Bitcoin mining - Air vs Immersion cooling

Le refroidissement par immersion en vaut-il la peine ? Le tchèque Braiins a fait les comptes pour l’antminer S19 XP.

La température, l’ennemi du mineur

Un air chaud ambiant force les ventilateurs à tourner plus vite et les ASIC à consommer plus d’intensité électrique pour maintenir le hashrate.

L’antminer XP est particulièrement sensible à la chaleur. Pour un hashrate constant, la consommation d’énergie peut s’envoler de plus de 40 % si la température des ASIC est élevée. En clair, la chaleur réduit drastiquement l’efficience qui se mesure en watts par TH.

[L’efficience fait référence au nombre de watts nécessaires pour générer un certain nombre de hash. Un antminer produisant 1 TH pour 21 watts est plus efficient qu’un autre produisant 1 TH pour 30 watts. Notre article sur l’overclocking : Comment débrider ses Antminers ?]

L’avantage du refroidissement par immersion est qu’il permet de refroidir beaucoup plus efficacement les ASIC. Néanmoins, les équipements nécessaires ont un coût. Il faut donc examiner ce qui convient le mieux à votre propre situation.

Si votre installation se trouve dans une région extrêmement chaude où l’énergie est bon marché, il est judicieux d’utiliser l’immersion et d’overclocker.

En revanche, si le climat est froid et que l’énergie relativement chère, cela ne vaut pas la peine. Il peut même faire sens de réduire la fréquence de hachage des ASIC pour gagner en efficience.

This is an immersion-cooled #bitcoin mining facility in Norcross, Georgia powered by nuclear and solar energy. Computers are submerged in a liquid of synthetic hydrocarbons with no electrical conductivity. This increases cooling and energy efficiency.pic.twitter.com/EAXrkAYDtp

— Documenting ₿itcoin 📄 (@DocumentingBTC) June 1, 2023

Avantages du refroidissement par immersion

Avant d’entrer dans l’analyse économique, voici les avantages de l’immersion par rapport au refroidissement par l’air :

-Dissipation thermique plus efficace :

La densité des fluides utilisés dans l’immersion (fluides caloporteurs ou diélectriques) font qu’ils absorbent beaucoup mieux la chaleur que l’air. Le transfert thermique plus rapide permet d’évacuer la chaleur des ASIC beaucoup plus efficacement.

-Overclocking plus sûr (hacher plus vite) :

Une meilleure dissipation de la chaleur permet d’overclocker les ASIC en toute sécurité. Jusqu’à 40 % de hash en plus, voire plus. Mais, il ne faut pas que l’électricité soit trop chère, car l’efficience diminue à mesure que l’on hache plus vite.

-Augmentation de la durée de vie du matériel :

Les vibrations liées aux ventilateurs et les fluctuations rapides de température réduisent la durée de vie du matériel. Plus d’informations à ce sujet dans notre article : Prolonger la vie de son Antminer.

Le refroidissement par immersion réduit considérablement ces deux facteurs. Premièrement parce qu’il n’y a plus besoin de ventilateurs. Mais aussi parce que la température du fluide est beaucoup plus stable que celle de l’air qui varie beaucoup plus (jour/nuit, été/hiver)

Cela dit, le refroidissement par immersion sert principalement à pratiquer l’overclocking. Or, hacher plus vite qu’aux paramètres d’usine requiert un voltage plus élevé, ce qui réduit la durée de vie des ASIC.

-Meilleures conditions de fonctionnement :

Le liquide caloporteur empêche la poussière et les débris de pénétrer dans le matériel. Il en découle une réduction considérable des besoins de nettoyage et de maintenance (et donc en salaires). Sans parler de l’absence du vacarme des ventilateurs.

Les avantages du refroidissement par immersion sont donc nombreux, quel que soit le climat dans lequel le mineur opère. Cependant, il faut prendre son coût en considération.

Coût d’installation « air cooling » vs « immersion cooling »

Concernant l’air cooling, une partie des coûts vient du système de ventilation de l’air ambiant et les matériaux isolants séparant les allées chaudes (sortie d’air des ventilateurs) des allées froides. Soit environ 10 % des dépenses totales d’infrastructure d’après Braiins.

La plus grande partie des coûts est imputable à la main-d’œuvre, les ASIC, le câblage et tout l’équipement électrique comme le transformateur.

Braiins part du principe qu’une installation d’un MW (mégawatt) coûte quelque chose compris entre 150 000 et 500 000 dollars.

Les coûts sont quasiment les mêmes en immersion (moins ~ 5 % en raison des ventilateurs qui ne sont plus nécessaires). Cependant, d’autres équipements s’ajoutent à la facture :

-Réservoirs (pour tremper les ASIC dans le fluide caloporteur)
-Pompes et tuyaux
-Fluide caloporteur
-Échangeurs de chaleur (entre l’eau froide et le fluide caloporteur chaud)
-Systèmes aéroréfrigérants pour refroidir l’eau
-Capteurs de température et systèmes de surveillance / contrôle

Braiins estime qu’un tel équipement coûte entre 150 000 et 350 000 dollars par MW (frais de livraison non inclus). D’après Braiins, il faudra alors compter entre 280 000 et 600 000 euros en tout. Dit autrement, une installation en immersion cooling coûte deux fois plus cher.

NEW: #Bitcoin miner completely SILENT thanks to immersive cooling 👀🤯 via @CleanSpark_Inc pic.twitter.com/f7mAdlAhaR

— Bitcoin News (@BitcoinNewsCom) May 30, 2023

Comparaison selon différents scénarios

Paramètres de la comparaison :

-Prix BTC : 40 000 $
-Période : 4 ans
-Mining Difficulty : 29794407589312 (mai 2022)
-Puissance électrique : 10 MW
-5 % de la capacité électrique dédiée aux équipements de refroidissement (ventilateurs, pompes, aéroréfrigérants, etc). Soit 9,5 MW pour miner.
-ASIC : Antminer S19j Pro 104 TH/s à 8 500 $ l’unité / 3 068 watts.
-Coût de l’infrastructure en « air cooling » : 250 000 $/MW, soit 2,5 millions de dollars pour 10 MW.
-Coût de l’infrastructure en « immersion cooling » : 450 000 $/MW, soit 4,5 millions de dollars pour 10 MW.
-Amortissement du matériel au taux de 20 % par an (les mineurs en immersion devraient toutefois avoir une durée de vie opérationnelle plus longue)
-Prix électricité : 0,05 $/kWh

A noter que Braiins n’a pas tenu compte du fait que les chauds mois d’été ont un impact négatif sur l’efficience des Antminer en « air cooling ». La firme part également du principe que le hashrate est constant, ce qui donne encore un petit avantage irréaliste au scénario « air cooling ».

Ensuite, deux scénarios ont été envisagés :

-Scénario haussier : Hausse 70 % et de 80 % par an de la mining difficulty et du prix du bitcoin respectivement (6.25 BTC par bloc + 0,25 BTC de frais de transaction).

-Scénario baissier : Hausse de 50 % et de 25 % par an de la mining difficulty et du prix du bitcoin respectivement (6.25 BTC par bloc + 0,1 BTC de frais de transaction)

Sur la base de ces hypothèses, Braiins analyse quatre configurations différentes :

1) Refroidissement par air avec les paramètres et le micrologiciel d’usine
2) Refroidissement par immersion avec le micrologiciel et les paramètres d’usine (3 068 watts)
4) Refroidissement par immersion avec le micrologiciel Braiins OS+ (4 000 watts)
5) Refroidissement par immersion avec le micrologiciel Braiins OS+ (5 000 watts)

Résultats :

-Configuration 1 – (322 PH/s)

Ce scénario produit de bons résultats dans les deux scénarios. Même le scénario baissier (où le hashrate augmente plus vite que le prix du bitcoin) arbore un taux de rentabilité annuel (IRR sur le graphique) de 210 %.

Cela dit, le profit disparaît si le mineur doit vendre régulièrement des BTC pour payer les charges d’exploitation (électricité, salaires, etc). Il faut donc que le mineur emprunte suffisamment pour ne pas avoir à vendre un seul BTC pendant quatre ans.

Le mineur devient profitable au bout de 23 mois dans le scénario baissier.

–Configuration 2 – (338.1 PH/s)

Davantage de BTC sont minés, mais cela ne suffit pas à compenser l’investissement supplémentaire de l’immersion cooling.

Le mineur devient profitable après 23 mois également en scénario baissier. Dit autrement, faire de l’immersion sans overclocking n’en vaut pas la peine.

–Configuration 3 – (323 PH/s et overclocking à 4 000 watts par antminer)

Braiins écrit : « Un antminer S19j Pro en immersion peut hacher à environ 136 TH/s avec 4 000 watts. Ce chiffre est toutefois très prudent. Nous avons vu des antminers tourner à 140 TH/s dans des conditions idéales.

Puisque nous prévoyons de consommer 4 000 W par machine, nous n’achèterons pas autant d’antminers pour remplir les 9,5 MW de capacité disponibles. Au lieu de 3 096 mineurs, nous n’aurons besoin que de 2 375. »

Ce scénario 3 est bien plus profitable que les deux premiers. Le breakeven est atteint au bout de 20 mois (scénario baissier) :

Configuration 4 – (276.3 PH/s et overclocking à 5 500 watts par antminer)

Braiins écrit : « Lorsque vous pouvez overclocker en toute sécurité grâce au refroidissement par immersion, les Antminer X19 peuvent fonctionner à 6 000, 7000 ou même 8 000 watts. Cependant, les blocs d’alimentation fournis ne peuvent pas apporter telle puissance au mineur. Pour repousser les limites des ASIC, il faudra acheter de nouvelles alimentations électriques capables de fournir plus de 4 000 W par machine. Nous supposons un hashrate de 160 TH/s à 5 500 W (34,4 J/TH), mais encore une fois, il s’agit d’un chiffre prudent. »

En raison de la perte d’efficience due à l’augmentation de la puissance et les frais supplémentaires, le mineur devient profitable au bout de 20 mois (scénario baissier). Il n’y a donc pas d’intérêt à consommer tant d’énergie.

Conclusion

A chaque mineur correspond une situation unique. Il n’y a pas deux mineurs qui évoluent dans les même conditions. Le site de Braiins est très pratique pour faire des projections compte tenu de vos paramètres.

Par ailleurs, bien que l’overclocking de S19 à plus de 160 TH/s semble excellent, les sacrifices en termes d’efficience et d’investissements n’en valent pas forcément pas la peine. Cela dépendra surtout du prix de votre électricité.

Quelques réflexions pour finir :

-Si les antminers doivent être remplacés tous les cinq ans environ, les investissements pour l’immersion cooling se font une seule fois.
-Certaines régions sont beaucoup chaudes en été, ce qui donne en réalité un avantage certain à l’immersion cooling pendant de nombreux mois de l’année.
-Une fois trempés dans le liquide caloporteur, les antminers ne pourront pas être remis à l’air. La raison étant que le liquide ronge la pâte thermique qui fait le lien entre les puces et les dissipateurs thermiques (heat sinks).

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