以下是The Tokenist主編Shane Neagle的客座文章。自2009年主網上線以來，比特幣持續向主流意識滲透，產生了許多連鎖效應。首先，它作為一種啟示性工具，展示了貨幣的本質，為什麼它應該脫離中央銀行，以及固定供應對貨幣估值的重要性。
其次，比特幣引發了整個加密行業的興起，進一步證明了去中心化金融服務的必要性，這些服務消除了中間人，改為由區塊鏈網絡執行智能合約。隨著這個2.2萬億美元的行業的發展，銀行進一步失去了作為可信中介的角色。
第三，數據中心基礎設施變得比以往任何時候都更加重要。無論是家庭用還是大型挖礦運營，加密基礎設施需要可靠的高性能計算資源、存儲容量和內存，以及快速網絡，以極大地減少區塊鏈延遲。
事實上，數據中心如此重要，以至於出現了一個整個知識領域，以平衡功耗要求、冷卻解決方案、服務器密度和加密主機位置。當這些因素聚集在一起時，加密需要對數據中心設計本身留下不可磨滅的印記。讓我們來探討一下如何實現這一點。
數據中心在加密基礎設施中的關鍵作用
在互聯網的早期，寬帶連接是罕見的。這就需要企業和機構內部的本地資源用於數據存儲和管理。到了2000年底，寬帶基礎設施已經足夠普及，可以開始支持雲計算。
換句話說，數據中心開始轉移到遠程、可擴展、按需的服務器集群。消除現場基礎設施並在遠程主機上存儲數據和應用程序，可以大大降低前期資本支出。當然，這最終使亞馬遜網絡服務（AWS）、微軟Azure和谷歌雲成為數據中心三巨頭，為今天的數字化領域提供了大量的動力。
然而，保護區塊鏈網絡需要一個全新的負載層。因為這些數字總帳本實現實時交易處理，需要多個節點之間進行驗證，所以需要額外的CPU、GPU計算能力和內存，以最大程度地減少擁塞和延遲。
如果區塊鏈網絡的流量突然激增，這也需要資源冗余。這就是為什麼人工智能和以區塊鏈為導向的數據中心從傳統的客戶端到服務器體系結構向脊柱和葉片體系結構過渡的原因。
脊柱-葉片方法採用非分級設計，使數據可以在服務器之間水平流動。對於區塊鏈網絡來說，這是至關重要的，因為每個節點可以直接與其他節點通信，無需通過易擁塞的中心點。
因此，脊柱-葉片體系結構減輕了瓶頸和單點故障的可能性。由於這與加密去中心化和點對點（P2P）通信的精神相呼應，脊柱-葉片數據中心已成為區塊鏈可靠性和安全性的新標準。
能源消耗和效率挑戰
隨著區塊鏈網絡需要更大的計算能力來驗證交易和執行智能合約，能源消耗的需求也越來越大。根據國際能源署（IEA）的數據，2022年全球加密行業服務的數據部門消耗了460 TWh的電力，預計到2026年將翻一番。
舉例來說，法國在2021年每年消耗447 TWh。這些趨勢清楚地指出了可靠的電力來源的重要性，這就是為什麼微軟決定與Constellation Energy達成一項為期20年的協議，於2028年重啟1號核反應堆。
在歐洲，歐洲委員會甚至將小型模塊反應堆（SMRs）定為“綠色”以平衡碳排放減少努力和增加的電力需求。但是，單純的電力容量只是擴展的開始。
為了使針對加密的數據中心更加高效，它們正在接近發電廠。這最好的例子就是比特幣。這種主要加密貨幣使用工作證明算法來保護網絡，從而將比特幣錨定在能源和硬件資產的實體世界中。
這就是為什麼比特幣作為去中心化貨幣和全球財富轉移的價值所在。從本質上講，比特幣代表了數字能量。但由於電力在遠距離電力傳輸中會損失，因為銅/鋁電阻，所以在任何地方建立加密數據中心是浪費的。
相反，它們應該盡可能靠近發電廠，以減少傳輸損失。以紐約州電廠為例，它通過直接插入數千台服務器，避開了州級網絡。同樣，德州Rockdale的市長Ward Roddam最近提出的觀點是，比特幣挖礦可以通過投資來抽取多余的能源，穩定電網並振興社區。
“Riot Platforms正在科爾薩卡納建設一個最先進的設施，將成為納瓦羅縣最大的雇主之一。在未來十年，這個礦場可能帶來14億美元的應納稅購買和超過1.15億美元的工資。”
另一家加密挖礦公司TeraWulf一直在Susquehanna核電廠附近建設其Nautilus Cryptomine，該核電廠現在掌握在Talen Energy手中。這將是第一個零碳排放的、由核能供電的比特幣挖礦設施。
擁有200 MW的容量，這相當於每年約160,000個美國家庭的能源消耗。
為區塊鏈技術適應數據中心設計
除了減少傳輸損失的空間接近之外，服務區塊鏈網絡的數據中心需要特定的機械、電氣和管道（MEP）要求。正如每個個人電腦用戶所知，這些要求的來源在於熱管理。
持續解決加密學謎題需要強大的計算能力，這會產生熱量。多年來，空氣冷卻一直是延長硬件壽命和散熱的解決方案。不幸的是，除了計算本身，冷卻還會消耗大量的能量。
這就是為什麼越來越多的數據中心趨向於更多依賴直接對芯片進行液體冷卻（浸入式冷卻），以減少能源消耗。
但即便如此，這類型的數據中心仍然需要先進的暖通空調（HVAC）控制系統以及處理熱負載的能力。同樣地，每個機架的功率密度在20-40千瓦之間的高功率密度集群需要更大的功率變壓器、備份系統和高容量的電源配電單元（PDUs）。
例如，Crypto Minotaur PDU可以處理高達92.4千瓦的功率密度。最後，為了確保連續的區塊鏈工作負載，這些數據中心通常依賴通過天然氣或柴油發電機提供的備份冗余，並配備自動轉換開關（ATS）。
層級調整和成本管理
熟悉比特幣代碼內部運作的人知道，它的安全性來自拜占庭容錯（BFT）的概念。簡而言之，即使多個網絡節點失敗，仍然可以達到對帳本當前狀態的共識。
在數據中心設計中，這意味著區塊鏈挖礦者必須根據Uptime Institute的要求考慮冗余層級：
一級：基本容量，沒有IT冗余設備，停機時間高達1729分鐘
二級：冗余容量-設備故障不太可能導致網絡停機（1361分鐘）
三級：同時可維護-由於重複的IT設備，維護和擴展不會導致停機（95分鐘）
四級：容錯-並行冷卻和電源系統以實現最小的停機潛力（26分鐘）
當然，隨著每個層級增加冗余，成本也會增加。資金充裕的大公司可以承擔這種擴展，然後吸引小企業進入其雲計算生態系統。
舉例來說，微軟Azure的數據中心基礎設施已獲得ISO/IEC 27001:2013和NIST SP 800-53的認證，這是實現四級容錯的前提。
然而，對於比特幣的需求來說，這種冗余並不是必需的，因為全球其他節點可以接管工作。比特幣的10分鐘區塊確認間隔是故意由Satoshi Nakamoto選擇的，以在網絡中注入固有的冗余。
然而，這可能不適用於像Solana（SOL）或Avalanche（AVAX）這樣的區塊鏈網絡，它們具有接近即時結算的能力，旨在取代類似Visa的資金轉移系統。對於像日內交易這樣的活動，他們需要由四級數據中心提供的最大連續運行時間。
為此，Solana基金會成立了Solana Server Program。該計劃靈活的每月合同依賴於Edgevana等數據中心提供商。
以太坊和Avalanche通常使用AWS、谷歌雲和騰訊雲來滿足它們的大部分服務器需求。
加密挖礦運營的可行性
在2022年4月的第四次比特幣半減期之後，礦工的獎勵從6.25個比特幣減少到3.125個比特幣。與此同時，比特幣網絡的難度從86.3886 T增加到目前的88.4044 T。根據CoinShares的報告，預計下一次比特幣難度調整將在10月9日增加3.81%。
這意味著相同的計算負擔和能源消耗將獲得更少的報酬。然而，只有在比特幣價格跌破4萬美元的情況下，這才會對公司造成負面影響，甚至破產。
考慮到初始資本支出的範圍，這將為不同的挖礦公司提供不同的成本運行時間。
分析加密挖礦運營的投資回報，特別是考慮到最近比特幣挖礦獎勵的減少。考慮到其他收入來源的潛力，例如將設施轉換為熱能再利用。
但是，考慮到主要的賣壓消失，特別是德國政府和Mt. Gox的支付，比特幣價格更有可能上漲而不是下跌。從歷史上看，比特幣價格在距半減期約18個月內達到新的歷史高點。
此外，隨著美國政府無法控制的支出，比特幣作為有聲貨幣的案例將逐漸鞏固，美元的價值將繼續逐漸侵蝕。最後，比特幣挖礦效率不斷提高，正如前面提到的冷浸和Antminer S21等新ASIC機器的升級。
將可持續實踐融入加密挖礦
要使電網保持穩定（並可用），它必須平衡高低需求的時段。比特幣網絡非常適合這個任務，因為比特幣挖礦者可以即時調整使用量。
在德克薩斯州議會通過591號法案之後，比特幣數據中心在能源可持續性方面還有更大的作用。該法案允許石油和天然氣運營商將排放/燒燬的天然氣銷售給現場移動數據中心。否則，這些天然氣將作為開採的副產品浪費。
這種重新定向估計可以將他們的碳足跡減少多達63%。除此之外，使用浸入式冷卻的比特幣數據中心可以用這種能源加熱水。加拿大加密挖礦初創公司MintGreen就是以這種方式在溫哥華部署數字鍋爐。
多餘的數據中心熱量還可以用於加熱溫室，正如荷蘭的BloemBitcoin所展示的那樣。
如果比特幣價格在2025年及以後獲得新的高位，很容易看到對這些創新解決方案更廣泛的接受。
結論
加密挖礦首先將大規模高性能計算（HPC）帶入人們的視野。很長一段時間以來，這一點遭到了敵視，經常被描繪為浪費。在BlackRock通過其IBIT ETF成功整合比特幣之後，這些擔憂基本上消失了。是的，這就是那家在金融行業推動環境、社會和管治（ESG）框架的BlackRock。
加密挖礦現在注定要被生成式人工智能基礎設施所淹沒，因為它從大規模數據中心部署中獲得了多年的經驗教訓。此外，即使是像Core Scientific和Iris Energy這樣的加密挖礦公司也正在採用混合方法，同時托管用於人工智能的GPU服務器和用於比特幣挖礦的ASIC機器。
最後，加密數據中心已被證明並不浪費。