比特币“挖矿”：能源消耗黑洞！

期待分到比特币馅饼的人纷纷涌向“矿厂”，投资“挖矿”掘金的热潮。同时，比特币“挖矿”的惊人耗电量也是惊人的。

能源价格比较服务机构 PowerCompare.co.uk 的一项研究表明，2017 年比特币“挖矿”使用了超过 29.05 太瓦时的电力（1 太瓦时等于 100万度电）），超过了全球159个国家的年平均用电量。整个爱尔兰（477 万人）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多米电缆受损结果。

挖一个比特币，为什么这么耗电？

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，最终成功生成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：按照矿机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 瓦的矿机每小时用电量约为 1 千瓦时。两台矿机一天耗电32.4度电，电费16.8元一天。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，耗电量自然会很大。

吸力“疯子”不只是矿机

事实上，除了比特币“挖矿”之外，报告计算设备耗电量惊人的现象是很常见的。

就像一台超级计算机。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近，与2015年相比增加11.7%。

“数据中心的用电量包括四部分，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设备的耗电量占总耗电量的50%。新风制冷系统约占35%-40%，供配电系统约占15%-18%。

陆甜甜介绍，PUE（Power Usage Effectiveness）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，浪费了大量的电能。”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，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。

突破摩尔定律的限制成为关键

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。

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瓦比特币挖矿计算机，那么需要同时配备1000瓦的供配电系统和1000瓦的新风冷却系统。总耗电量为 3000 Wh。如果IT设备的能耗降低到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会大幅下降。

“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。这实际上是一个悖论。”卢天文告诉科技日报记者，数据中心一旦投入使用比特币挖矿计算机，IT设备改造很难，因为IT设备停机会带来巨大损失。因此，在数据中心的设计和建设之初，通常鼓励使用性能更好、更节能的IT设备。

IT设备的能耗是如何产生的？卢天文解释说，数据中心IT设备能耗的“大消费者”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，同时单位面积集成电路的功耗也越来越大。面积也在增加。

曹俊伟介绍，另外，从软件层面来说，它的功耗与算法的设计和软件的效率有关。从系统层面来说，要看很多IT设备搭建的集群采用什么网络结构，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，恐怕需要量子计算和新的半导体材料来突破摩尔定律的限制，让计算设备更高效、更高效。高效节能。 （记者刘媛媛）