比特币“挖矿”：能耗黑洞！

视觉中国

2016年8月，四川甘孜的一处比特币“矿场”。

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期待在比特币潮流中分一杯羹的人们涌向“矿厂”，投资“挖”掘金的热潮。 与此同时，比特币“挖矿”的惊人耗电量也让人眼前一亮。

能源价格比较服务网站 PowerCompare.co.uk 的一项研究显示，2017 年，超过 29.05 太瓦时（1 太瓦时为 1 亿千瓦时）的电力被用于比特币“挖矿”，超过了总电力全球159个国家消费。 年平均用电量。 爱尔兰（人口477万）年用电量仅为25太瓦时。

近日，有消息称，云南省昆明市某居民区部分居民从事比特币“挖矿”20台挖矿机几天出1个比特币，引发居民区大规模出行，变压器被烧毁，400多米电缆受损.

为什么挖一个比特币会耗电那么多？

IC功耗是根本原因

“比特币矿机本质上是一台特殊的电脑。” 清华大学信息技术研究院副院长曹俊伟在接受科技日报记者采访时表示。

这种特殊的计算设备如何挖掘比特币？

在比特币世界中，大约每 10 分钟记录一个数据块。 所有矿机在尝试打包这个数据块的同时完成提交任务，最终成功生成这个数据块的人可以获得比特币奖励。 矿机算力越强，“挖矿”速度越快，挖到比特币的概率就越高。

现在比特币“挖矿”正在从单靠“矿工”进入“团队挖矿”时代，即通过“矿池”进行“挖矿”。 如果你的矿机算力占整个“矿池”算力的五分之一，如果“矿池”一天能挖到5个比特币，那么你就可以获得1个比特币。

在与时间赛跑的“挖矿”竞争背后，电费是不可忽视的重要成本。 一位“矿工”算了一笔账：按矿机一天24小时运行可以挖出0.0018个比特币计算，556天可以挖出一个比特币。 他的矿机功率是1350瓦20台挖矿机几天出1个比特币，1000瓦功率的矿机大约用一度电。 两台矿机每天耗电32.4度，每天电费16.8元。 也就是说，挖一个比特币需要9367元。

“从根本上说，这是集成电路功耗的问题。” 曹俊伟告诉科技日报记者，从硬件上看，电路本身就是耗电的，比特币矿机对算力的要求比较高。 ，在进行大规模“挖矿”时，矿机相对集中，加起来耗电量自然就大。

吸电“狂人”不只是矿机

事实上，除了比特币“挖矿”之外，计算设备耗电惊人的消息也屡见不鲜。

就像超级计算机一样。 据介绍，天河二号超级计算机每年产生的电费接近亿元，相当于一个中小城市一年的用电量。 “神威·太湖之光”超级计算机年耗电量约为15兆瓦时，相当于三所清华大学的用电量。 耗电量还是惊人的。

另一个例子是数据中心。 中国数据中心节能技术委员会秘书长卢天文在接受科技日报记者采访时表示，2016年我国数据中心总用电量超过1100亿千瓦时，超过发电总量2016年三峡大坝的建设，与2015年相比增长了11.7%。

“数据中心的用电包括四个部分，IT设备、供配电系统、新风冷却系统等。” 卢天文告诉科技日报记者，IT设备用电量约占总用电量的50%，新风制冷系统约占35%-40%，供配电系统约占15%-18%。

卢天文介绍，PUE（Power Usage Effectiveness）是衡量数据中心能效的重要指标。 是数据中心设备总能耗除以IT设备能耗所得的值。 目前，国内数据中心的平均PUE水平在2以上，这意味着非IT设备的功耗超过了IT设备本身的功耗。

“在数据中心，大量的能源消耗发生在非IT设备上，大量的电被浪费了。” 卢天文告诉科技日报记者，供配电系统和制冷系统节能潜力巨大。 例如，新风制冷系统占整个能耗的35%-40%。 经过优化调整和节能改造，可节约能源消耗10%-20%。 从全国来看，可节省100亿至200亿元的电费。

突破摩尔定律极限成为关键

但卢天文坦言，在数据中心，IT设备的节能是最根本的。 因为IT设备的能耗占主要部分，而供配电系统和新风冷却系统都是为IT设备服务的。

卢天文为科技日报记者算了一笔账。 如果IT设备的功率为1000瓦，则必须同时配备功率为1000瓦的供配电系统和功率为1000瓦的新风冷却系统。 每小时的总耗电量为 3000 Wh。 如果IT设备将能耗降低到500瓦，需要同时配备500瓦的供配电系统和500瓦的新风冷却系统，每小时总耗电量为1500瓦时。

这意味着一旦IT设备的能耗降低，整个数据中心的能耗也将大幅降低。

“不过，目前数据中心的节能改造大多集中在供配电系统、制冷系统等非IT设备的改造上，因为IT设备的停机会带来巨大的损失。因此，通常鼓励数据中心对在设计和建设之初就使用性能更好、更节能的IT设备。

那么IT设备的能耗是怎么来的呢？ 卢天文解释说，数据中心IT设备能耗的“大户”是网络存储设备和服务器，其中网络存储能耗约占60%。 过去机械硬盘的能耗比较高，现在数据中心越来越多地采用SSD固态硬盘等网络存储技术，可以显着降低这方面的能耗。

“无论是比特币‘挖矿’，还是数据中心、超级计算机，功耗问题本质上都与最底层的集成电路有关。” 在曹俊伟看来，随着芯片技术的发展，单位面积集成电路上的器件越来越多，功能也越来越复杂。 同时，集成电路单位面积的功耗也越来越高。

曹俊伟介绍，另外，从软件的角度来看，其功耗与算法的设计和软件的效率有关。 从系统层面来看，取决于众多IT设备搭建集群的网络结构和效率。 从环境因素来看，还涉及到散热、制冷等系统。

至于如何从根本上让这些计算设备不再消耗那么大的电能，从长远来看，恐怕还需要量子计算和新的半导体材料来突破摩尔定律的局限，让计算设备更加高效节能-保存。