인간 발전의 이야기는 에너지 활용 증가의 이야기로 단순화될 수 있습니다. 우리는 생물학과 사회 모두에서 질서를 창출하기 위해 에너지를 활용합니다. 에너지 잉여는 모든 형태의 부 창출을 가능하게 하며, 이는 다시 더 많은 에너지를 효과적으로 활용할 수 있는 새로운 기술을 생산합니다. 이러한 진리는 유용한 목적을 위해 에너지 자원을 활용하는 문명을 측정하는 카르다셰프 척도와 같은 유명한 개념에 영감을 주었습니다.
컴퓨트는 이러한 노력의 자연스러운 연속입니다. 현대 디지털 기술은 점점 더 많은 전기를 고급 가치 창출 프로세스로 변환합니다. 최근 컴퓨트에 대한 수요 급증은 특히 두 가지 기술에서 발생했습니다: 비트코인 채굴과 최근의 고성능 컴퓨트(“HPC”), 특히 인공지능을 위한 그래픽 처리 장치(“GPU”)의 사용입니다. 이러한 기술에 의한 에너지 소비의 급증은 많은 질문을 제기했습니다: 이러한 전력을 많이 소모하는 기술이 우리의 에너지 시스템에 어떤 영향을 미칠까요? 서로 에너지를 탐욕스럽게 사용하는 것을 감안할 때, 이들은 서로 어떤 상호작용을 할까요? 이러한 발전은 인류에게 어떤 의미가 있을까요?
우리는 이러한 각각의 기술의 본질적인 특성과 이들이 실제로 에너지 시스템의 효율성을 개선할 수 있는 잉여 전력에 대한 대체 시장을 제공하는 방법을 탐구합니다. 이 탐구를 바탕으로 우리는 비트코인 채굴과 HPC가 경쟁적이기보다는 상호 보완적이라고 주장합니다. 우리가 볼 수 있듯이, 이들의 각각의 트레이드 오프는 에너지 자원에서 창출된 가치를 극대화하는 공생적인 능력을 제공하며, 이는 사회 전체에 이익이 됩니다.
요약하자면, 우리는 컴퓨트 극대화를 주장합니다.
에너지
현대 기술은 다양한 출처에서 전기로 변환된 에너지에 의존하며, 이는 특정 도전과 트레이드 오프를 동반합니다. 그 중 가장 중요한 것은 제한된 이동성입니다.
이는 몇 가지 간단한 현실 때문입니다. 전기는 그리드가 필요하며, 본질적으로 에너지를 실시간으로 운반하는 대규모 회로의 연속입니다. 그리드는 균형을 유지해야 하며, 이는 생성량이 언제든지 수요와 대략 일치해야 함을 의미합니다.
이는 두 가지 이유로 어렵습니다:
첫째, 에너지 자원은 항상 편리하게 분포되어 있지 않으며, 개발하는 데 긴 시간이 걸리고, 다양한 정도의 배치 가능성을 가지고 있습니다.
둘째, 전송 및 저장은 모두 비용이 많이 들고, 비슷하게 긴 리드 타임을 가지며, 본질적인 비효율성을 경험합니다. 전기가 지역 소비자에게 도달할 때까지 약 8-15%가 전송 및 배급 손실로 소실되며, 이 수치는 장기 배터리 저장의 경우 더 높습니다.
결과적으로 생성된 전기를 즉시 소비하는 것이 시간이나 공간을 통해 운반하는 것보다 항상 더 저렴하고 효율적입니다. 따라서 가장 효율적인 해결책은 전기를 사용할 수 있는 곳으로 더 널리 비효율적으로 운반하는 것이 아니라, 사용 사례를 전기로 이동하는 것입니다. 컴퓨트는 이러한 잉여 전력을 위한 이상적인 사용 사례입니다. 왜냐하면 전력 밀도가 높고, 대부분 이동 가능하며, 확장 가능하기 때문입니다. 우리는 컴퓨트에 대한 수요의 한계를 아직 찾지 못했습니다. 한편, “물리적 공간” 제약은 알루미늄 제련 및 제조와 같은 기존 에너지 소모 형태의 강력한 제한 요소입니다.
특히 비트코인 채굴은 지역 잉여 전력에 대한 이상적인 사용 사례로 부상하였으며, 그리드를 균형 맞추기 위해 배치 가능하고 수익을 창출하는 부하를 제공합니다. 최근에는 고성능 컴퓨트, 특히 GPU에 대한 수요도 에너지 활용에 무시할 수 없는 영향을 미치고 있습니다. 많은 사람들은 이 두 기술이 동일한 에너지 자원을 두고 경쟁할 것이라고 예상하지만, 각각의 특성을 탐구하면서 잠재적인 공생 관계가 자명해질 것입니다.
비트코인 채굴
비트코인 채굴은 허가 없는 에너지 소모 형태로 생각할 수 있습니다. 비트코인의 작업 증명 합의 메커니즘은 에너지 집약적인 계산의 증명에 해당합니다. 채굴자는 새로운 거래 블록을 생성하기 위해 이 에너지 집약적인 계산을 수행해야 하며, 그에 따라 비트코인을 보상으로 받습니다. 이 작업 증명이 분산되고 허가 없는 방식으로 글로벌 정산 보장을 제공합니다.
실제로 이는 전 세계의 최소한의 데이터 센터에서 작동하는 수백만 대의 컴퓨터(요즘은 애플리케이션 특정 집적 회로 또는 “ASIC”)와 같습니다. 비트코인 채굴의 아름다운 점 중 하나는 그 허가 없는 특성입니다. 전 세계 어디서나 누구나 ASIC을 연결할 수 있습니다. 사실상 비트코인은 전 세계의 채굴자가 글로벌 에너지 시장에 참여할 수 있도록 하며, 전력 비용이 가장 낮은 사람이 가장 높은 마진을 가집니다.
이 글로벌 분산 네트워크는 비트코인의 채택이 지속적으로 이어지는 이유 중 하나입니다. 사람들은 24/7 활성화된 새로운 통화 및 금융 시스템을 찾고 있으며, 단일 실패 지점이 없고 정치적으로 포획된 중앙은행 독점의 왜곡된 인센티브를 피할 수 있습니다.
비트코인 채굴은 GPU/HPC 인프라에 비해 다음과 같은 특징으로 구별됩니다:
- 고객 없음
- 고객 유치 없음
- 지원 없음
- 높은 중단 가능성
- 낮은 운영 복잡성
- 낮은 연결 요구 사항(100MB/s 미만)
- 낮은 마진(일반적으로)
HPC
데이터 센터 GPU는 HPC의 최신 형태로, AI/ML 혁신에 대한 급격한 관심으로 인해 지난 2년 동안 수요가 폭발적으로 증가했습니다. 이러한 기술들은 이전에는 불가능했던 새로운 디지털 작업 및 기능의 전체 범주를 열어주었으며, 그 결과 사용 사례는 이제 막 탐구되기 시작했습니다. 이러한 기술에 대한 갑작스러운 관심의 폭발은 NVIDIA를 세계에서 가장 가치 있는 회사로 만들었습니다.
초기에는 이러한 수요의 급증이 GPU 자체의 생산에 심각한 병목 현상을 초래했습니다. 그러나 이는 일시적이었고 시간이 지남에 따라 생산 증가로 완화되고 있으며, 초점은 새로운 병목 현상인 저렴한 전력을 가진 데이터 센터 랙 공간으로 빠르게 전환되었습니다. 그 결과, 많은 안정적인 전력을 공급할 수 있는 곳에서 새로운 데이터 센터 구축이 폭발적으로 증가했습니다. 이는 GPU 인프라가 비트코인 채굴과 경쟁하게 만들었습니다.
비트코인 채굴에 비해 GPU/HPC는 다음과 같은 특징으로 구별됩니다:
- 고객
- 고객 유치
- 고객 지원
- 낮은 중단 가능성
- 높은 운영 복잡성
- 높은 연결 요구 사항(10 – 100GBs)
- 높은 마진(일반적으로)
상호 보완적 경쟁
비트코인과 AI/ML 기술에 대한 수요는 지난 10년 동안 급증했으며, 이는 사회에 대한 유용성을 입증합니다. 이러한 수요는 각각의 컴퓨트 자원의 확산으로 이어졌습니다.
운영 비용을 줄이기 위해 두 시장 모두 잉여 전력을 활용하려고 하며, 이는 일반적으로 더 저렴하기 때문입니다. 이는 위에서 논의된 일부 그리드 비효율성을 자연스럽게 해결하지만, 데이터 센터 건축자와 운영자는 동일한 양의 사용 가능한 전력을 위해 어떤 형태의 컴퓨트를 지원하고 투자할지를 고민하게 될 것입니다.
두 형태의 컴퓨트는 에너지를 많이 소모하고 상대적으로 위치에 구애받지 않으며(이 논문의 범위를 넘어서는 법적 또는 관할권적 고려를 제외하고) 서로 경쟁하는 것처럼 보이지만, 사실상 이러한 잉여 또는 고립된 전기로부터 최대 활용과 이익을 극대화하는 데 매우 상호 보완적인 도구가 될 수 있습니다.
GPU 작업은 운영 복잡성이 높고 중단 가능성이 낮으며, 초기 자본 투자도 더 높습니다. 이는 예를 들어 태양광 패널의 에너지 생산 피크 기간 동안의 일시적인 잉여 전력을 활용하기에는 부적합합니다. 비트코인 채굴과 달리 GPU는 고객이 있으며, 이들은 일반적으로 가동 시간 및 가용성과 같은 문제에 민감합니다. 예외도 있지만, 일반적으로 고객의 존재로 인해 GPU 인프라의 중단 가능성 허용 범위는 비트코인 채굴과 일치하지 않을 것입니다. 자본 비용과 복잡성이 더 높은 이러한 상황에서는 비트코인 채굴이 계속 성장하고 그리드에 대해 매우 유연하고 배치 가능한 부하로서 지배할 것으로 예상할 수 있습니다.
반면에 수력 발전소나 원자력 발전소의 기본 생성 용량과 주변 소비 간의 고정된 델타와 같은 일관된 잉여 전력은 GPU 인프라가 격차를 메우고 새로운 기준 소비 및 균형을 설정할 수 있는 이상적인 기회입니다. 이러한 상황은 GPU 인프라의 낮은 중단 가능성을 선호하며, 상당히 높은 수익을 확보하기 위해 추가 지출과 운영 복잡성을 정당화합니다. GPU 작업을 지원하기 위한 대역폭이 확보되는 한(최소 10GB/s, 이상적으로는 100GB/s), 이러한 사이트는 비트코인 채굴에 독점적으로 할당될 경우보다 항상 더 많은 이익 기회를 제공합니다.
하이브리드 데이터 센터 전략
두 기술을 함께 활용하여 수익과 투자 수익률을 극대화할 수 있는 전략도 있습니다.
첫째, 비트코인 채굴은 사이트가 고성능 컴퓨트에 적합해지기 전에 에너지 자원의 초기 부하로 사용될 수 있습니다. 예를 들어: (1) HPC 데이터 센터를 위한 나머지 인프라(중복 전력/인터넷 회선, 건물, 백업 에너지 시스템 등)가 구축되는 동안 전력을 수익화하기 위해 반이동식 모듈형 비트코인 채굴 데이터 센터를 사용하는 것; 또는 (2) 비트코인 채굴을 통해 고립된 에너지 자원을 개척하는 것, 그 중 일부는 결국 HPC에 사용될 수 있습니다. 실제로 Core Scientific의 최근 CoreWeave와의 계약은 비트코인 채굴이 HPC에 사용될 대형 변전소와 데이터 센터 외형의 개발로 이어진 사례로 볼 수 있습니다.
둘째, 더 발전된 전략은 HPC와 비트코인 채굴 작업을 함께 혼합하여 비트코인 채굴을 HPC 작업 전력 소비의 변동을 균형 맞추는 반무게로 사용하는 것입니다. HPC 부하는 신뢰할 수 있는 전력을 요구하지만, 생산 AI/ML 모델을 호스팅하는 “추론 작업”은 사용자에 의한 실시간 사용 수준에 따라 변동할 수 있으며, 이는 일반적으로 높은 활동과 전력 소비 및 낮은 활동과 낮은 전력 소비의 주기적 사이클로 이어집니다. 현재까지 이러한 HPC의 가치는 변동하는 전력 사용으로 인한 비효율성을 상당히 초과했지만, 비트코인 채굴의 매우 유연하고 중단 가능한 특성을 활용하여 안정적인 전력 소비를 제공하고 결과적으로 효과적인 전력 요금을 낮추며, 데이터 센터 전체에 추가 수익을 제공할 수 있습니다. 일부는 이 전략을 “멀릿 데이터 센터”라고 설명하며, AI는 앞쪽에, 비트코인은 뒤쪽에 위치합니다. 아직 초기 단계이지만, 이 접근 방식은 현재 기술로 가능한 최대 가치를 제공하는 데이터 센터 배치를 위해 HPC와 비트코인 채굴의 장점을 활용할 것을 약속합니다.
산업적 함의
최근까지 데이터 센터 산업은 공동 위치 제공업체에 의해 지배되었습니다. 이러한 제공업체는 산업 서버를 호스팅하는 데 사용되는 시설을 구축하고, 공간, 전력, 연결성 및 때로는 서버 자체를 임대합니다. 전통적으로 이러한 임차인의 대부분은 대기업 및 하이퍼스케일 클라우드 제공업체였습니다. 많은 경우 이러한 하이퍼스케일 및 기업 임차인들도 자신의 성장을 지원하기 위해 자체 데이터 센터를 구축했습니다.
2017년경부터 비트코인 채굴이 산업 수준에서 본격적으로 등장하였으며, 극단적인 전력 생산 및 소비의 델타가 있는 지역에서 비트코인 채굴만을 지원하기 위해 전체 데이터 센터 단지가 구축되고 있습니다. 이제 2023년과 2024년에는 시장에서 더욱 주목할 만하고 파괴적인 변화가 일어나고 있습니다. GPU 인프라에 대한 수요 폭발로 인해 많은 이전 공동 위치 중심 데이터 센터가 이 GPU 인프라를 직접 구매하고 호스팅하는 방향으로 나아가고 있습니다. 한편, 하이퍼스케일러는 대규모 기저 전력 발전소와 공동 위치를 위해 미터 뒤로 이동하여 HPC 수요의 새로운 급증을 위한 저렴하고 신뢰할 수 있는 전력을 찾고 있습니다. 이는 간헐적인 재생 가능 에너지가 최근 몇 년 동안 가장 인기 있는 발전 형태가 된 것과 특히 주목할 만합니다. 주로 정부 보조금 때문입니다.
우리는 다음과 같은 예상을 합니다:
1. 두 형태의 컴퓨트에 대한 에너지 수요의 지속적인 증가.
2. HPC 발자국 확장의 다음 병목 현상으로서 새로운 데이터 센터 건설, 높은 마진 사용 사례를 위해 많은 비트코인 채굴 시설이 재배치될 것입니다.
3. 채굴 하드웨어는 변동 비효율성을 수익화하기에 부적합한 외곽 지역으로 이동할 것입니다.
4. “멀릿 데이터 센터”에서 비트코인 채굴과 HPC의 혼합은 HPC의 높은 수익 잠재력과 비트코인 채굴의 유연한 특성을 활용하여 전력 소비와 지역 그리드를 효과적으로 균형 맞추며, 전통적인 데이터 센터 전략을 초과 경쟁할 것입니다.
결론
새로운 전력을 많이 소모하는 기술이 등장할 때마다, 그들의 에너지 활용과 외부 효과에 대한 우려가 종종 있습니다. 비트코인 채굴과 HPC도 예외는 아니며, 정치인과 소파 기술자 모두 이들의 완화 또는 통제를 요구하고 있습니다. 그러나 이러한 탐욕스러운 기술은 인간 발전의 자연스러운 경향을 나타냅니다. 비트코인 정산 네트워크와 AI/ML 작업이 제공하는 자명한 유용성 외에도, 우리는 이들이 새로운 및 기존 에너지 자원을 효율적으로 최대화하여 유용한 경제적 목적을 위해 배치될 수 있음을 입증할 수 있습니다.
이 글은 Drew Armstrong과 Ariel Deschapell의 게스트 포스트입니다. 표현된 의견은 전적으로 그들의 것이며 BTC Inc 또는 Bitcoin Magazine의 의견을 반드시 반영하지는 않습니다.
