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全球互联网一年消耗 2 万亿度电,大约相当于美国年用电量的一半 | 99uu在线娱乐小数据

罗骢2018-11-27 19:22:33

大量的服务器、电缆、交换机、电脑、手机等终端都在消耗着能源

诞生十年,比特币从科技圈的小众“应用”变成了全球无数人暴富的幻梦。上百万台专门用于运算获得比特币的矿机在过去被制作加工,运到全球用电价格低廉的地区, 24 小时不停机地“开采”着数字货币。

最近,夏威夷大学研究人员在 Nature Climate Change (《自然气候变化》)上发表的一份论文认为,比特币挖矿在去年共产生 6900 万吨二氧化碳,占全球二氧化碳排放量 1%,如果继续下去,比特币挖矿可以在 20 年内将全球气温提高 2℃。

假设结论正确,提高 2℃ 将产生灾难性的危害。10 月份,联合国政府间气候变化专门委员会发布的报告显示,全球平均气温在未来 30 年内哪怕只升高 1.5℃,纽约等沿海大城市都将遭遇毁灭城市的洪水,同时干旱加剧和野火肆虐的威胁也会提升。

但夏威夷大学的结论并不严谨。在论文中,研究人员只是按现在维持比特币矿机能耗的燃料排放二氧化碳标准计算了之后 20 年里的污染总量,并建立在预先假设了其中燃料和可再生能源的比率将在 20 年内保持不变,这等于是忽略了大自然中的万千变量。

研究人员也没有考虑到比特币的价值已经从最高点持续下跌。同时随着算力成本的提高,也就是开挖难度的提高,每 1 算力带来的收益下跌严重,目前每天收益只有 0.152 美元。也有中国比特币矿机持有者计算,在电费较高的地区运行矿机,每台矿机每月还会亏损 40 元。挖比特币的成本已经是挖金矿的 3.8 倍,关机、并将矿机当废铁买成了更实际的做法。

完成一次比特币交易消耗的电量,能充满 3 台 Model 3 

关于类似比特币这样的互联网数字产品的能耗计算一直存在争议。

普遍认为,比特币从开采到交易行为背后实际的能耗很难计算。挖矿的设备节点数量难以,同时设备的硬件情况也无法获得。

荷兰经济学家 Alex de Vries 提出了一个比较实际的计算方法。利用比特币网络的总采矿能力,除以市场上最高效的比特币开挖设备 Antminer S9 的能耗。计算出一个维持比特币网络最有效率的能耗值。它低于真实数值,但可以比较。

按这样计算每一次比特币交易至少消耗 215 kWh 电量(215 度电)换算下来相当于排放 360.76 公斤二氧化碳。这些电力够充满 3 台特斯拉 Model 3(每辆 Model 3 搭载 78 kWh 电池组)。

但作者 Alex de Vries 也承认,这样的计算方式并不准确,没有考虑到不同地区用电产生的二氧化碳排放量是不同的。《自然可持续发展》的研究表示,每挖一枚加密货币,中国二氧化碳排放量是加拿大的 4 倍。

实际上,互联网带来能源消耗对于环境的长久影响是一件很难估算清楚的事情,随着时间的推移,新技术和新观念的出现也会改变对于未来的恐怖设想。

1970 年代左右,科学家根据臭氧总量卫星测量的数据警告称臭氧层会持续在未来 20 年内持续破坏,在南极上空产生不可修复的空洞。

但随着空调冷媒的换代,以及《蒙特利尔议定书》促进的环保意识提高。2016 年,科学杂志的报告称:自 2000 年以来,臭氧层空洞的面积减少了 400 万平方公里,相当于一整个印度,臭氧层没有继续破坏了。而联合国气象组织(WMO)表示南半球的臭氧空洞将在 2050 年恢复,而极地地区臭氧层将在 2060 年恢复到 1980 年的程度。

虽然计算像比特币这样数字产物对环境的影响很复杂,但只从能耗的角度来看,诞生 20 多年的互联网的确成为一个能耗巨大的“怪物”。

互联网每年能耗达到 2 万亿度电,碳排放和全球航空业一样多

互联网由大量的服务器、电缆、交换机、电脑、手机等终端组合而成。根据 TeleGeography 所做的调查,2016 年全球总计铺设超过 270 条海底光缆,总长度接近 100 万公里。

Facebook、Google、微软这些大科技公司为了拥有更高带宽、更快传输速度的网络,还开始自己牵头铺设海底光缆来连接全球各地的数据中心,满足这两年流行的视频、VR、直播等服务,对数据容量的需求。

随着移动互联网以及云端服务的增长,现在互联网流量正在暴涨,《自然》杂志在一篇论文中计算,互联网流量从 1987 年全年的 2TB 增长到 现在 1.1 ZB( 1 ZB 等于 10 的 11 次方 GB) ,是 1997 年数据流量规模的 16666 倍。

相应的,平均传输 1GB 的数据需要消耗 13 KWh 电量。运行所有终端所需能源加起来构成的互联网能耗规模在最近 10 年里大幅上升。

2017 年,全球互联网能耗在 2000 TWh(1 TWh 等于 109 kWh,这里 2000 TWh 等于 2 万亿度电),占到全球能耗 7%,需要 200 个三峡大坝的发电量才能满足。产生的二氧化碳排放量预估几乎和消耗大量航空煤油的全球航空业一样多。

所有的互联网流量也就是数据,都是存在数据中心中。目前,全球数据中心每年消耗约 200 TWh 电力,超过伊朗等一些国家全国的电力消耗,是全球交通用电的一半,也相当于全球电力需求总量的 1%。

光是美国境内的数据中心在 2014 年就消耗了 70 TWh 的电力,相当于美国全年总能耗的 1.8%。

任何大规模的电力消耗都将产生巨大的发热量。为了给数据中心 24 小时运行的服务器降温,2014 年美国的数据中心使用大约 1000 亿升水用于冷却。

Facebook 2016 年将数据中心建到了瑞典北部吕勒奥,冬季最低平均气温大概在零下 6°C 至零下 13.6°C。Facebook 在这里建立了第一处海外数据中心,巨大的风机将外部冷空气引入机房内,为成千上万台服务器物理降温。

微软则尝试将数据中心放到平坦的海床上,依靠海水降温。刚刚扛过双十一流量冲击的阿里巴巴,2016 年选择在河北张北县建立了两座大型数据中心。这里全年平均温度只有 2.3 度,临海还有持续的大风降温带来降温和风电。

随着互联网的流量开始被“头部产品”牢牢占据。Google、亚马逊、微软、苹果等公司们的能耗增长和流量一样快速。

Google 是大科技公司中能耗最多的公司,亚马逊紧随其后。Google 2017 年能耗达到了 8.029 TWh,这相等于北京 2017 年全年耗电量 7.5%。

而 Google、Amazon、Facebook 以及苹果这四家公司去年加起来的耗电量可以持续点亮全美 3 年的圣诞节装饰灯。

对于大科技公司带来的高能耗对于环境的破坏影响讨论很多。《纽约时报》引用业内人士的描述:“这是 IT 界肮脏的秘密,没人想第一个出来道歉。如果我们是制造业企业,而不是网络公司,我们这么惊人的耗电量早就被监管部门踢走了。”

环保艺术家乔安娜·摩尔(Joana Moll)制作过一个网站,会实时显示每一秒钟使用 Google 的能耗带来碳排放需要多少颗树木才能吸收。她还做过更加直观的一个叫做 CO2GLE 的网站。白色的背景上只显示着一行字:当你打开这个页面之后,Google 已经排放了 XX 公斤的二氧化碳。其中的“XX”是个实时滚动的数字,代表了正在不断增加中的碳排放量。

亚马逊过去几年就因为能耗使用不透明而遭到批评。随着批评增多,Google 、微软等科技公司会公布自己的碳排放量数据报告,使用可再生能源的情况。

科技公司也开始尝试减少能耗,最直接的方法是提高数据中心效率。数据中心的效率升级包括更换芯片硬件设备,建设超大型数据中心,通过规模化减少能耗。

斯坦福大学的教授乔纳森·库梅(Jonathan Koomey)跟踪研究硬件芯片发展 25 年后,认为随着芯片计算能力跟随摩尔定律增长,几乎每隔 18 个月,相同计算量所需要消耗的能量就会减少一半,这被称为“库梅定律”。对应的,数据中心的能源消耗增长实际上比预估要低很多。

使用以及购买清洁能源也是大科技公司用来应对自身高额能耗的做法。微软研究院海底数据中心的负责人 Ben Cutler 接受99uu在线娱乐日报采访时说,“购买清洁能源来抵消能耗排放不是一个完美的方法,不会像宣传使用 100% 再生能源那么美好,但至少这可以让大公司出钱促进清洁能源的发展,增加风能、水利发电等项目上的投入。”

制图:冯秀霞

题图来源:BOSS Controls

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