自 2009 年比特幣問(wèn)世以來(lái)，加密貨幣的使用持續(xù)增長(zhǎng)并越來(lái)越受歡迎。但隨著中國(guó)全面禁止比特幣挖礦后，國(guó)內(nèi)的一些礦主開(kāi)始轉(zhuǎn)移陣地，把目光瞄向了國(guó)外數(shù)據(jù)中心。用于比特幣挖掘的數(shù)據(jù)中心與其商業(yè)數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng)物有顯著差異。數(shù)據(jù)中心如何用于挖掘加密貨幣與其他行業(yè)的其他數(shù)據(jù)中心不同，特別是在它們的電源和冷卻系統(tǒng)方面。

定義比特幣挖礦和挖礦數(shù)據(jù)中心

在高層次上，安全哈希算法 (SHA) 是一種用于驗(yàn)證比特幣交易并確保比特幣網(wǎng)絡(luò)公共分類賬（也稱為區(qū)塊鏈）安全的函數(shù)。比特幣的開(kāi)采速度以每秒哈希數(shù)來(lái)衡量。挖礦中使用的服務(wù)器（稱為“礦工”或“挖礦服務(wù)器”）將最近的比特幣交易捆綁到“區(qū)塊”中，然后努力解決加密問(wèn)題以幫助驗(yàn)證每個(gè)區(qū)塊，確保分類賬條目準(zhǔn)確無(wú)誤。這些加密問(wèn)題是挖礦服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心發(fā)揮作用的地方。解決這些問(wèn)題需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的重型計(jì)算能力。

比特幣網(wǎng)絡(luò)通過(guò)向那些貢獻(xiàn)所需計(jì)算能力來(lái)驗(yàn)證交易的人發(fā)放比特幣，為他們的時(shí)間、精力和財(cái)務(wù)投資支付比特幣礦工的報(bào)酬。礦工擁有的計(jì)算能力越大，報(bào)酬的部分就越大——這是個(gè)人和公司建立兆瓦比特幣挖礦數(shù)據(jù)中心的首要驅(qū)動(dòng)因素，供自己使用或供付費(fèi)客戶使用，然后他們可以訪問(wèn)挖礦服務(wù)器無(wú)需在信息技術(shù) (IT) 和設(shè)施方面進(jìn)行大量資本投資。在任何一種情況下，最小化初始成本和持續(xù)能源成本對(duì)于最大化投資回報(bào) (ROI) 至關(guān)重要。

從根本上講，采礦數(shù)據(jù)中心與其他類型的數(shù)據(jù)中心具有相同的基本設(shè)計(jì)和操作原則：將電力輸送到建筑物并分配給設(shè)備，空氣分配系統(tǒng)保持所需的環(huán)境條件，建筑物提供外部保護(hù)外部威脅的條件和安全。盡管在更深層次上，用于挖掘的數(shù)據(jù)中心與其商業(yè)數(shù)據(jù)中心對(duì)應(yīng)物存在顯著差異。在檢查以下類別時(shí)很容易看到這種差異：

• 挖礦服務(wù)器設(shè)計(jì)的影響
• 數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)和外殼
• 冷卻和空氣分配
• 能源使用和效率。

分析2014 年至 2018 年比特幣增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)表明，采礦活動(dòng)出現(xiàn)了巨大增長(zhǎng)。這是與采礦作業(yè)相關(guān)的能源使用的重要指標(biāo)。從 2014 年到 2018 年，采礦（和能源使用）的增長(zhǎng)非常強(qiáng)勁，趨勢(shì)分析顯示持續(xù)積極、積極的增長(zhǎng)?？紤]到正在發(fā)生的非?？焖俚脑鲩L(zhǎng)和預(yù)測(cè)，必須關(guān)注節(jié)能戰(zhàn)略。

挖礦服務(wù)器設(shè)計(jì)

投資挖礦服務(wù)器時(shí)的兩個(gè)主要考慮因素是每個(gè)哈希的初始成本和以瓦特每個(gè)哈希表示的電力效率。性能更高的計(jì)算機(jī)具有更高的哈希率，為挖礦操作提供更大的計(jì)算能力。與企業(yè)服務(wù)器相比，礦工旨在僅完成一項(xiàng)任務(wù)挖掘。目前，用于挖礦服務(wù)器的常見(jiàn)架構(gòu)類型是基于專用集成電路 (ASIC) 芯片，通常稱為片上系統(tǒng) (SoC)。

在制定冷卻系統(tǒng)策略時(shí)，一個(gè)重要的考慮因素是礦機(jī)可以在 80 到 90°F 的入口條件和 10% 到 80% 的非冷凝相對(duì)濕度下運(yùn)行。一臺(tái)功能強(qiáng)大的挖礦服務(wù)器的電力需求可以達(dá)到 1,400 W 或更多，從而將等量的熱量散發(fā)到數(shù)據(jù)中心。為了最大限度地減少由于內(nèi)部溫度過(guò)高而導(dǎo)致服務(wù)器故障的可能性，一些服務(wù)器制造商提供了一個(gè)控制器，可以根據(jù)溫度改變服務(wù)器中風(fēng)扇的速度、電壓和機(jī)器的時(shí)鐘速度。此外，礦機(jī)更大的橫截面積允許更好的氣流穿過(guò) ASIC 芯片，從而實(shí)現(xiàn)有效的散熱。能夠利用這些更高的工作溫度，這可以減少或消除對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求，是挖掘數(shù)據(jù)中心的核心組織原則。冷卻設(shè)備減少的程度取決于數(shù)據(jù)中心建筑的大小、位置和物理特性。

結(jié)構(gòu)和信封

通常，采礦數(shù)據(jù)中心使用由輕質(zhì)材料建造的建筑物，包括外墻、屋頂和窗戶，例如存儲(chǔ)設(shè)施或倉(cāng)庫(kù)。這種結(jié)構(gòu)類似于電信行業(yè)協(xié)會(huì)(TIA) 942 標(biāo)準(zhǔn)中定義的 1 級(jí)基本設(shè)施. 在系統(tǒng)可靠性、處理極端天氣事件、安全性和許多其他標(biāo)準(zhǔn)方面，1 級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施的彈性在四個(gè)級(jí)別中最低。該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步將 1 級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施定義為容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤或站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施組件的自發(fā)故障，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心中斷。在考慮建造此類數(shù)據(jù)中心時(shí)，必須進(jìn)行徹底的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和分析，因?yàn)殡娏?冷卻中斷或結(jié)構(gòu)損壞可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果。

1 級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)中心在冷卻系統(tǒng)中幾乎沒(méi)有或沒(méi)有冗余?？煽啃暂^低的系統(tǒng)不使用冗余設(shè)備，例如泵、冷卻器和空氣處理設(shè)備。在這種情況下，機(jī)房較小，因?yàn)樵O(shè)備較少。這個(gè)“發(fā)現(xiàn)”的空間將用于挖礦服務(wù)器，這有利于挖礦操作，但會(huì)增加所需的電力和冷卻能力。該設(shè)施的內(nèi)部通常是大型高架倉(cāng)庫(kù)式內(nèi)部，在安裝數(shù)千臺(tái)采礦服務(wù)器時(shí)提供必要的靈活性和工作空間。

冷卻和空氣分配

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，服務(wù)器安裝在機(jī)柜或機(jī)架中，以將服務(wù)器固定到位，允許電纜管理，并有助于空氣流通。在采礦數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器安裝在工業(yè)貨架單元上，可以在服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)快速更換。這種擱架布置為采購(gòu)產(chǎn)品和安裝擱架的勞動(dòng)力提供了成本優(yōu)勢(shì)。

使用工業(yè)型擱架放置計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是安裝的開(kāi)放性。礦工被放置在貨架上，使空氣可以在上方、下方和兩側(cè)流動(dòng)。在這種安排中，沒(méi)有正式的氣流管理，例如熱通道/冷通道配置；進(jìn)入服務(wù)器的空氣溫度不均勻，變化很大。溫度是由服務(wù)器風(fēng)扇出口處的對(duì)流力和空氣混合共同產(chǎn)生的。將其與企業(yè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行比較時(shí)，存在重大差異。典型的企業(yè)數(shù)據(jù)中心將服務(wù)器堆疊在機(jī)柜內(nèi)，并且機(jī)柜并排放置。目的是創(chuàng)建通常非常可控的氣流模式，入口在服務(wù)器的正面，從背面排出。這種安排導(dǎo)致更可預(yù)測(cè)和可控的空氣溫度梯度。

在數(shù)據(jù)中心，冷卻系統(tǒng)是最昂貴和最耗能的（在服務(wù)器后面）。在這種情況下，減少或消除冷卻器、冷卻塔、泵、管道和管道系統(tǒng)等組件將減少或消除大部分冷卻系統(tǒng)。減少使用或消除這些系統(tǒng)也將解決首次成本和能源成本問(wèn)題。由于冷卻系統(tǒng)的主要工作是保持 IT 設(shè)備在規(guī)定的溫度和濕度水平下運(yùn)行，因此緩解服務(wù)器的室內(nèi)環(huán)境要求（例如，允許它們?cè)诟叩膬?nèi)部溫度下運(yùn)行）將減少能源消耗和，在某些情況下，減小冷卻系統(tǒng)的尺寸。

如前所述，挖礦服務(wù)器可以在 80 到 90°F 甚至更高的氣溫范圍內(nèi)運(yùn)行。如果室外空氣大約等于服務(wù)器允許的最高溫度，則不需要機(jī)械冷卻。因此，必須同時(shí)考慮數(shù)據(jù)中心的地理位置和服務(wù)器的最高工作溫度；較冷的位置和較熱的服務(wù)器運(yùn)行溫度將消耗最少的能源，而最熱的位置和最低的服務(wù)器溫度將消耗最多的能量。

采礦作業(yè)的能源效率

能源使用是采礦作業(yè)的主要問(wèn)題。如果運(yùn)營(yíng)成本高于采礦作業(yè)獲得良好財(cái)務(wù)回報(bào)所需的成本，則該商業(yè)模式將行不通。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，在 2009 年比特幣推出時(shí)，創(chuàng)建的每個(gè)區(qū)塊價(jià)值 50 個(gè)比特幣。按照設(shè)計(jì)，這個(gè)數(shù)字計(jì)劃每 4 年下降一半：2012 年為 25 個(gè)比特幣，2016 年為 12.5 個(gè)比特幣，2020 年為 6.25 個(gè)比特幣。當(dāng)采礦業(yè)的收入下降一半時(shí)，其能源消耗必須成比例地下降。如果它不下降，采礦將成為一項(xiàng)無(wú)利可圖的活動(dòng)。需要通過(guò)對(duì)位置、系統(tǒng)類型、服務(wù)器性能等的前期分析來(lái)控制能耗和成本。

為了了解不同組件如何影響總擁有成本（本示例中為簡(jiǎn)單回報(bào)），說(shuō)明了簡(jiǎn)單回報(bào)對(duì)不同變量的敏感性。

假設(shè)：

• 挖礦服務(wù)器的電力需求為 1,620 W。
• 服務(wù)器的哈希率為 18 TH/s。
• 服務(wù)器的第一筆費(fèi)用是 4,800 美元。
• 電費(fèi)為 0.10 美元/千瓦時(shí)。
• 該服務(wù)器將開(kāi)采相當(dāng)于 3,200 美元/年的比特幣。
• 數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)功率（瓦特每瓦服務(wù)器功率）為 0.392。
• 數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本（每瓦服務(wù)器功率美元）等于每瓦 3 美元。

結(jié)果討論

• 在執(zhí)行此類分析時(shí)，其中一個(gè)假設(shè)是當(dāng)單個(gè)變量發(fā)生變化時(shí)，其他變量保持靜態(tài)。對(duì)于此分析，這通常是正確的，但案例 3 除外，其中冷卻能量隨著服務(wù)器功率的降低而降低。
• 與所有數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目一樣，減少 IT 設(shè)備的電力負(fù)載將對(duì)減少整體能源使用產(chǎn)生最大影響。
• 在任何數(shù)據(jù)中心能源消耗分析中，研究 IT 負(fù)載是起點(diǎn)，因?yàn)樗心茉词褂枚技?jí)聯(lián)到其他系統(tǒng)。
• 提高服務(wù)器運(yùn)行溫度將降低 5% 的投資回報(bào)。必須考慮服務(wù)器故障率增加的風(fēng)險(xiǎn)，包括年度更換成本。
• 案例 4 假設(shè)能夠獲得基本案例服務(wù)器，但要少 20%。算力和算力是一樣的。
• 電力公用事業(yè)費(fèi)是固定費(fèi)率結(jié)構(gòu)：不包括時(shí)段費(fèi)率或需求費(fèi)。根據(jù)美國(guó)的地區(qū)，這些可能會(huì)對(duì)總擁有成本產(chǎn)生重大影響。
• 本分析中假設(shè)的建筑類型是簡(jiǎn)單構(gòu)造的 1 級(jí)設(shè)施。建造更堅(jiān)固的建筑，如第 2 層或第 3 層，將增加大量成本。

此分析旨在提供有關(guān)操作不同變量如何影響簡(jiǎn)單投資回報(bào)的高級(jí)快照。它并非詳盡無(wú)遺，無(wú)法說(shuō)明可能進(jìn)一步影響總擁有成本的不同情況和參數(shù)。例如，即使使用室外空氣來(lái)冷卻數(shù)據(jù)中心，電力密集度高的裝置也可能需要補(bǔ)充冷卻以避免出現(xiàn)極端熱量積聚的區(qū)域。此類分析未涵蓋此類細(xì)微差別。

與很難（如果不是不可能）在服務(wù)器能源使用和財(cái)務(wù)回報(bào)之間建立一對(duì)一關(guān)系的企業(yè)服務(wù)器不同，這種相關(guān)性很容易從采礦作業(yè)中獲得。這在一定程度上是可能的，因?yàn)殡m然企業(yè)服務(wù)器將處理多種不同的應(yīng)用程序，但挖掘服務(wù)器的設(shè)計(jì)目的是只做一件事——挖掘。在規(guī)劃新的采礦數(shù)據(jù)中心時(shí)了解影響參數(shù)將提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)和分析技術(shù)，以最大限度地提高業(yè)主的投資回報(bào)率。