为什么超级计算机这么耗电，挖一个比特币，为什么这么耗电？

期待分一杯羹的人纷纷涌向“矿厂”，投资“挖矿”掘金的热潮。与此同时，比特币“挖矿”的惊人耗电量也是惊人的。

根据能源价格比较服务网站PowerCompare.co.uk的研究，2017年比特币“挖矿”用电量超过29.05太瓦时（1太瓦时为1亿千瓦时），更多全球 159 个国家的年平均用电量。爱尔兰（477 万人口）每年也仅使用 25 太瓦时的电力。

近日，有消息称，云南昆明一社区居民因比特币“挖矿”导致小区大面积绊倒，变压器被烧毁，400多米电缆受损.

为什么挖比特币会消耗这么多电量？

IC功耗是根本原因

“比特币矿机本质上是一台特殊的计算机。” 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。

这个特殊的计算设备是如何挖掘比特币的？

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数据块的同时完成提交任务挖矿机用电量多少，最终成功生成数据块的人可以获得比特币奖励。矿机的算力越强，“挖矿”速度越快，挖到比特币的概率就越高。

现在比特币“挖矿”正从“矿工”进入“团队挖矿”时代，即通过“矿池”“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”一天能挖出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。一些“矿工”算了一笔账：按照矿工24小时每天可以挖出0.0018个比特币的计算，556天可以挖出一个比特币。他的矿机功率是1350瓦。功率为 1000 瓦的矿机用电量约为 1 千瓦时。两台矿机每天耗电32.4千瓦，电费为每天16.8元。也就是说，挖一个比特币需要9367元。

“从根本上说，这就是集成电路的功耗。” 曹俊伟告诉科技日报记者，从硬件上看，电路本身是耗电的，而比特币矿机对算力的要求比较高。，进行大规模“挖矿”时，矿机更加集中，耗电量自然会增加。

吸电“狂魔”不只是矿机

事实上，除了比特币“挖矿”之外，计算设备耗电量惊人的消息也很普遍。

比如超级计算机。据介绍，天河二号超级计算机每年产生的电费接近1亿元，相当于一个中小城市一年的用电量。“神威.太湖之光”超级计算机每年耗电量约15兆瓦时，相当于3所清华大学的用电量。耗电量依然惊人。

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吕天文在接受科技日报记者采访时介绍，2016年中国数据中心总用电量超过1100亿千瓦时，超过了总用电量。 2016 年三峡大坝发电量，与 2016 年三峡大坝发电量相当。比 2015 年增加 11.7%。

“数据中心的用电量包括四个部分，IT设备、供配电系统、新风冷却系统等。” 吕天文告诉科技日报记者，IT设备耗电量占总耗电量的50%左右，新风制冷系统占35%-40%左右，供配电系统约占15%-18%。

卢天文介绍，PUE（Power Usage Effectiveness，电源使用效率）是衡量数据中心能效的重要指标。它是数据中心的设备总能耗除以 IT 设备的能耗得到的值。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，浪费了大量的电力。” 卢天文告诉科技日报记者，供配电系统和制冷系统在节能方面潜力巨大。例如挖矿机用电量多少，新风制冷系统占总能耗的35%-40%。经过优化、调整和节能改造，能耗可节省10%-20%。从全国来看，可以节省100-200亿元的电费。

突破摩尔定律限制成为关键

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，供配电系统和新风冷却系统都是为IT设备服务的。

陆天文算了一笔账。如果IT设备的功率为1000瓦，则需要配备1000瓦功率的供配电系统和1000瓦功率的新风冷却系统，每小时总用电量为 3000 瓦。时间。如果IT设备将能耗降低到500瓦，则需要配备500瓦的供配电系统和500瓦的新风冷却系统，总耗电量为每小时1500瓦时。

这意味着一旦IT设备的功耗下降，整个数据中心的功耗也将大幅下降。

“但目前数据中心节能改造大多集中在供配电系统、制冷系统等非IT设备上，这其实是一个悖论。” 卢天文告诉科技日报记者，数据中心一旦投入使用，IT设备就很难开展。改造，因为IT设备停机会带来巨大的损失。因此，在数据中心的设计和建设之初，通常鼓励尽可能使用性能更好、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设备的“大”能耗是网络存储设备和服务器，其中网络存储约占能耗的60%。过去，机械硬盘的能耗比较高。现在，数据中心越来越多地使用SSD固态硬盘等网络存储技术，在这方面可以显着降低能耗。

“无论是比特币‘挖矿’、数据中心，还是超级计算机，功耗问题本质上都与底层集成电路有关。” 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在不断增加。

曹俊伟介绍，此外，从软件层面来说，其功耗与算法的设计和软件的效率有关。从系统层面看，很多IT设备搭建的集群采用了什么样的网络结构，是否高效。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那么耗电，从长远来看，恐怕还需要量子计算和新型半导体材料来突破摩尔定律的限制，让计算设备更加高效节能。 .