比特幣的耗能難題|個人電腦、網路發展初期,一度也被視為能源浪費

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比特幣的耗能難題|個人電腦、網路發展初期,一度也被視為能源浪費

(本文經授權轉載自深潮 TechFlow,原文標題為《1999年,網際網路也浪費電》,原文請見)

週六,朋友圈被一個比特幣礦工關停礦機的視頻刷屏了,大家不約而同配上了相同的文字,一個時代結束了。

6月20日零點,四川所有比特幣等虛擬貨幣礦機將被集體斷電,比特幣算力去中國化成為事實。

現在無論做出什麼樣的評價或許還是太早,且有失客觀,還是讓時間來給予答案。

只是,突然想起了早期的網際網路。

天底下沒有新鮮事,在個人電腦和網際網路發展的初期,這也一度被視為浪費電力能源,造成環境污染的危險之物。

1999年,福布斯雜誌發表了這樣一篇文章《Dig more coal — the PCs are coming》(挖更多的煤——個人電腦時代來臨),批判了網際網路興起導致電力消耗增加,更多煤炭被開採。今天與大家分享一下這篇文章。

原文

在美國的某個地方,每次在線訂購一本書時都會燃燒一塊煤。

根據當前燃油經濟性評級:大約1磅煤炭,可用於創建、包裝、存儲和移動2兆字節的數據。事實證明,數位時代非常耗能。網際網路有朝一日可能會為我們節省磚塊、灰泥和目錄紙,但它正在燃燒大量化石燃料。

在個人電腦的引擎蓋下,對「馬力」的需求每隔幾年翻一番。是的,今天的微處理器在將電轉化為計算方面比其先驅強大得多,但對數位電力的總需求增長速度遠快於效率。我們正在使用更多的芯片和更大的芯片,並處理更多的數位資訊。

總體來說,芯片運行得越來越熱,風扇轉得更快,我們的磁盤驅動器和屏幕的功耗正在上升。對於古老的熱電綜合體,人們普遍認為它正處於衰退期,其影響是驚人的。

今天電網兆美元的基礎設施中,大約一半只服務於兩個世紀歷史的技術——燈泡和電動機。不久前,這意味著電力行業增長前景渺茫。我們擁有的電機和燈泡數量與我們的需求差不多。「電力的長期供應曲線與堪薩斯州的地平線一樣平坦。」綠色大師Amory Lovins 在1984 年宣稱。

然而,當洛文斯(Lovins )在調查時,IBM和其他公司剛剛開始推出大量的個人電腦。今天,全球年產量為500億個集成電路和2000億個微處理器,這些芯片中的每一塊都依靠電力運行。在其表面,比特化身為電子,芯片以極高的功率密度運行,高達太陽表面功率密度的十分之一。朗訊、諾特爾、思科、3Com、英特爾、AMD、康柏和戴爾已成為電力需求復蘇背後的新通用電氣。

您的個人電腦及其外圍設備需要大約1000 瓦的功率。IntelliQuest的一項研究表明,網際網路用戶平均每週在線12小時,這種使用意味著一年大約1000千瓦小時的電力消耗。

家庭中已經有超過5000萬台個人電腦,企業中還有1.5億台電腦,每年另有3600萬台出售,2000萬台在網際網路上出售。

而你桌上的每件有線硬件,都有兩三件設備潛伏在網路之外——辦公室集線器和服務器、路由器、中繼器、放大器、遠程服務器等等。為施瓦布或亞馬遜供電的重鐵通常需要一兆瓦,目前已經有超過17000家純網路公司(Ebay、E-Trade等)。

每個較大的公司都代表一個小村莊的電力負荷

將dot.com從網際網路到桌面需要更多的電力。例如,思科的7500系列路由器通過每秒4億位的路由傳輸速度來保持網路的熱度,但要做到這一點,它需要1.5千瓦的功率。無線網吸引的功率更大,因為它的信號是向各個方向廣播的,而不是通過電線或光纖隧道傳輸。數位PC網路仍處於起步階段,預計在幾年內將需要7萬個無線電基站,在十年內將需要兩倍。每個站點至少燃燒幾千瓦。無線手持市場(下一代掌上機等)將在幾年內年銷售額達到2000萬台。

單獨地看,其中許多盒子只消耗電力。現在的手持設備靠幾節AAA電池就能運行數週。思科公司最新的千兆路由器12000系列可以處理16倍於其前代產品的帶寬,而電力消耗卻相同。但是對計算能力的總需求超過了任何效率的提高。根據半導體工業協會的數據,今天最先進的集成電路可以包含2100萬個晶體管,以400兆赫的速度運行,功率為90瓦;在十年左右的時間裡,它將讓位於1800兆赫,功率為175瓦。

即使惠普的Toronado 和諾基亞的網際網路手機最終依靠體溫運行,它們也會在網路中輸入和輸出數據,從而推動上游的電力需求。

網路流量確實每三個月翻一番。大約1700萬家庭已經擁有兩台或兩台以上的個人電腦。通信芯片現在正在從桌面上遷移開來。伊萊克斯最近宣布了其「網際網路冰箱」,這是一台嵌入式個人電腦,取代了塗鴉紙條和門磁鐵。GE有一台網際網路微波爐。軟件公司EmWare正在與Sybase、3Com和Micron合作,將自動售貨機上線,以提高庫存和管理效率。

僅僅製造所有這些數位盒子就需要大量的電力。價值數十億美元的製造廠裡裝滿了爐子、泵、烘乾機和離子束,所有這些都是電動驅動的。將電路蝕刻在一平方英寸的矽上需要9千瓦小時,製造整台PC(1000千瓦小時)的功率大約相當於運行一年所需的功率。

典型的晶圓工廠已經是10到15兆瓦的電力怪獸——從電學上講,大約有一個小型鋼鐵廠那麼大。美國至少有300 家這樣的工廠,晶圓廠及其供應商目前消耗了美國近1% 的電力輸出。

資訊與電力的融合已經對總體需求產生了明顯的影響。網際網路上至少有1億個節點,每年消耗數百至數千千瓦時的電力,加起來有2900億千瓦時的需求。這大約是美國總需求的8%。再加上用於建造和操作獨立的(未聯網的)芯片和計算機的電力,總數躍升至約13%。現在有理由預測,在未來十年內,一半的電網將為數位-網際網路經濟提供動力。

網際網路在全球影響巨大。英特爾預計全球有10億人在線。這相當於1兆美元的計算機銷售額–以及另外1兆美元的電力供應骨幹的投資,10億台網上的個人電腦代表了相當於今天美國總容量的電力需求。

但所有這些新的數位智能不會以其他方式減少能源需求嗎?例如,遠程辦公和電子郵件會減少經濟中其他部門的消耗。運輸部門的能源需求確實在一定程度上趨於平緩。倉儲的減少,以及經濟的整體調整,正在削減對汽油、柴油和取暖燃料的需求。

但對電力的需求卻沒有減少,因為電力主要由煤炭(56%)、核能(20%)、水力(10%)和天然氣(10%)產生。計算機本身減少了冬季的供暖負荷,因為運行芯片的電力最終會作為熱量散佈在後面,但這些收益被計算機在夏季帶來的額外冷卻負荷所抵消。

因此,儘管多年來在照明、冷卻和加熱效率方面有了很大的改進,但商業辦公建築每平方英尺的總能耗幾乎沒有減少。典型的家庭辦公室是在市中心的辦公室之外設立的,而不是代替。

佳能公司的新型數位X光機最近得到了美國食品和藥物管理局的批准,它將取代數以百萬計的X光片和數以萬計的機器,但它也可能加速更多醫生辦公室的X光機的部署。這些新設備也會佔用帶寬,因為它們會在網路上傳輸高分辨率的圖片,以尋找遠方專家的第二意見。總體來說,電力消費總量每年繼續增長約3%,其中一半以上的增長歸因於微處理器的崛起。

預計電網的另一個方面也將發生根本性變化:質量和可靠性。傳統的電網可以容忍60週期的電力出現單週期的停頓。對於冰箱、燈泡和烤箱來說,電流中的一個小插曲僅僅是一個不便之處。

對於計算機和路由器來說,這可能是一場災難

這就是為什麼像美國電源轉換公司,通過為從台式機到網路公司服務器到路由器和企業數據中心的各種產品銷售不間斷電源,在十年內收入猛增70倍。保持電力清潔的系統和電子裝置也出現了類似的繁榮。

德克薩斯州奧斯汀市的 Active Power 公司生產了一種基於飛輪的電力儲存系統,其大小可以隔離和保護整個辦公樓和工廠免受「髒」電的影響,1.4噸的飛輪以7700轉/分的速度旋轉。

馬薩諸塞州韋斯特伯勒的美國超導公司使用一個兩兆瓦的超導磁鐵,重達四分之三噸,來做類似的工作。不可避免的是,將有更多非常重的原子被部署,以保持我們的比特在其指定的回合上。

未來學家已經向我們承諾了一條資訊高速公路,而不是滿載煤炭的火車,光纖電纜,而不是600千伏的電力線,然而我們將同時得到這兩樣東西。