ビットコインの「マイニング」：エネルギー消費のブラックホール！

ビットコインの利益の一部を手に入れたいと願う人々は「マイニング工場」に群がり、「マイニング」の熱狂に加わり、金儲けをしている。同時に、ビットコインの「マイニング」の驚異的な電力消費が注目を集めています。

エネルギー価格比較サービスサイトPowerCompare.co.ukの調査によると、2017年にビットコインマイニングに使用された電力量は29.05テラワット時（1テラワット時は1億キロワット時）を超え、世界159カ国の年間平均電力消費量を上回った。アイルランド国全体（人口477万人）の年間電力消費量はわずか25テラワット時です。

最近、雲南省昆明市のあるコミュニティの住民がビットコインをマイニングしていたため、コミュニティで大規模な停電が発生し、変圧器が焼け、400メートル以上のケーブルが損傷したという報道がありました。

ビットコインのマイニングはなぜこれほど多くの電力を消費するのでしょうか?

集積回路の電力消費が根本的な原因

「ビットコインのマイニングマシンは本質的には特殊なコンピューターだ」と清華大学情報技術研究所副所長の曹俊偉氏は科技日報のインタビューで語った。

この特別なコンピューティングデバイスはどのようにしてビットコインをマイニングするのでしょうか?

ビットコインの世界では、データ ブロックは約 10 分ごとに記録されます。すべてのマイニング コンピューターは、送信タスクを完了しながらこのデータ ブロックをパッケージ化しようとしており、このデータ ブロックを正常に生成した人はビットコインの報酬を受け取ることができます。マイニングマシンの計算能力が強力であればあるほど、「マイニング」速度が速くなり、ビットコインをマイニングできる可能性が高くなります。

現在、ビットコインの「マイニング」は、「マイナー」が単独で作業する時代から、「チームマイニング」、つまり「マイニングプール」を通じて「マイニング」する時代へと移行しています。マイニング マシンの計算能力が「マイニング プール」全体の計算能力の 5 分の 1 を占め、「マイニング プール」が 1 日に 5 ビットコインをマイニングできる場合、1 ビットコインを取得できます。

「マイニング」における時間との競争の裏では、電気代は無視できない重要なコストです。 「マイナー」は計算をしました。マイニングマシンが 1 日 24 時間稼働すると、0.0018 ビットコインをマイニングでき、1 ビットコインをマイニングするには 556 日かかります。彼の採掘機は1350ワットの電力を持っています。 1000 ワットのマイニング マシンは 1 時間あたり約 1 キロワット時の電力を消費します。 2台のマイニングマシンは1日あたり32.4キロワット時の電力を消費し、1日の電気代は16.8元となる。つまり、1ビットコインを採掘するには9,367元かかります。

「根本的に言えば、これは集積回路の消費電力の問題です。」曹俊偉氏は科技日報に対し、ハードウェアの観点から見ると、回路自体が電気エネルギーを消費し、ビットコインマイニングマシンには比較的高い計算能力が求められると語った。大規模な「マイニング」を行う場合、マイニングマシンは比較的集中するため、合計すると当然消費電力が大きくなります。

電力を消費するのは採掘機だけではない

実際、ビットコインのマイニングに加えて、コンピューター機器の驚くべき電力消費に関するニュースは非常によく見られます。

たとえば、スーパーコンピュータ。報道によれば、天河2号スーパーコンピューターは毎年約1億元の電気代を生み出しており、これは中小都市の年間電力消費量に相当する。 Sunway TaihuLight スーパーコンピューターは、毎年約 15 メガワット時の電力を消費しており、これは清華大学 3 校の電力消費量に相当します。電力消費は依然として心配です。

もう 1 つの例はデータ センターです。中国データセンター省エネ技術委員会の呂天文事務局長は科技日報のインタビューで、2016年に中国のデータセンターの総電力消費量は1100億キロワット時を超え、2016年の三峡ダムの総発電量を上回り、2015年と比較して11.7％増加したと語った。

「データセンターの電力消費には、IT 機器、電源および配電システム、外気冷却システムなどの 4 つの部分が含まれます。」陸天文氏は科技日報に対し、IT機器の消費電力が総消費電力の約50％を占め、外気冷却システムが約35％～40％、電力供給・配電システムが約15％～18％を占めていると語った。

Lu Tianwen 氏は、PUE (Power Usage Effectiveness) はデータセンターのエネルギー効率を測定するための重要な指標であると紹介しました。データセンター機器の総消費電力をIT機器の消費電力で割った値です。現在、国内データセンターの平均PUEレベルは2を超えており、非IT機器の消費電力がIT機器自体の消費電力を上回っていることを意味します。

「データセンターでは、IT以外の機器で大量のエネルギー消費が発生し、多くの電力が無駄になっています。」陸天文氏は科技日報に対し、電力供給・配電システムと冷蔵システムは省エネに大きな潜在力を持っていると語った。たとえば、外気冷却システムは総エネルギー消費量の 35% ～ 40% を占めます。最適化と省エネ変換により、エネルギー消費を 10% ～ 20% 削減できます。国家的な視点で見ると、これにより電気代が100億～200億元節約できることになる。

ムーアの法則の限界を破ることが鍵

しかし、陸天文氏は、データセンターではIT機器の省エネが最も基本であると認めた。なぜなら、IT 機器がエネルギー消費の大部分を占めており、電力供給および配電システムと外気冷却システムはすべて IT 機器にサービスを提供しているからです。

陸天文氏は科技日報の記者のために計算を行った。 IT 機器の電力が 1,000 ワットの場合、1,000 ワットの電源および配電システムと 1,000 ワットの外気冷却システムを装備する必要があり、合計電力消費量は 1 時間あたり 3,000 ワット時になります。 IT 機器のエネルギー消費量を 500 ワットに削減する場合、500 ワットの電源および配電システムと 500 ワットの外気冷却システムを装備する必要があり、合計電力消費量は 1,500 ワット時/時になります。

つまり、IT 機器のエネルギー消費量が削減されれば、データセンター全体のエネルギー消費量も大幅に減少することになります。

「しかし、現在のデータセンターの省エネ改修は、主に電力供給・配電システムや冷蔵システムなどIT以外の機器に重点を置いています。これは実は矛盾です。」陸天文氏は科技日報に対し、データセンターが一旦稼働すると、IT機器のダウンタイムにより莫大な損失が発生するため、IT機器の改造は難しいと語った。そのため、現在ではデータセンターでは、設計と構築の初期段階で、より高性能でエネルギー効率の高い IT 機器を使用することが一般的に推奨されています。

では、IT 機器のエネルギー消費はどのようにして発生するのでしょうか?陸天文氏は、データセンターのIT機器の主なエネルギー消費源はネットワークストレージデバイスとサーバーであり、そのうちネットワークストレージがエネルギー消費量の約60%を占めていると説明した。過去には、機械式ハードドライブのエネルギー消費量は比較的高かった。現在、データセンターでは SSD ソリッド ステート ドライブなどのネットワーク ストレージ テクノロジの使用が増えており、この分野でのエネルギー消費を大幅に削減できます。

「ビットコインの『マイニング』であれ、データセンターであれ、スーパーコンピュータであれ、電力消費の問題は本質的に最下層の集積回路に関係している。」曹俊偉氏の見解では、チップ技術の発展に伴い、集積回路の単位面積当たりのデバイスの数はますます増え、機能はますます複雑になっている。同時に、集積回路の単位面積あたりの消費電力もますます高くなっています。

曹俊偉氏は、これに加えてソフトウェアレベルでは、その電力消費はアルゴリズムの設計とソフトウェアの効率性に関係していると紹介した。システムレベルの観点からは、多数の IT デバイスによって構築されるクラスターがどのようなネットワーク構造を使用し、それが効率的であるかどうかによって決まります。環境要因の観点からは、放熱や冷却などのシステムが関係します。

これらのコンピューティング デバイスの電力消費を根本的に減らす方法については、長期的には、量子コンピューティングと新しい半導体材料を使用してムーアの法則の限界を打ち破り、コンピューティング デバイスをより効率的かつエネルギー効率の高いものにする必要があるかもしれません。