Центры обработки данных и криптоактивы: будущее майнинга и эффективного энергопотребления

Центры обработки данных и криптоактивы: Адаптация к будущему

С момента запуска главной сети Bitcoin в 2009 году его медленное проникновение в массовое сознание произвело множество каскадных эффектов. Во-первых, Bitcoin стал революционным средством, демонстрируя природу денег; он показал, почему деньги должны находиться вне центрального банковского регулирования и почему фиксированное предложение важно для оценки денег.

Во-вторых, Bitcoin запустил целую криптоиндустрию, еще больше подтверждая необходимость децентрализованных финансовых услуг, которые устраняют посредников и заменяют их смарт-контрактами, выполняемыми на блокчейн-сетях. По мере развития этого сектора на сумму 2,2 триллиона долларов банки теряют свою роль доверенных посредников.

В-третьих, инфраструктура центров обработки данных становится важнее, чем когда-либо. Будь то домашние условия или крупные майнинговые операции, криптоинфраструктура нуждается в надежных высокопроизводительных вычислительных ресурсах, емкости для хранения и памяти, а также в быстром сетевом подключении для максимального уменьшения задержки блокчейна.

Фактически, центры обработки данных настолько критичны, что появилась целая область знаний, чтобы сбалансировать требования к электроэнергии, решения по охлаждению, плотность серверов и места размещения криптохостинга. Когда эти факторы объединяются, криптоактивы должны оставить неизгладимый след в самом дизайне центров обработки данных.

Критическая роль центров обработки данных в криптоинфраструктуре

В первые дни интернета широкополосное соединение было редкостью. Это требовало использования местных ресурсов в бизнесе и учреждениях для хранения и управления данными. К концу 2000-х годов широкополосная инфраструктура стала достаточной для начала поддержки облачных вычислений.

Иными словами, центры обработки данных были деколонизированы в удаленные, масштабируемые, по требованию серверные кластеры. Возможность исключить инфраструктуру на месте и хранить данные и приложения удаленно значительно сократила первоначальные капитальные затраты. Безусловно, это в конечном итоге принесло пользу таким компаниям, как Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure и Google Cloud, которые сегодня обеспечивают основу цифрового ландшафта.

Тем не менее, безопасность блокчейн-сетей накладывает совершенно новый уровень нагрузки. Поскольку эти цифровые регистры осуществляют обработку транзакций в реальном времени между несколькими узлами для их проверки, требуется дополнительная вычислительная мощность CPU, GPU и RAM для минимизации задержек и заторов.

И если происходит резкий рост трафика блокчейн-сети, это также требует избыточности ресурсов. Именно поэтому как центры обработки данных с ориентацией на AI, так и на блокчейн переходят от традиционной клиент-серверной архитектуры (север-юг) к архитектуре спинного и листового соединений (восток-запад).

Архитектура спинного и листового соединения позволяет избежать иерархического дизайна, что позволяет данным течь горизонтально между серверами. Это критически важно для блокчейн-сетей, так как каждый узел напрямую связывается с другими узлами без необходимости проходить через подверженную заторам центральную точку.

Поэтому архитектура спинного и листового соединения уменьшает возможность узких мест и неудач единой точки. Поскольку это отражает дух децентрализации криптовалют и связи «равный с равным» (P2P), центры обработки данных с этой архитектурой стали новым стандартом надежности и безопасности блокчейна.

Проблемы потребления энергии и эффективности

Поскольку блокчейн-сети нуждаются в большей вычислительной мощности для валидации транзакций и выполнения смарт-контрактов, растет и потребность в энергии. К 2022 году блокчейн-сети уже составили значительную долю в потреблении электроэнергии центрами обработки данных.

Согласно данным Международного энергетического агентства (IEA), сектор данных, обслуживающий криптоиндустрию, в 2022 году потреблял 460 ТВтч, что, как ожидается, более чем удвоится к 2026 году.

Для сравнения, Франция потребила 447 ТВтч ежегодно в 2021 году. Эти тенденции явно указывают на необходимость надежного источника энергии, и именно поэтому Microsoft заключила 20-летнее соглашение с Constellation Energy для перезапуска ядерного реактора Unit 1 в 2028 году.

В Европе Европейская комиссия даже назначила малые модульные реакторы (SMR) «зелеными», чтобы сбалансировать усилия по декарбонизации с увеличением спроса на электроэнергию. Но простая мощность — это только начало масштабирования.

Чтобы сделать центры обработки данных, ориентированные на криптовалюту, более эффективными, они перемещаются ближе к электростанциям. Это лучше всего демонстрирует Bitcoin. Основная криптовалюта использует алгоритм доказательства выполнения работы для защиты сети, эффективно закрепляя Bitcoin в физическом мире энергии и аппаратных ресурсов.

Именно это в конечном итоге придает Bitcoin его стоимость в качестве децентрализованных денег и глобального средства передачи богатства. По существу, Bitcoin представляет собой цифровую энергию. Но поскольку мощность теряется при длинной передаче электричества из-за сопротивления меди/алюминия, было бы расточительно устанавливать криптоцентры данных просто где попало.

Скорее, они должны находиться как можно ближе к электростанциям, чтобы минимизировать потери при передаче. К примеру, электростанция штата Нью-Йорк обходит государственные сети, напрямую подключая тысячи серверов.

Аналогично, мэр Рокдэйла, Техас, недавно утверждал, что майнинг Bitcoin может revitalизировать сообщества, инвестировав в отвод избыточной энергии и стабилизацию электрической сети с помощью гибкого спроса.

«Riot Platforms строит современное предприятие в Корсикане, которое станет одним из крупнейших работодателей округа Наварро. Этот майнинг может принести 1,4 миллиарда долларов в налогооблагаемых закупках и более 115 миллионов долларов в виде заработной платы за следующее десятилетие».

Еще одна майнинговая компания, TeraWulf, строит свой Nautilus Cryptomine рядом с ядерной электростанцией Сускеганна, в настоящее время находящейся в руках компании Talen Energy. Это будет первое предприятие по майнингу Bitcoin на ядерной энергии с нулевым уровнем выбросов углерода.

При мощности 200 МВт это будет эквивалентно потреблению энергии примерно 160 000 домохозяйств в США ежегодно.

Адаптация дизайна центров обработки данных к блокчейн-технологии

В дополнение к пространственной близости для уменьшения потерь при передаче, центры обработки данных, обслуживающие блокчейн-сети, требуют особых механических, электрических и сантехнических требований. Как знает каждый владелец ПК, источником таких требований в больших масштабах происходит управление теплом.

Постоянное решение криптографических задач требует больших вычислительных мощностей, что приводит к образованию тепла. На протяжении многих лет воздушное охлаждение было основным решением для продления срока службы аппаратного обеспечения и рассеивания тепла. К сожалению, охлаждение также требует значительных энергозатрат сверху на самих вычислениях.

Именно поэтому сейчас наблюдается новая тенденция доверять больше прямому погружному жидкостному охлаждению, что снижает потребление энергии.

Но даже при этом такие центры обработки данных нуждаются в продвинутых системах управления HVAC и мощности для обработки тепловых нагрузок. В равной степени высокоплотные кластеры с мощностью 20-40 кВт на стойку требуют больших трансформаторов, резервных систем и устройств распределения энергии высокой мощности (PDU).

Например, Crypto Minotaur PDU может обрабатывать до 92,4 кВт мощности.

Наконец, для обеспечения непрерывных блокчейновых нагрузок такие центры обработки данных обычно полагаются на резервную избыточность через генераторы на природном газе или дизеле, оснащенные автоматическими переключателями (ATS).

Регулировка уровней и управление затратами

Тем, кто знаком с внутренними механизмами кода Bitcoin, известно, что его безопасность проистекает из концепции устойчивости к византийским ошибкам (BFT). Короче говоря, даже если несколько узлов сети выходят из строя, консенсус о текущем состоянии реестра все равно достигается.

В дизайне центров обработки данных это означает, что майнеры блокчейна должны учитывать уровни избыточности в соответствии с Uptime Institute:

• Уровень I: Базовая мощность, без резервного оборудования IT, время простоя до 1729 минут
• Уровень II: Резервная мощность – сбой оборудования менее вероятен для ведения сетевой деятельности (1361 минута)
• Уровень III: Параллельное обслуживание – благодаря дублирующему оборудованию IT, обслуживание и расширение не ведут к простоям (95 минут)
• Уровень IV: Устойчивость к сбоям – параллельные системы охлаждения и питания для минимизации потенциального времени простоя (26 минут)

Конечно, по мере увеличения каждого уровня также увеличиваются и затраты. Крупные компании с глубокими карманами могут позволить себе такое масштабирование и привлекать более мелкие предприятия в свои экосистемы облачных вычислений.

К примеру, инфраструктура центров обработки данных Microsoft Azure сертифицирована по стандартам ISO/IEC 27001:2013 и NIST SP 800-53 для сетевой безопасности и надежности, что является предпосылкой для достижения уровня IV уровня устойчивости к сбоям.

Однако такая избыточность не является строго необходимой для потребностей в Bitcoin, так как другие узлы по всему миру могут взять на себя недостающие ресурсы. Интервал подтверждения блока Bitcoin в 10 минут был намеренно выбран Сатоши Накамото для внедрения внутренней избыточности в сеть.

Тем не менее, это может не относиться к таким блокчейн-сетям, как Solana (SOL) или Avalanche (AVAX), с почти мгновенными расчетами, которые стремятся заменить системы денежных переводов, подобные Visa. Для таких операций, как дневная торговля, им потребуется максимальная доступность, предоставляемая центрами обработки данных уровня IV.

С этой целью Фонд Solana создал Программу серверов Solana. Его гибкие контракты на месячной основе полагаются на поставщиков центров обработки данных, таких как Edgevana. Ethereum и Avalanche обычно используют AWS, Google Cloud и Tencent Cloud для основных своих серверных потребностей.

Жизнеспособность операций по добыче криптовалюты

После четвертой халвинг-кампании Bitcoin в апреле, вознаграждения майнеров были уменьшены вдвое, с 6.25 до 3.125 BTC. В то же время сложность сети Bitcoin увеличилась с 86.3886 T до текущих 88.4044 T. Также предполагается, что следующая корректировка сложности Bitcoin увеличится на 3.81% 9 октября.

Это приводит к меньшему количеству выплат за то же количество вычислительных усилий и потребления энергии. Однако это окажет негативное влияние, вплоть до банкротства, только в том случае, если цена Bitcoin упадет ниже 40 тысяч долларов, согласно отчету CoinShares.

С учетом спектра первоначальных капитальных вложений это приводит к различным затратным путям для разных майнинговых компаний.

Анализируйте возврат инвестиций для операций по добыче криптовалюты, особенно в свете недавних сокращений вознаграждения за майнинг Bitcoin. Рассмотрите возможность дополнительных источников дохода, таких как преобразование объектов для повторного использования тепла.

Но так как основные давления продаж устранены, особенно со стороны правительства Германии и выплат Mt. Gox, более вероятно, что цена BTC возрастет, а не упадет. Исторически, цена BTC достигает нового исторического максимума примерно через 18 месяцев после халвинга.

Более того, неконтролируемые расходы правительства США, вероятно, еще больше укрепят позицию Bitcoin в качестве твердых денег, поскольку стоимость доллара по-прежнему постепенно erodes. Наконец, эффективность майнинга Bitcoin продолжает улучшаться, как показано в вышеупомянутом погружаемом охлаждении и улучшениях новых ASIC-машин, таких как Antminer S21.

Интеграция устойчивых практик в майнинг криптовалюты

Чтобы электрическая сеть оставалась стабильной (и пригодной для использования), необходимо сбалансировать периоды высокого и низкого спроса. Сеть Bitcoin идеально подходит для этой задачи, поскольку майнеры Bitcoin могут регулировать использование в зависимости от ситуации.

После того как законодательные органы Техаса приняли законопроект 591, центры обработки данных Bitcoin должны занять еще одну роль в устойчивости энергетики. Этот законопроект позволяет операторам нефтяных и газовых месторождений продавать сжигаемый/выпускаемый газ на мобильные центры обработки данных на месте. Этот газ в противном случае был бы утерян в качестве побочного продукта добычи.

Согласно оценкам, такое перенаправление позволяет снизить их углеродный след до 63%. Кроме того, центры обработки данных на Bitcoin с использованием погружающего охлаждения могут использовать эту энергию для подогрева воды. Используя этот подход, канадский стартап-майнер цифровой валюты MintGreen развернул цифровые котлы в Ванкувере.

Избыточное тепло центров обработки данных также может использоваться для обогрева теплиц, как это продемонстрировала компания BloemBitcoin в Нидерландах.

Если цена Bitcoin снова вырастет в 2025 году и позже, несложно представить более широкую массовую поддержку таких инновационных решений.

Майнинг криптовалюты сначала привлек внимание к высокопроизводительным вычислениям в больших масштабах. Долгое время это встречалось с враждебностью, часто воспринималось как расточительное. После успешной интеграции Bitcoin компанией BlackRock через ее ETF IBIT такие опасения, в значительной степени, исчезли. Да, это была та самая BlackRock, которая продвигала рамочную основу по экологическим, социальным и управленческим вопросам (ESG) в финансовом секторе.

Теперь майнинг криптовалюты готов перейти на новый уровень под воздействием инфраструктуры генеративного AI, извлекая выгоду из уроков, усвоенных за годы развертывания центров обработки данных. Более того, даже такие компании, занимающиеся майнингом криптовалют, как Core Scientific и Iris Energy, используют гибридный подход, размещая как серверы GPU для AI, так и ASIC-оборудование для майнинга Bitcoin.

В конечном итоге центры обработки данных для криптовалюты доказали, что они далекі от расточительства.