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数据中心与加密货币:面向未来的转型之路

2024-10-20 13:00:00
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加密货币对数据中心设计的影响

自2009年比特币主网上线以来,这种加密货币逐渐进入主流视野,并产生了诸多连锁效应。首先,它通过展示货币的本质,揭示了为什么货币应该脱离央行控制,以及为什么固定供应量对于货币估值至关重要。

加密货币对金融和数据中心的影响

其次,比特币激发了整个加密行业的发展,进一步推动了去中心化金融服务,通过区块链网络执行的智能合约消除了中间商。随着这个价值2.2万亿美元的行业不断发展,银行作为可信中介的角色将进一步削弱。

第三,数据中心基础设施变得比以往任何时候都更加重要。无论是家庭矿工还是大型矿场,加密基础设施都需要可靠的高性能计算资源、存储容量和内存,以及快速的网络连接,以最大限度地减少区块链延迟。

数据中心设计的演进

在互联网早期,宽带连接稀少,企业和机构不得不使用本地资源进行数据存储和管理。到2000年代末,宽带基础设施已经足够普及,开始支持云计算。数据中心被分散到远程、可扩展、按需的服务器集群中,这种去本地化的方式大幅减少了前期资本支出。当然,这最终使亚马逊网络服务(AWS)、微软Azure和谷歌云成为当今数字景观的主要推动力。

然而,保护区块链网络施加了全新的负载层。由于这些数字账本需要多个节点之间的实时交易处理,因此需要额外的CPU、GPU能力和RAM,以最小化拥堵和延迟。如果区块链网络流量突然激增,资源冗余也是必要的。这就是为什么面向AI和区块链的数据中心正在从传统的客户端到服务器架构(南北向)过渡到脊柱和叶架构(东西向)。

脊柱和叶架构的优势

脊柱和叶架构采用非层次化设计,使数据能够在服务器之间水平流动。这对于区块链网络至关重要,因为每个节点直接与其他节点通信,而不需要通过可能拥堵的中心点。因此,脊柱和叶架构缓解了瓶颈和单点故障的可能性。由于这种架构反映了加密去中心化和点对点(P2P)通信的精神,它已成为区块链可靠性和安全性的新标准。

能源消耗与数据中心效率

随着区块链网络需要更大的计算能力来验证交易和执行智能合约,能源消耗的需求也在增加。到2022年,区块链网络已经占据了数据中心电力需求的很大一部分。根据国际能源署(IEA)的数据,2022年全球服务于加密行业的数据部门消耗了460太瓦时(TWh)的电力,预计到2026年这一数字将翻倍以上。相比之下,法国2021年全年消耗了447 TWh的电力。

为了应对这一趋势,微软与Constellation Energy签订了20年的协议,计划在2028年重启1号核反应堆。在欧洲,欧盟委员会甚至将小型模块化反应堆(SMRs)指定为“绿色”能源,以平衡脱碳努力与日益增长的电力需求。

数据中心与发电厂的协同

为了提高面向加密的数据中心的效率,它们正逐渐靠近发电厂。比特币作为主要加密货币,使用工作量证明算法来保护网络,有效地将比特币锚定在能源和硬件资产的物理世界中。因此,比特币代表了数字能源。由于电力在长距离传输中会因铜/铝电阻而损失,因此将加密数据中心建在发电厂附近可以最大限度地减少传输损耗。

冷却与能效管理

除了减少传输损耗,服务于区块链网络的数据中心还需要特定的机械、电气和管道(MEP)要求。大规模的热管理是这些需求的主要来源。持续解决加密难题需要巨大的计算能力,这会产生热量。多年来,空气冷却一直是延长硬件寿命和散热的首选解决方案。然而,冷却本身也会消耗大量能源。因此,直接芯片液体冷却(浸没式冷却)成为一种新趋势,它能够减少能源使用。

冗余与故障容错

熟悉比特币代码内部工作原理的人知道,其安全性源于拜占庭容错(BFT)的概念。简而言之,即使多个网络节点失败,账本的当前状态仍能达成共识。在数据中心设计中,这意味着区块链矿工必须根据Uptime Institute的层级来考虑冗余。尽管每增加一级冗余都会增加成本,但资金雄厚的大公司能够负担这种扩展,并吸引小企业加入其云计算生态系统。

比特币减半与市场前景

在第四次比特币减半后,矿工的奖励从6.25 BTC减半至3.125 BTC。与此同时,比特币网络难度从86.3886 T增加到88.4044 T。预计下一次比特币难度调整将在10月9日增加3.81%。这意味着相同的计算量和能源消耗将获得更少的回报。然而,根据CoinShares的报告,只有当比特币价格跌破40,000美元时,这才会产生负面影响,甚至导致破产。

能源可持续发展的角色

比特币网络非常适合平衡电网的高峰和低谷需求,因为比特币矿工可以动态调整使用量。在德克萨斯州通过众议院法案591后,比特币数据中心在能源可持续性方面发挥了更大作用。该法案允许石油和天然气运营商将排放/燃烧的天然气出售给现场移动数据中心,从而减少碳排放。

加密挖矿的未来

加密挖矿首次将大规模高性能计算(HPC)带入视野。尽管长期以来被描绘为浪费,但随着BlackRock通过其IBIT ETF成功整合比特币,这些担忧已基本消失。加密挖矿现在正被生成式AI基础设施所超越,但它从大规模数据中心部署中学到的经验中受益。最终,加密数据中心证明了自己绝非浪费。

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