Mabadiliko ya Uendelevu wa Mazingira kwa Uchimbaji wa Sarafu za Mtandao

Jedwali la Yaliyomo

• Utangulizi
• Maelezo ya Mipaka ya Nishati
  • 2.1 Uhakiki wa Teknolojia ya Blockchain
  • 2.2 Miundombinu na Uchumi wa Uchimbaji
• 3 Uchambuzi wa Kiufundi na Viashiria vya Utendaji
  • 3.1 Viashiria vya Utendaji wa Nishati (EPI)
  • 3.2 Power Quality Indices (PQI)
• 4 Experimental Results and Optimization
• Mfano wa Utekelezaji wa Msimbo
• Matumizi na Mwelekeo Sita wa Baadaye
• Uchambuzi Asilia Saba
• 8 Marejeo

Utangulizi

Uchimbaji wa sarafu za kidijitali umeongeza kasi kwa kiwango kikubwa, huku kukiwa na sarafu za kidijitali tofauti zaidi ya 5,392 mwishoni mwa mwaka 2020 na jumla ya thamani ya soko ikizidi trilioni $201. Mfumo huu usio na kituo kimoja unategemea vifaa vya uchimbaji kutatua milinganyo ya kisimbawimbi na kuthibitisha miradi ya mnyororo wa bloki. Kielelezo cha Matumizi ya Nishati ya Bitcoin kinakadiriwa kufikia 77.782 TWh/mwaka mnamo 2021, takriban mara 1.5 kubwa kuliko matumizi ya umeme yote ya Romania mwaka 2020. Makala hii inachambua mabadiliko ya michakato ya uchimbaji wa sarafu za kidijitali kuelekea uendelevu wa kimazingira kupitia tathmini ya Viashiria vya Utendaji wa Nishati (EPI) na Viashiria vya Ubora wa Nguvu (PQI).

Maelezo ya Mipaka ya Nishati

2.1 Uhakiki wa Teknolojia ya Blockchain

Miamala ya Fedha za Kidijitali hutumia usimbu fiche wa funguo za umma na teknolojia ya blockchain isiyo na kituo kimoja. Blockchain inajumuisha vizuizi data vilivyounganishwa vyenye vipeperushi vya usimbu fiche. Vipengele muhimu vinajumuisha nodi, wachimbaji, miamala, vipeperushi, algoriti za makubaliano (Uthibitisho wa Kazi), na vizuizi. Mchakato wa uchimbaji unahusisha uthibitisho wa vizuizi visivyothibitishwa kwa kutatua milinganyo ya usimbu fiche, huku wachimbaji wakipokea malipo ya fedha za kidijitali kwa uthibitisho uliofanikiwa.

2.2 Miundombinu na Uchumi wa Uchimbaji

Uchunguzi huu unachunguza shamba la fedha za kidijitali lililoko Bucharest lenye eneo la mita za mraba 4,000. Gharama za uwekezaji wa mradi zilifikia EUR 450,000, zikiwemo EUR 100,000 kwa gharama za utekelezaji (usakinishaji wa umeme, uingizaji hewa, mitandao ya Teknolojia ya Habari na Mawasiliano) na EUR 300,000 kwa mashine za kuchimba. Shamba lina mashine 100 za kuchimba, zikiwemo mashine 30 zilizo na GPU 13 za Nvidia P104-100 kila moja, zikichimba Ethereum kwa kasi ya 470 MH/s huku zikitumia umeme wa kWh 2 kwa saa, na kutokeza ETH 0.9 kwa mwezi kwa kila mashine.

3 Uchambuzi wa Kiufundi na Viashiria vya Utendaji

3.1 Viashiria vya Utendaji wa Nishati (EPI)

Viashiria vya EPI vinajumuisha Ufanisi wa Matumizi ya Nguvu (PUE), ambayo hupima ufanisi wa nishati kwenye kituo cha data: $PUE = \frac{Jumla ya Nishati ya Kituo}{Nishati ya Vifaa vya IT}$. PUE bora inakaribia 1.0. Viashiria vingine vinajumuisha ufanisi wa kiwango cha hashing ($J/MH$) na ukubwa wa kaboni ($gCO_2/kWh$).

3.2 Power Quality Indices (PQI)

Uchambuzi wa PQI unalenga uthabiti wa voltage, uharibifu wa harmonic (THD), na kipengele cha nguvu. Jumla ya Uharibifu wa Harmonic huhesabiwa kama: $THD = \frac{\sqrt{\sum_{h=2}^{\infty} V_h^2}}{V_1} \times 100\%$ ambapo $V_h$ inawakilisha vipengele vya voltage vya harmonic. Usahihishaji wa kipengele cha nguvu hupunguza nguvu isiyo na matumizi: $PF = \frac{P}{S}$, ambapo $P$ ni nguvu halisi na $S$ ni nguvu inayoonekana.

4 Experimental Results and Optimization

Utafiti ulitathmini mifumo ya matumizi ya nishati kwenye shamba hilo, ukibainua fursa za kuboresha kupitia upangaji wa mzigo na ujumuishaji wa nishati mbadala. Utekelezaji wa mifumo ya hali ya juu ya kupoeza ulipunguza PUE kutoka 1.45 hadi 1.28. Marekebisho ya kipengele cha nguvu yaliboreshwa kutoka 0.82 hadi 0.95, na hivyo kupunguza upotezaji wa nishati. Mkakati wa uboreshaji uliongeza ufanisi wa jumla wa uchimbaji kwa asilimia 18 huku ukipunguza uzalishaji wa kaboni kwa asilimia 22 kupitia usawazishaji wa kina wa mzigo na urejeshaji wa joto lililotupwa.

Mfano wa Utekelezaji wa Msimbo

import numpy as np

Matumizi na Mwelekeo Sita wa Baadaye

Mabadiliko ya baadaye yanajumuisha mabadiliko kwenye utaratibu wa makubaliano wa Uthibitisho-wa-Hisa, ujumuishaji na mitandao mahiri ya umeme kwa ajili ya usimamizi wa mzigo unaobadilika, na shughuli za uchimbaji wa madini zilizoboreshwa na Akili Bandia. Mitandao ndogo ya nishati mbadha iliyoundwa mahsusi kwa shughuli za uchimbaji madini inawakilisha mwelekeo unaotumainiwa, unaoweza kupungua uwiano wa kaboni kwa asilimia 40-60. Mifumo mseto ya uchimbaji madini inayochanganya algoriti nyingi za sarafu za mtandao inaweza kuboresha matumizi ya vifaa na kurudi kwa uwekezaji.

Uchambuzi Asilia Saba

Sekta ya uchimbaji wa sarafu za mtandao inakabiliwa na hatua muhimu ambayo uendelevu wa mazingira lazima uwe tathmini kuu badala ya kufikirika baadaye. Utafiti huu unaonyesha kuwa kupitia tathmini ya kimfumo ya Viashiria vya Utendaji wa Nishati (EPI) na Viashiria vya Ubora wa Nguvu (PQI), maboresho makubwa katika ufanisi wa kiuchumi na athari za kimazingira yanaweza kufikiwa. Matokeo ya utafiti wa kesi yanafanana na mienendo pana ya sekta iliyotambuliwa katika Kielelezo cha Matumizi ya Umeme cha Bitcoin cha Cambridge, ambacho hufuatilia athari kubwa ya nishati ya Bitcoin kimataifa.

Ikilinganishwa na vituo vya data ya kawaida, shughuli za uchimbaji wa sarafu za kidijitali zinaonyesha sifa za kipekee ambazo zinahitaji mbinu maalum za uboreshaji. Mzigo wa kila wakati, wenye ukali wa juu wa hesabu unaunda changamoto za usimamizi wa joto ambazo mifumo ya kawaida ya kupoeza inapambana kuweza kushughulikia kwa ufanisi. Kama ilivyoonyeshwa katika karatasi ya CycleGAN (Zhu et al., 2017), mbinu za kujifunza zisizo na usimamizi zinaweza uwezekano wa kuboresha shughuli za uchimbaji kwa kutambua mifumo katika matumizi ya nishati na utendaji wa vifaa ambavyo wachambuzi wa kibinafsi wanaweza kupuuza.

Mabadiliko kutoka kwa Ushahidi-wa-Kazi hadi mifumo mbadala ya makubaliano yanaonyesha njia yenye matumaini zaidi kuelekea uendeshaji endelevu wa fedha za kidijitali. Uhamiaji unaoendelea wa Ethereum kwenye Ushahidi-wa-Hisa (Eth2) unadhihirisha mwelekeo huu, ukipunguza matumizi ya nishati takriban 99.95% kulingana na Ethereum Foundation. Hata hivyo, mabadiliko haya yanahitaji utekelezaji makini ili kudumisha usalama wa mtandao na kanuni za utawala-wenye-msururu-mpana.

Kutoka kwa mtazamo wa kiufundi, msingi wa kihisabati wa uchimbaji wa fedha za kidijitali unaonyesha mipaka ya asili ya ufanisi. Mchakato wa hashing unaohitajika kwa usalama wa blockchain unahitaji matumizi makubwa ya rasilimali za kompyuta. Uwezekano wa kupata hash sahihi unaweza kuonyeshwa kama $P = \frac{target}{2^{256}}$, ambapo thamani ndogo za lengo huongeza ugumu na mahitaji ya nishati. Uhusiano huu wa msingi unaonyesha kuwa bila uvumbuzi wa ki-algoriti, uboreshaji wa ufanisi mtupu utakabiliana na mapato yanayopungua.

Uingizaji wa vyanzo vya nishati mbadala unawakilisha mkakati muhimu wa kupunguza athari za kimazingira za uchimbaji wa sarafu za kidijitali. Nguvu za jua na upepo, pamoja na mifumo ya hifadhi ya nishati ya hali ya juu, zinaweza kutoa umeme endelevu kwa shughuli za uchimbaji. Kulingana na Shirika la Kimataifa la Nishati Mbadala (IRENA), gharama za nishati mbadala zimepungua sana, na kufanya miungano hiyo kuwa inafaa kiuchumi zaidi. Zaidi ya hayo, shughuli za uchimbaji zinaweza kufanya kazi kama mizigo inayobadilika ambayo inasaidia kusawazisha utendakazi wa mtandao, na kutumia uzalishaji wa ziada wa nishati mbadala ambao unaweza kukatwa.

Kwa kuangalia mbele, ukuzaji wa vifaa maalum vilivyoboreshwa kwa ufanisi wa hesabu na utendaji wa joto utakuwa muhimu. Saketi Maalum za Ushirikiano wa Maombi (ASICs) zilizobuniwa kwa ufanisi wa nishati kama kikwazo kikuu zinaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa ukubwa wa kaboni wa shughuli za uchimbaji. Zaidi ya hayo, utumizi tena wa joto la taka kutoka kwa shughuli za uchimbaji kwa ajili ya kupokanzwa kwa makazi au viwanda unawakilisha fursa isiyotumiwa vya kutosha ya kuboresha ufanisi wa jumla wa nishati, sawa na mbinu zinazotumiwa katika mifumo ya kupokanzwa wilaya katika nchi za Kaskazini mwa Ulaya.

8 Marejeo

1. Cambridge Centre for Alternative Finance. (2021). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index.
2. Zhu, J. Y., Park, T., Isola, P., & Efros, A. A. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks. IEEE International Conference on Computer Vision.
3. Ethereum Foundation. (2021). Ethereum 2.0 Specifications.
4. International Renewable Energy Agency. (2020). Renewable Power Generation Costs in 2019.
5. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Mfumo wa Pesa za Elektroniki Kushirikiana Wenza kwa Wenza.
6. Digiconomist. (2021). Kielelezo cha Matumizi ya Nishati ya Bitcoin.