国外挖矿数据中心与传统数据中心有什么差异？

自 2009 年比特币问世以来，加密货币的使用持续增长并越来越受欢迎。但随着中国全面禁止比特币挖矿后，国内的一些矿主开始转移阵地，把目光瞄向了国外数据中心。用于比特币挖掘的数据中心与其商业数据中心对应物有显着差异。数据中心如何用于挖掘加密货币与其他行业的其他数据中心不同，特别是在它们的电源和冷却系统方面。

定义比特币挖矿和挖矿数据中心

在高层次上，安全哈希算法 (SHA) 是一种用于验证比特币交易并确保比特币网络公共分类账（也称为区块链）安全的函数。比特币的开采速度以每秒哈希数来衡量。挖矿中使用的服务器（称为“矿工”或“挖矿服务器”）将最近的比特币交易捆绑到“区块”中，然后努力解决加密问题以帮助验证每个区块，确保分类账条目准确无误。这些加密问题是挖矿服务器和数据中心发挥作用的地方。解决这些问题需要长时间运行的重型计算能力。

比特币网络通过向那些贡献所需计算能力来验证交易的人发放比特币，为他们的时间、精力和财务投资支付比特币矿工的报酬。矿工拥有的计算能力越大，报酬的部分就越大——这是个人和公司建立兆瓦比特币挖矿数据中心的首要驱动因素，供自己使用或供付费客户使用，然后他们可以访问挖矿服务器无需在信息技术 (IT) 和设施方面进行大量资本投资。在任何一种情况下，最小化初始成本和持续能源成本对于最大化投资回报 (ROI) 至关重要。

从根本上讲，采矿数据中心与其他类型的数据中心具有相同的基本设计和操作原则：将电力输送到建筑物并分配给设备，空气分配系统保持所需的环境条件，建筑物提供外部保护外部威胁的条件和安全。尽管在更深层次上，用于挖掘的数据中心与其商业数据中心对应物存在显着差异。在检查以下类别时很容易看到这种差异：

• 挖矿服务器设计的影响
• 数据中心结构和外壳
• 冷却和空气分配
• 能源使用和效率。

分析2014 年至 2018 年比特币增长的数据表明，采矿活动出现了巨大增长。这是与采矿作业相关的能源使用的重要指标。从 2014 年到 2018 年，采矿（和能源使用）的增长非常强劲，趋势分析显示持续积极、积极的增长。考虑到正在发生的非常快速的增长和预测，必须关注节能战略。

挖矿服务器设计

投资挖矿服务器时的两个主要考虑因素是每个哈希的初始成本和以瓦特每个哈希表示的电力效率。性能更高的计算机具有更高的哈希率，为挖矿操作提供更大的计算能力。与企业服务器相比，矿工旨在仅完成一项任务挖掘。目前，用于挖矿服务器的常见架构类型是基于专用集成电路 (ASIC) 芯片，通常称为片上系统 (SoC)。

在制定冷却系统策略时，一个重要的考虑因素是矿机可以在 80 到 90°F 的入口条件和 10% 到 80% 的非冷凝相对湿度下运行。一台功能强大的挖矿服务器的电力需求可以达到 1,400 W 或更多，从而将等量的热量散发到数据中心。为了最大限度地减少由于内部温度过高而导致服务器故障的可能性，一些服务器制造商提供了一个控制器，可以根据温度改变服务器中风扇的速度、电压和机器的时钟速度。此外，矿机更大的横截面积允许更好的气流穿过 ASIC 芯片，从而实现有效的散热。能够利用这些更高的工作温度，这可以减少或消除对冷却系统的要求，是挖掘数据中心的核心组织原则。冷却设备减少的程度取决于数据中心建筑的大小、位置和物理特性。

结构和信封

通常，采矿数据中心使用由轻质材料建造的建筑物，包括外墙、屋顶和窗户，例如存储设施或仓库。这种结构类似于电信行业协会(TIA) 942 标准中定义的 1 级基本设施. 在系统可靠性、处理极端天气事件、安全性和许多其他标准方面，1 级基础设施的弹性在四个级别中最低。该标准进一步将 1 级基础设施定义为容易出现操作错误或站点基础设施组件的自发故障，从而导致数据中心中断。在考虑建造此类数据中心时，必须进行彻底的风险评估和分析，因为电力/冷却中断或结构损坏可能导致灾难性后果。

1 级基础设施数据中心在冷却系统中几乎没有或没有冗余。可靠性较低的系统不使用冗余设备，例如泵、冷却器和空气处理设备。在这种情况下，机房较小，因为设备较少。这个“发现”的空间将用于挖矿服务器，这有利于挖矿操作，但会增加所需的电力和冷却能力。该设施的内部通常是大型高架仓库式内部，在安装数千台采矿服务器时提供必要的灵活性和工作空间。

冷却和空气分配

在传统的数据中心中，服务器安装在机柜或机架中，以将服务器固定到位，允许电缆管理，并有助于空气流通。在采矿数据中心，服务器安装在工业货架单元上，可以在服务器出现故障时快速更换。这种搁架布置为采购产品和安装搁架的劳动力提供了成本优势。

使用工业型搁架放置计算机的优点之一是安装的开放性。矿工被放置在货架上，使空气可以在上方、下方和两侧流动。在这种安排中，没有正式的气流管理，例如热通道/冷通道配置；进入服务器的空气温度不均匀，变化很大。温度是由服务器风扇出口处的对流力和空气混合共同产生的。将其与企业数据中心进行比较时，存在重大差异。典型的企业数据中心将服务器堆叠在机柜内，并且机柜并排放置。目的是创建通常非常可控的气流模式，入口在服务器的正面，从背面排出。这种安排导致更可预测和可控的空气温度梯度。

在数据中心，冷却系统是最昂贵和最耗能的（在服务器后面）。在这种情况下，减少或消除冷却器、冷却塔、泵、管道和管道系统等组件将减少或消除大部分冷却系统。减少使用或消除这些系统也将解决首次成本和能源成本问题。由于冷却系统的主要工作是保持 IT 设备在规定的温度和湿度水平下运行，因此缓解服务器的室内环境要求（例如，允许它们在更高的内部温度下运行）将减少能源消耗和，在某些情况下，减小冷却系统的尺寸。

如前所述，挖矿服务器可以在 80 到 90°F 甚至更高的气温范围内运行。如果室外空气大约等于服务器允许的最高温度，则不需要机械冷却。因此，必须同时考虑数据中心的地理位置和服务器的最高工作温度；较冷的位置和较热的服务器运行温度将消耗最少的能源，而最热的位置和最低的服务器温度将消耗最多的能量。

采矿作业的能源效率

能源使用是采矿作业的主要问题。如果运营成本高于采矿作业获得良好财务回报所需的成本，则该商业模式将行不通。为了说明这一点，在 2009 年比特币推出时，创建的每个区块价值 50 个比特币。按照设计，这个数字计划每 4 年下降一半：2012 年为 25 个比特币，2016 年为 12.5 个比特币，2020 年为 6.25 个比特币。当采矿业的收入下降一半时，其能源消耗必须成比例地下降。如果它不下降，采矿将成为一项无利可图的活动。需要通过对位置、系统类型、服务器性能等的前期分析来控制能耗和成本。

为了了解不同组件如何影响总拥有成本（本示例中为简单回报），说明了简单回报对不同变量的敏感性。

假设：

• 挖矿服务器的电力需求为 1,620 W。
• 服务器的哈希率为 18 TH/s。
• 服务器的第一笔费用是 4,800 美元。
• 电费为 0.10 美元/千瓦时。
• 该服务器将开采相当于 3,200 美元/年的比特币。
• 数据中心的冷却系统功率（瓦特每瓦服务器功率）为 0.392。
• 数据中心建设成本（每瓦服务器功率美元）等于每瓦 3 美元。

结果讨论

• 在执行此类分析时，其中一个假设是当单个变量发生变化时，其他变量保持静态。对于此分析，这通常是正确的，但案例 3 除外，其中冷却能量随着服务器功率的降低而降低。
• 与所有数据中心项目一样，减少 IT 设备的电力负载将对减少整体能源使用产生最大影响。
• 在任何数据中心能源消耗分析中，研究 IT 负载是起点，因为所有能源使用都级联到其他系统。
• 提高服务器运行温度将降低 5% 的投资回报。必须考虑服务器故障率增加的风险，包括年度更换成本。
• 案例 4 假设能够获得基本案例服务器，但要少 20%。算力和算力是一样的。
• 电力公用事业费是固定费率结构：不包括时段费率或需求费。根据美国的地区，这些可能会对总拥有成本产生重大影响。
• 本分析中假设的建筑类型是简单构造的 1 级设施。建造更坚固的建筑，如第 2 层或第 3 层，将增加大量成本。

此分析旨在提供有关操作不同变量如何影响简单投资回报的高级快照。它并非详尽无遗，无法说明可能进一步影响总拥有成本的不同情况和参数。例如，即使使用室外空气来冷却数据中心，电力密集度高的装置也可能需要补充冷却以避免出现极端热量积聚的区域。此类分析未涵盖此类细微差别。

与很难（如果不是不可能）在服务器能源使用和财务回报之间建立一对一关系的企业服务器不同，这种相关性很容易从采矿作业中获得。这在一定程度上是可能的，因为虽然企业服务器将处理多种不同的应用程序，但挖掘服务器的设计目的是只做一件事——挖掘。在规划新的采矿数据中心时了解影响参数将提供有价值的数据和分析技术，以最大限度地提高业主的投资回报率。