エアクーリング vs ハイドロクーリング ASIC — 最新マイニング機器の冷却方式

なぜ冷却が ASIC の効率を決めるのか

ASIC の代表的なスペック — スペックシートに「15 J/TH」や「12 J/TH」と印字されている数値 — は、チップ単体の特性ではありません。それは、チップが設計温度で保たれているときに達成する効率です。ダイの温度が約 75〜85°C を超えると、ファームウェアはシリコンを保護するためにクロックを下げ始め、壁面からの消費電力はほとんど変わらないまま、ハッシュレートだけが落ちます。箱のシールは変わらないのに、実効効率は悪化するのです。

持続する性能には、持続する排熱が必要です。入力された電力エネルギーはほぼすべて熱に変わるため、3,500 W のマイナーは同時に 3,500 W の空間暖房機でもあります。その熱は、チップを動作ウィンドウ内に保てるだけの速さで筐体から出ていかなければなりません — 涼しい朝だけではなく、数週間連続稼働したあとの 40°C の夏の午後でも同じです。

冷却はチップ密度の上限も決めます。同じシャーシにハッシュボードを増やしたり、ボードあたりのチップ数を増やしたりできるのは、その分の熱を取り出せる場合だけです。市場でハッシュレートが最も高く、J/TH が最も低い機種がほぼ常に液冷であるのはこのためです。密度を解き放つのは別のシリコンプロセスではなく、熱収支なのです。

エアクーリングの仕組み

エアクーリングは馴染みのあるパラダイムです。各ハッシュボードは、サーマルペーストやパッドで ASIC チップに接するアルミ製ヒートシンクに挟まれます。シャーシの一端には高静圧の軸流ファンが並び、ボードスタックに冷たい空気を引き込みます。反対端には同じ規模のファンが並び、暖まった空気を押し出します。典型的な S21 クラスのエアクーリング機は、常時 1,500〜3,000 CFM 程度の気流を動かします。

熱は通常 40〜50°C の排気として機器を離れ、温度は吸気温度と負荷によって変わります。施設規模では、こうした機器が列をなしてホットアイルへ送り込み、その熱気は自然換気または機械排気で屋外へ出されます。カザフスタンにある当社の施設を含め、大規模マイニング倉庫の外壁に見られるファンウォールは、この熱気を十分に速く外へ逃がし、吸気温度を低く保つために存在します。

エアクーリングは誠実なエンジニアリングです。物理は明快で、故障モードは目に見え、ドライバー 1 本を持った技術者が現場でほとんど何でも直せます。引き換えに、空気は凡庸な冷媒です。体積あたりの比熱は水のおよそ 4,000 分の 1 なので、同じ熱量を吸収するにははるかに大きな質量流量が必要になります。結果として、ファンは大きな音を立て、静圧は高くなり、最終的には何かを焼かずには越えられない密度の壁に突き当たります。

ハイドロクーリングの仕組み

ハイドロクーリングの ASIC は、ヒートシンクとファンの組み合わせを、ハッシュボードに直接ボルト固定したコールドプレートに置き換えます。水-グリコール冷媒の閉ループ — 凍結防止と腐食抑制のため通常 30〜50% のグリコールを含みます — がプレートを通してポンプ循環され、チップの熱を吸収して断熱されたクイックコネクトラインから機器外へ運びます。熱くなった冷媒は外部のラジエーター、ドライクーラー、またはチラープラントへ流れ、そこで大気に放熱し、冷やされた液体がふたたびマイナーへ戻ります。機体内には高 CFM の気流を生む内蔵ファンがなく、冷媒ループのみなので、マイナー自体はほぼ無音で動作します。

ハイドロクーリングは浸漬冷却とは異なります。浸漬冷却はハッシュボード全体を誘電性液体のタンク(単相の鉱油、または二相のフッ化炭素)に沈めます。ハイドロは冷媒を密閉されたプレートと配管の中に保ち、電子部品は乾いたままです。両者は同じ課題を解決しますが、CAPEX もサービスプロファイルも故障モードも異なる別の製品です。

騒音は消えるのではなく、場所を移すだけです。ハイドロクーリングのホール内では、数十キロワットを引くラックのすぐ横でも普通に会話ができます。以前は各マイナーの内部にあったファンやコンプレッサは、いまや外部の冷却プラントに集中しており、作業スペースから離して配置でき、何百もの小規模システムではなく 1 つのシステムとして最適化できます。

効率と密度 — 並べて比較

もっとも公平な比較は、シリコンを固定変数とするために同じ世代の機器を取ることです。エアクーリングの S21 Pro とハイドロクーリングの S21 XP Hyd はいずれも Bitmain の現行世代 SHA-256 ASIC の派生です。以下の差はほぼすべて、熱を取り除く方法の違いに由来します。

効率の 20% のギャップはマーケティングではありません — 同じ量の BTC を電力 20% 少なく採掘することを意味します。機器の寿命全体を通じて、このギャップはハッシュプライスが下がったときの損益分岐点カーブに明確な差を生みます。密度の数字はさらに印象的です。1 台のハイドロシャーシはエアクーリングの兄弟機の2 倍以上のハッシュレートを出力するため、同じ施設規模に必要なラックスペース、ケーブリング、床面積が変わります。

NoxHash が両方のパラダイムを並行運用する理由

当社はエア対ハイドロを宗教戦争のように扱ってはいません。機器構成はエア側に Antminer S21 Pro、WhatsMiner M60S、M66S を、ハイドロ側に Antminer S21 XP Hyd と S21 Hyd を配置しています。中位のレンタルプランはエアクーリング機器に、エンタープライズプランはハイドロラックに紐づいています。どちらか一方に統一するのではなく並行運用するのには、3 つの理由があります。

カザフスタンの気候は両方への贈り物です。冬の外気温は何か月もの間、-15°C から -30°C の範囲で推移します。エアクーリング機はシーズンを通じて、ほぼ無料で冷たい吸気を得られます — 外気はすでにチップの安全動作温度よりはるかに低く、内部ファンはほとんど働く必要がありません。ハイドロ機も恩恵を受けます。チラープラントはずっと低い負荷領域で動けますし、ときには冷凍サイクルを完全にバイパスしてドライクーラーのみで済ませることもできます。両方の熱アーキテクチャが、同じ緯度でスイートスポットに収まるのです。

多様化は稼働率を守ります。ハイドロクーリングのホールには、エアクーリングのホールにはない単一障害点が存在します — チラープラントです。ポンプが故障したり冷媒ラインに漏れが出たりすると、隔離と修理が終わるまで大きなブロックの機器がオフラインになる可能性があります。その間もエアクーリングのラックは、独立した排気インフラで稼働を続けます。逆もまた真なりで、排気ファンバンクが故障すればそのホットアイルの区画は温度が上がりますが、別系統のループにあるハイドロ機器は影響を受けません。2 つの熱パラダイムは、2 つの独立した障害ドメインを意味します。

供給と世代のタイミング。Bitmain と MicroBT は、新世代のエア版とハイドロ版を同じ価格・同じタイミングでは出しません。エア版がハイドロ版より半年早く出荷されることもあれば、その逆もあります。混成の機器構成を持つということは、特定の SKU の入荷を待つのではなく、あるキャパシティ拡張に先に筋が通るほうのバリエーションを採用できる、ということです。

自宅でハイドロは動かせるか? ほぼ間違いなく不可能です

エアクーリングの ASIC なら、覚悟を決めた家庭セットアップに収まることもあります。適切な換気経路、240 V の回路、そしてオペレーター用の耳栓があるガレージや専用小屋であれば、S21 クラスの機体を 1〜2 台動かすには十分です。快適とは言えませんが、不可能ではありません。機器は動作に必要なものをすべて同梱して出荷されます。

ハイドロはまったく別のカテゴリです。ハイドロ機単体では何もできません — それはシステムの半分にすぎません。マイナーの熱負荷に見合うチラーやドライクーラー(それぞれ 5〜6 kW)、断熱された冷媒ライン、マニホールド、冷媒流体、漏液検知、そして居住空間ではない外部プラントの設置場所も必要になります。外部冷却機器自体も騒音源なので、住宅環境にプラントを置いた瞬間に「静かな機器」という売り文句は蒸発します。配管は後付けもできません — エアクーリングの S21 Pro にコールドプレートを後付けしてハイドロ機にすることはできません。ハッシュボードとシャーシが物理的に別の製品だからです。

これがクラウドレンタルが存在する構造的理由です。ハイドロの効率 — 12 J/TH のクラス — は、共有チラープラントのコストを数百台の機器で分散償却できる施設内でしか、経済的に成立しません。個人マイナーが合理的な価格帯でこの効率に届く手段はありません。両方のパラダイムを運用する事業者からハッシュレートを借りることだけが、小規模参加者にとってハイドロクラスの J/TH に触れる唯一の方法です。

これがレンタル利用者のあなたにとって意味すること

よくある質問

さらに読む: Bitmain 製品ページでは各 S21 世代のエア版とハイドロ版の完全なスペックシートが公開されており、Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index はネットワーク全体の効率推計を公開しており、機器構成の冷却選択が総電力消費をどう形作るかを映し出します。