계산적 극대주의: 비트코인 채굴과 인공 지능의 공생 관계

글: 아리엘 데샤펠, 드류 암스트롱, 비트코인 매거진; 편집: 화이트워터, 골든 파이낸스

인류 발전의 이야기는 에너지 활용의 증가로 단순화할 수 있습니다. 우리는 생물학적으로나 사회적으로 질서를 만들기 위해 에너지를 사용합니다. 에너지의 잉여는 모든 형태의 부를 창출할 수 있으며, 이는 다시 에너지를 더 효율적으로 사용할 수 있는 새로운 기술을 창출합니다. 이 사실은 에너지 자원을 유용한 목적으로 사용하는 능력으로 문명을 측정하는 카르다셰프 지수 같은 유명한 개념에 영감을 주었습니다.

컴퓨팅은 이러한 노력의 자연스러운 연장선상에 있습니다. 현대의 디지털 기술은 점점 더 많은 전력을 첨단 가치 창출 프로세스로 전환하고 있습니다 . 최근 컴퓨팅 수요의 급증은 주로 비트코인 채굴과 최근에는 고성능 컴퓨팅("HPC"), 특히 AI용 그래픽 처리 장치("GPU")라는 두 가지 기술에서 비롯되었습니다. 이러한 기술로 인한 에너지 소비의 급격한 증가는 많은 의문을 불러일으킵니다. 이러한 전력 소모가 많은 기술이 에너지 시스템에 어떤 영향을 미칠까요? 서로 많은 양의 에너지를 소비하는 이 기술들이 서로 어떻게 상호작용할까요? 이러한 발전은 인류에게 어떤 의미가 있을까요?

우리는 이러한 각 기술의 근본적인 특징과 이러한 기술이 실제로 어떻게 잉여 전기에 대한 대체 시장을 제공함으로써 에너지 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있는지 살펴봅니다. 이러한 탐구를 바탕으로 비트코인 채굴과 HPC는 경쟁이 아닌 상호 보완적인 기술이라는 주장도 제기합니다. 앞으로 살펴보겠지만, 각각의 장단점은 사회 전체의 이익을 위해 에너지 자원에서 창출되는 가치를 극대화할 수 있는 공생 능력을 제공합니다.

요컨대, 우리는 계산적 극대주의를 옹호합니다.

에너지 효율

현대 기술은 다양한 에너지원을 전기로 변환하는 데 의존하고 있으며, 여기에는 여러 가지 도전 과제와 장단점이 존재합니다. 그중 가장 큰 문제는 휴대성의 제한입니다.

이것은 몇 가지 간단한 현실 때문입니다. 전기는 기본적으로 에너지를 실시간으로 전송하는 일련의 거대한 회로인 전력망이 필요합니다. 전력망은 균형을 유지해야 하며, 이는 발전량이 어느 시점의 수요량과 거의 같아야 함을 의미합니다.

이것은 두 가지 이유로 어렵습니다.

첫째, 에너지 자원이 항상 편리하게 분배되는 것은 아니며, 개발 주기가 길고 가변적인 파견 기능을 가지고 있습니다.

둘째, 전송과 저장 모두 비용이 많이 들고 배송 시간도 비슷하게 길고 비효율적입니다. 송전 및 배전 손실은 전기가 현지 소비자에게 도달할 때까지 8~15%로 추정되며, 장기 배터리 저장의 경우 손실이 더 큽니다.

그 결과 전기를 시간이나 공간에 걸쳐 운송하는 것보다 공급원에서 즉시 사용하는 것이 항상 더 저렴하고 효율적입니다. 따라서 가장 효과적인 해결책은 전력을 사용할 수 있는 곳까지 더 멀리 비효율적으로 운송하는 것이 아니라 사용 사례를 전환하는 것입니다. 컴퓨팅은 전력 밀도가 높고 휴대성과 확장성이 뛰어나며 아직 컴퓨팅 수요에 대한 한계를 찾지 못했기 때문에 이러한 잉여 전력의 이상적인 사용 사례입니다. 한편, 알루미늄 제련 및 제조와 같은 전통적인 형태의 에너지 소비에는 '물리적 공간'의 제약이 강력한 제한 요인으로 작용합니다.

비트코인 채굴은 지역 잉여 전력의 이상적인 사용 사례가 되어 그리드 균형을 맞추기 위해 파견 가능하고 수익을 창출하는 부하를 제공합니다. 최근에는 고성능 컴퓨팅(특히 GPU)에 대한 수요도 에너지 사용에 무시할 수 없는 영향을 미치고 있습니다. 많은 사람들이 이 두 기술이 동일한 에너지 자원을 놓고 경쟁할 것으로 예상하지만, 각각의 특성을 살펴보면 공생할 수 있는 잠재력이 있다는 것을 알 수 있습니다.

비트코인 채굴

비트코인 채굴은 라이선스가 필요 없는 에너지 소비의 한 형태라고 생각할 수 있습니다. 비트코인의 작업 증명 합의 메커니즘은 에너지 집약적인 컴퓨팅을 증명하는 것과 같습니다. 채굴자는 새로운 트랜잭션 블록을 생성하고 보상으로 비트코인을 받기 위해 이 에너지 집약적인 계산을 수행해야 합니다. 탈중앙화된 무허가 방식으로 글로벌 결제를 보장하는 것이 바로 이 작업 증명입니다.

실제로는 전 세계 기본 데이터 센터에서 수백만 대의 컴퓨터(현재는 애플리케이션 특정 집적 회로 또는 "ASIC"이라고 함)가 실행되는 것처럼 보입니다. 비트코인 채굴의 가장 큰 장점 중 하나는 라이선스가 필요 없다는 점으로, 전 세계 어디서나 누구나 ASIC을 연결할 수 있습니다. 사실상 비트코인은 전 세계 채굴자들이 글로벌 에너지 시장에 참여할 수 있게 해주며, 가장 낮은 전력 비용을 가진 사람이 가장 많은 돈을 벌게 됩니다.

이 글로벌 탈중앙화 네트워크는 24시간 연중무휴로 운영되고 단일 장애 지점이 없으며 정치적으로 통제되는 중앙은행 독점의 왜곡된 인센티브를 피할 수 있는 새로운 통화 및 금융 시스템을 찾는 사람들로 인해 비트코인의 인기가 꾸준히 증가하고 있는 이유 중 하나입니다.

GPU/HPC 인프라와 비교했을 때 비트코인 채굴은 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 클라이언트 필요 없음

• 고객 확보 필요 없음

• 지원 필요 없음

• 높은 중단률

• 낮은 운영 복잡성

• 낮은 연결 요구 사항(100MB/s 미만)

• 낮은 수익성(보통)

HPC

데이터센터 GPU는 가장 새로운 형태의 HPC로, 이를 기반으로 하는 AI/ML 혁신에 대한 관심이 급증하면서 지난 2년 동안 수요가 폭발적으로 증가했습니다. 이러한 기술은 이전에는 불가능했던 완전히 새로운 종류의 디지털 작업과 기능을 가능하게 하며, 그 결과 사용 사례는 이제 막 탐색되기 시작했습니다. 이러한 기술에 대한 관심이 갑자기 급증하면서 기반 GPU의 선도적인 제조업체인 NVIDIA는 세계에서 가장 가치 있는 회사로 급부상했습니다.

초기에는 이러한 갑작스러운 수요 급증으로 인해 GPU 생산 자체에 심각한 병목 현상이 발생했습니다. 그러나 이는 일시적인 현상일 뿐 시간이 지나면서 생산량 증가로 문제가 완화되었고, 새로운 병목 현상인 데이터센터 랙 공간과 저렴한 전력으로 초점이 빠르게 이동했습니다. 그 결과 대규모의 안정적인 전력 공급이 가능한 곳이면 어디든 새로운 데이터센터 건설이 폭발적으로 증가했습니다. 이로 인해 전력 과잉이 발생하는 많은 지역에서 GPU 인프라가 비트코인 채굴과 경쟁할 수 있게 되었습니다.

비트코인 채굴과 비교하여 GPU/HPC의 특징은 다음과 같습니다:

• 고객이 필요하지 않습니다

• 고객 확보가 필요하지 않습니다

• 고객을 확보할 필요가 없습니다.

• 고객 지원 불필요

• 운영 중단이 낮음

• 높은 운영 복잡성

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• 높은 연결 요구사항(10 - 100GB)

• 높은 수익성(보통)

과잉 전력으로 낮은 운영 비용

지난 10년 동안 비트코인과 AI/ML 기술에 대한 수요가 증가하면서 사회에 대한 유용성이 입증되었습니다. 이러한 수요는 각각의 컴퓨팅 리소스의 급증으로 이어졌습니다.

운영 비용을 줄이기 위한 노력의 일환으로 두 시장 모두 종종 더 저렴한 잉여 전력을 활용하고자 합니다. 이는 위에서 언급한 그리드 비효율성을 자연스럽게 해결하지만, 데이터센터 구축업체와 운영자는 동일한 양의 가용 전력에 대해 어떤 형태의 컴퓨팅을 지원하고 투자해야 하는지 고민하게 될 것입니다.

두 가지 형태의 컴퓨팅은 모두 에너지 집약적이고 상대적으로 위치에 독립적이기 때문에(법적 또는 관할권 고려 사항이 이 글의 범위를 벗어나지 않는 한) 겉보기에는 경쟁적으로 보이지만 실제로는 초과 전력 또는 좌초된 전력을 극대화하고 수익을 창출할 수 있는 매우 상호 보완적인 도구가 될 수 있습니다.

GPU 워크로드는 운영 복잡성이 높고 중단 가능성이 낮을 뿐만 아니라 초기 자본 투자도 더 높습니다. 따라서 태양광 패널 발전의 피크 시간대와 같이 단기간의 전력 잉여를 활용하기에는 적합하지 않습니다. 비트코인 채굴과 달리 GPU 고객은 일반적으로 가동 시간 및 가용성과 같은 문제에 민감합니다. 스팟 인스턴스 및 이러한 인스턴스에서 페일오버를 허용하는 프레임워크와 같은 예외가 있지만, 일반적으로 GPU 인프라의 중단 허용 범위는 고객이 존재하기 때문에 비트코인 채굴의 중단 허용 범위와 결코 일치하지 않습니다. 더 높은 자본 비용과 복잡성과 함께 이러한 상황에서 비트코인 채굴은 계속 성장하여 그리드에서 매우 유연하고 파견 가능한 부하가 될 것으로 예상할 수 있습니다.

반면, 수력발전소나 원자력 발전소의 기본 발전량과 주변 소비량 사이의 본질적으로 고정된 차이와 같이 지속적인 전력 잉여는 GPU 인프라가 그 차이를 좁히고 새로운 기준 소비량과 균형을 확립할 수 있는 이상적인 기회입니다. 이러한 시나리오는 GPU 인프라의 낮은 중단성을 선호하며, 훨씬 더 높은 수익을 보장하기 위해 지출과 운영 복잡성 증가를 정당화합니다. GPU 워크로드를 원활하게 처리할 수 있는 지원 대역폭(최소 10GB/s, 이상적으로는 100GB/s)이 제공되는 한, 이러한 사이트는 비트코인 채굴 전용인 경우보다 항상 더 큰 수익 창출 기회를 제공할 것입니다.

하이브리드 데이터 센터 전략

두 기술을 모두 활용하여 수익과 투자 수익을 극대화할 수 있는 여러 가지 전략도 있습니다.

첫째, 비트코인 채굴은 사이트가 고성능 컴퓨팅에 적합해질 때까지 에너지 자원의 초기 부하로 사용할 수 있습니다. 예를 들면 (1) 반 이동식 모듈식 비트코인 채굴 데이터 센터를 사용하여 나머지 HPC 데이터 센터 인프라(중복 전력/인터넷 라인, 건물, 백업 에너지 시스템 등)를 구축하는 동안 전력으로 수익을 창출하거나, (2) 비트코인 채굴을 사용하여 유휴 에너지 자원을 활용하고 그 중 일부는 궁극적으로 HPC에 사용할 수 있습니다. 실제로 Core Scientific은 최근 다음과 같이 발표했습니다. 와의 계약을 발표한 것은 비트코인 채굴이 궁극적으로 HPC에 사용될 대형 변전소 및 데이터 센터 인클로저의 개발로 이어졌기 때문에 이러한 일이 실제로 일어난 사례로 볼 수 있습니다.

두 번째, 더 발전된 전략은 비트코인 채굴을 HPC 워크로드의 전력 소비의 균형을 맞추는 힘으로 사용하여 HPC와 비트코인 채굴 워크로드를 결합하는 것입니다. 변동. HPC 워크로드에는 안정적인 전력이 필요하지만, AI/ML 모델 생산을 호스팅하는 '추론 워크로드'는 사용자의 실시간 사용 수준에 따라 변동될 수 있으며, 그 결과 높은 활동과 전력 소비, 낮은 활동과 전력 소비의 전형적인 주기가 발생할 수 있습니다. 현재까지 이 HPC의 가치는 변동하는 전력 사용과 관련된 비효율성을 크게 능가했지만, 비트코인 채굴의 매우 유연하고 중단 불가능한 특성은 안정적인 전력 소비를 제공하여 데이터 센터 전체에 추가 수익을 제공할 뿐만 아니라 전기의 유효 가격을 낮추는 데 사용될 수 있습니다. 일부에서는 이 전략을 앞에는 AI를 배치하고 뒤에는 비트코인을 배치하는 '뮬렛 데이터 센터'라고 설명하기도 합니다. 아직 초기 단계이긴 하지만, 이 접근 방식은 HPC와 비트코인 채굴의 이점을 활용하여 현재 기술로 가능한 최고 가치의 데이터 센터를 구축할 수 있을 것으로 기대됩니다.

산업 영향

최근까지 데이터센터 업계는 코로케이션 제공업체가 주도해 왔습니다. 이러한 공급업체는 산업용 서버 호스팅을 위한 시설을 구축하고 공간, 전력, 연결성, 때로는 서버 자체를 테넌트에게 임대합니다. 전통적으로 이러한 테넌트의 대부분은 대기업과 하이퍼스케일 클라우드 제공업체였습니다. 대부분의 경우 이러한 하이퍼스케일 및 엔터프라이즈 테넌트는 성장을 지원하기 위해 자체 데이터 센터를 구축하기도 합니다.

2017년경부터 비트코인 채굴은 비트코인 채굴을 지원하기 위해 특별히 건설된 전체 데이터센터 단지를 통해 산업 수준으로 옮겨갔으며, 이러한 지역에서 생산 및 소비되는 전력량은 매우 다양합니다. 이제 2023년과 2024년에는 시장에 훨씬 더 극적이고 파괴적인 변화가 일어날 것으로 예상됩니다. GPU 인프라에 대한 수요가 급증함에 따라 이전에는 코로케이션에 집중했던 많은 데이터센터가 GPU 인프라를 직접 구매하고 호스팅하기 시작했습니다. 동시에 하이퍼스케일 기업들은 새로운 HPC 수요 급증에 대비해 저렴하고 안정적인 전력을 확보하기 위해 대규모 기저부하 발전소와 코로케이션을 하고 있습니다. 이는 특히 주목할 만한데, 간헐적 재생 에너지가 최근 몇 년간 정부 보조금 덕분에 가장 인기 있는 발전 방식이 되었기 때문입니다.

예상되는 사항:

1. 두 가지 형태의 컴퓨팅에 대한 에너지 수요의 지속적인 증가.

2. 새로운 데이터 센터 건설은 고수익 사용 사례를 위해 많은 비트코인 채굴 시설의 용도가 변경되면서 HPC 공간 확장의 다음 병목 현상이 될 것입니다.

3. 채굴 하드웨어는 HPC 워크로드가 수익화에 적합하지 않은 원격 위치 및 다양한 비효율성을 찾아 변두리로 이전할 것입니다.

4. "뮬렛 데이터 센터"에서 비트코인 채굴과 HPC를 혼합하면 HPC의 높은 수익 잠재력과 비트코인 채굴의 유연성을 활용하여 전력 소비와 로컬 그리드의 균형을 효율적으로 맞추면서 기존 데이터 센터 전략보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다.

결론


에너지 집약적인 새로운 기술이 등장하면 에너지 활용과 외부 영향에 대해 우려하는 경우가 많습니다. 비트코인 채굴과 HPC도 예외는 아니어서, 정치인과 화제의 기술자들은 이를 완화하거나 통제할 것을 요구하고 있습니다. 하지만 이러한 에너지 집약적인 기술은 인류 발전의 자연스러운 흐름입니다. 비트코인 결제 네트워크와 AI/ML 워크로드가 제공하는 자명한 유용성 외에도, 유용한 경제적 목적을 위해 신규 및 기존 에너지 자원을 극대화하는 효율적인 방식으로 배치될 수 있음을 증명할 수 있습니다.