比特币是如何开采的 比特币“挖矿”：能耗黑洞！

期待分一杯羹的人们涌向“矿厂”，投入“挖矿”热潮。 与此同时，比特币“挖矿”的惊人耗电量令人咋舌。

根据能源比较服务网站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），超过全年平均用电量全世界159个国家的消费量。 整个爱尔兰（477 万人口）每年也仅使用 25 TWh 的电力。

近日，云南昆明某小区居民因比特币“挖矿”被大面积绊倒，变压器被烧毁，400多米电缆受损。

为什么开采比特币会消耗这么多电力？

IC功耗是根本原因

“比特币矿机本质上是一台特殊的电脑。” 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。

这个特定的计算设备如何挖掘比特币？

在比特币世界中，大约每 10 分钟记录一个数据块。 所有矿工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矿工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”正在从“矿工”进入“团队挖矿”时代，即通过“矿池”进行“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。

“挖矿”与时间的较量背后，电力是不可忽视的重要成本。 有“矿工”算了一笔账：按照矿机24小时每天能挖出0.0018个比特币计算，556天就能挖出1个比特币。 他的矿机功率是1350瓦。 功率为 1000 瓦的采矿设备每小时使用约 1 千瓦时。 两台矿机一天耗电32.4度，电费16.8元一天。 也就是说，开采一个比特币需要花费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，电路本身就耗电，比特币矿机对算力的要求比较高。 ，在进行大规模“挖矿”时，矿机比较集中，功耗自然就大。

吸能“狂人”不只是一台矿机

事实上，除了比特币“挖矿”之外，计算设备耗电惊人的消息也屡见不鲜。

就像超级计算机一样。 据介绍，天河二号超级计算机每年产生的电费接近亿元，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，相当于三所清华大学的用电量。 耗电量还是惊人的。

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陆天文在接受科技日报记者采访时表示，2016年我国数据中心总用电量超过1100亿千瓦时，超过总用电量。 三峡大坝2016年发电量与2016年三峡大坝发电量相近，较2015年增长11.7%。

“数据中心的用电包括四个部分，IT设备、供配电系统、新风冷却系统等。” 卢天文告诉科技日报记者，IT设备用电量约占总用电量的50%，新风冷却系统约占35%-40%，供配电系统占约 15%-18%。

卢天文介绍，PUE（Power Usage Effectiveness）是衡量数据中心能效的重要指标。 它是数据中心设备的总能耗除以IT设备的能耗。 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节能潜力巨大。 例如，新风冷却系统占总能耗的35%-40%。 经过优化调整和节能改造，能耗可节约10%-20%。 从全国来看，可节省电费10-200亿元。

突破摩尔定律极限成为关键

但卢天文坦言比特币初始消耗电量，在数据中心，IT设备的节能是最根本的。 由于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设备功率为1000瓦，需要同时配备1000瓦的供配电系统和1000瓦的新风冷却系统。 每小时的总耗电量为 3000 Wh。 如果IT设备的能耗降低到500瓦，需要配备500瓦的供配电系统和500瓦的新风冷却系统，每小时总耗电量为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。

“不过，目前数据中心的节能改造大多集中在供配电系统、制冷系统等非IT设备上。改造，因为IT设备停机可能代价高昂。因此，在开始的时候数据中心的设计和建设，通常鼓励使用性能更好、更节能的IT设备。

那么IT设备的能耗是如何产生的呢？ 卢天文解释说，数据中心IT设备能耗的“大户”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，可以显着降低这方面的能耗。

“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复杂。 越来越多的功能变得越来越复杂。 与此同时，集成电路单位面积的功耗也在增加。

曹俊伟介绍，另外，从软件层面来说，其功耗与算法的设计和软件的效率有关。 从系统层面来看，取决于众多IT设备搭建的集群所采用的网络结构，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，恐怕需要借助量子计算和新型半导体材料来突破摩尔定律的局限比特币初始消耗电量，让计算设备更加高效节能——保存。 （记者刘元元）

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