится дешевле. Это, естественно, решает некоторые проблемы неэффективности сети, обсуждавшиеся выше, но это также означает, что строители и операторы центров обработки данных будут задаваться вопросом, какие формы вычислений следует поддерживать и в которые следует инвестировать при том же объеме доступной мощности.
Обе формы вычислений являются энергоемкими и относительно независимыми от местоположения (если только юридические или юридические соображения не выходят за рамки этой статьи), что создает впечатление, что они конкурируют, но на самом деле они могут быть весьма взаимодополняющими инструментами для максимизации и получения прибыли от этого. избыточная или бесполезная мощность.
Рабочие нагрузки графических процессоров имеют более высокую операционную сложность и меньший уровень сбоев, а также более высокие первоначальные капиталовложения. Это делает его плохим выбором для использования кратковременных избытков электроэнергии, таких как периоды пиковой нагрузки для выработки электроэнергии с помощью солнечных батарей. В отличие от майнинга биткойнов, клиенты графических процессоров часто чувствительны к таким вопросам, как время безотказной работы и доступность. Есть исключения, такие как спотовые инстансы и платформы, которые могут выполнять аварийное переключение из таких инстансов, но, вообще говоря, устойчивость инфраструктуры графических процессоров к сбоям из-за присутствия клиентов никогда не будет соответствовать устойчивости майнинга биткойнов. В сочетании с более высокими капитальными затратами и сложностью в этих обстоятельствах мы можем ожидать, что майнинг биткойнов продолжит расти и станет очень гибкой и планируемой нагрузкой на сеть.
С другой стороны, постоянный избыток электроэнергии, такой как в значительной степени фиксированная разница между базовой генерацией гидро- или атомной электростанции и окружающим ее потреблением, является идеальной возможностью для инфраструктуры графических процессоров сократить разрыв и установить новый базовый уровень потребления и баланса. Эти сценарии благоприятствуют низкому уровню сбоев в инфраструктуре графических процессоров и оправдывают увеличение расходов и сложность эксплуатации для обеспечения значительно более высокого дохода. Пока доступна поддержка пропускной способности для облегчения рабочих нагрузок графического процессора (по крайней мере, 10 ГБ/с, а в идеале 100 ГБ/с), эти сайты всегда будут предоставлять более выгодные возможности, чем те, которые посвящены майнингу биткойнов.
Стратегия гибридного центра обработки данных
Существуют также стратегии, которые используют оба метода для максимизации доходов и возврата инвестиций.
Во-первых, майнинг биткойнов может служить начальной загрузкой энергетических ресурсов, прежде чем сайт станет пригодным для высокопроизводительных вычислений. Примеры включают: (1) использование полупортативного модульного центра обработки данных для майнинга биткойнов для монетизации электроэнергии при создании остальной инфраструктуры центра обработки данных HPC (резервные линии электропитания/интернета, здания, резервные энергетические системы и т. д.) или (2); ) Используйте майнинг биткойнов для использования простаивающих энергетических ресурсов, некоторые из которых в конечном итоге могут быть использованы для HPC. Фактически, недавно объявленная сделка Core Scientific с CoreWeave может рассматриваться как пример того, что происходит в реальной жизни, поскольку майнинг биткойнов привел к разработке крупных подстанций и корпусов центров обработки данных, которые в конечном итоге будут использоваться в HPC.
Вторая, более продвинутая стратегия — объединить рабочие нагрузки HPC и майнинга биткойнов, используя майнинг биткойнов в качестве противовеса колебаниям энергопотребления рабочей нагрузки HPC. В то время как нагрузка HPC требует надежного питания, «рабочие нагрузки вывода», на которых размещаются производственные модели AI/ML, могут колебаться в зависимости от уровня использования пользователя в реальном времени, что приводит к типичным периодам высокой активности и энергопотребления, а также низкой активности и низкого энергопотребления. На сегодняшний день ценность таких высокопроизводительных вычислений значительно перевешивает любую неэффективность, связанную с колебаниями потребления электроэнергии, но очень гибкий и прерываемый характер майнинга биткойнов может быть использован для обеспечения стабильного энергопотребления, тем самым снижая эффективные цены на электроэнергию. доход всего дата-центра. Некоторые описывают эту стратегию как «кефаль центра обработки данных» с искусственным интеллектом спереди и биткойном сзади. Хотя этот подход еще только начинается, он обещает в полной мере использовать преимущества высокопроизводительных вычислений и майнинга биткойнов для обеспечения наилучшего развертывания центров обработки данных, возможного с использованием современных технологий.
Влияние на отрасль
До недавнего времени в индустрии центров обработки данных доминировали провайдеры колокейшн-услуг. Эти провайдеры строят помещения для размещения промышленных серверов и сдают в аренду помещения, мощность, соединения, а иногда даже сами серверы арендаторам. Традиционно большинство этих арендаторов представляли собой крупные предприятия и провайдеры гипермасштабируемых облачных сервисов. Во многих случаях эти гипермасштабные и корпоративные арендаторы также построили свои собственные центры обработки данных для поддержки собственного роста.
Примерно с 2017 года майнинг биткойнов действительно вышел на промышленный уровень: целые комплексы центров обработки данных строятся специально для поддержки майнинга биткойнов, а производство и потребление электроэнергии в этих регионах сильно различается. Теперь, в 2023 и 2024 годах, мы видим еще более существенные и разрушительные изменения на рынке. По мере роста спроса на инфраструктуру графических процессоров многие центры обработки данных, которые ранее были ориентированы на колокейшн, начали самостоятельно приобретать и размещать эту инфраструктуру графических процессоров. Тем временем гиперскейлеры отходят от счетчика, размещаясь рядом с крупными электростанциями с базовой нагрузкой, в поисках дешевой и надежной энергии для нового всплеска спроса на высокопроизводительные вычисления. Это особенно примечательно, поскольку периодические возобновляемые источники энергии были самой популярной формой производства электроэнергии в последние годы, во многом благодаря государственным субсидиям.
мы оцениваем:
1. Спрос на энергию для обеих форм вычислений продолжает расти.
2. Строительство новых центров обработки данных станет следующим узким местом в расширении сферы применения высокопроизводительных вычислений, а большое количество объектов по добыче биткойнов будет перепрофилировано для более прибыльных вариантов использования.
3. Оборудование для майнинга будет мигрировать на периферию, находя удаленные местоположения и переменную неэффективность, из-за которой рабочие нагрузки HPC не подходят для монетизации.
4. Сочетание майнинга биткойнов и высокопроизводительных вычислений в «центре обработки данных кефали» позволит использовать высокий потенциал дохода HPC и гибкость майнинга биткойнов, эффективно балансируя энергопотребление и локальные сети, превосходя при этом традиционные стратегии центров обработки данных.
в заключение
Когда появляются новые энергоемкие технологии, люди часто беспокоятся об их энергоэффективности и их внешних последствиях. Майнинг биткойнов и высокопроизводительные вычисления не являются исключением: как политики, так и горячие технологи призывают смягчить или контролировать их. Но эта энергоемкая технология представляет собой естественную тенденцию человеческого прогресса. В дополнение к очевидной полезности, обеспечиваемой сетью расчетов Биткойн и рабочими нагрузками искусственного интеллекта и машинного обучения, мы можем продемонстрировать, что их можно развернуть эффективным способом, который максимизирует использование новых и существующих энергетических ресурсов для достижения полезных экономических целей.
