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比特币“减半”即将到来,ASIC 矿机挖矿能力增长空间有限


过去十年来,比特币挖矿技术经历了快速发展与迭代。

矿机是比特币网络成功的基础,矿工会根据出块奖励来决定是否继续参与网络。而矿工参与的方式就是通过“挖矿”,即运行出块所必要的计算。

虽然,比特币矿机的发展史常被人们所忽视,但是它很好地解释了,为什么矿业能在这些年里发展成一个数十亿美元规模的产业。矿业仍在持续发展,不过有一些迹象表明,它的发展有所放缓。

我们将在下文完整回顾比特币挖矿的发展史,以及未来的创新方向。

  CPU 挖矿

在 2009 年 1 月 3 日,网名为中本聪(Satoshi Nakamoto)的比特币之父挖出了第一个比特币区块。作为当时比特币网络上唯一一位矿工,中本聪可以通过普通的个人计算机,而无需通过专用设备来进行比特币挖矿。

所有用来浏览互联网、启动 Word 文档和大量应用程序的计算机都包含一个叫作中央处理器(CPU)的设备。这个设备能够处理并执行计算机上的指令。由于早期的比特币矿工少且缺乏竞争,CPU 设备满足矿工挖出新区块并赚取挖矿奖励的算力需求。

随着新的矿工加入比特币网络,并开始竞争区块奖励,比特币挖矿所需的硬件标准在不断提高。


图 | 比特币挖矿难度历年来的变化情况及新型挖矿技术的推出日期(来源:CoinDesk Research)

  GPU 与 FPGA 挖矿

在比特币市值到达一定规模后不久,比特币挖矿硬件迎来了第一次重大升级。

在 2010 年 5 月 22 日,一个名叫拉斯洛·汉耶兹(Laszlo Hanyecz)的程序员支付了 1 万个比特币购买了两个“棒!约翰(Papa John’s)”披萨。这两个披萨的价格大约是 25 美元。据加密货币数据提供商 Coin Metrics 显示,比特币的市场价格在 7 月涨到了 8 美分左右。到 2010 年 10 月,比特币的价格已经达到了 10 美分。这时,首个利用图形处理器(GPU)的矿机被开发了出来。

不同于 CPU ,GPU 设备经过了优化,用来执行有限的计算任务。GPU 最初是为游戏应用创建的,擅长并行计算简单的数学运算,而非一次只计算一个,从而生成上千个具有时间相关性的像素点。经过重新编程之后,GPU 可以用来完成数学运算,例如,挖矿所需完成的运算。

图 | GPU 加密货币矿机实物图(来源:DMG Blockchain)

根据挖矿咨询公司 Navier CEO 乔什·米特尼克(Josh Metnick)的分析,GPU 挖矿——使用 GPU 设备来挖比特币——这一创新将创建比特币区块并赚取区块奖励的效率平均提升了 6 倍左右。为了实现效率提升,普通 GPU 设备的成本大约是普通 CPU 设备的两倍。

2011 年,这时,现场可编程门阵列(FPGA)也被重新改造,用来挖比特币。GPU 挖矿设备与之相比,黯然失色。

据米特尼克计算,FPGA 计算比特币挖矿难题的速度是最高级 GPU 的两倍。但是,制造 FPGA 设备的人力成本更高。FPGA 设备需要从硬件和软件层面进行配置。也就是说,这类设备需要经过编程来运行自定义代码,并通过架构设计来有效地运行代码。正是 FPGA 所具备的调整硬件组件的能力,使得这类设备相比 GPU 能够更好地优化来进行比特币挖矿。
  ASIC 挖矿

比特币矿机的第三次创新需要耗费最多的专用资源、时间和发展来实现。第三次创新不再是重新调整现有设备的软件和硬件参数,而是创建了一个只用于挖比特币的矿机。在 2013 年,位于中国的计算机硬件制造商嘉楠科技(Canaan Creative)发布了第一套用于比特币挖矿的专用集成电路(ASIC)。

与 CPU、GPU 和 FPGA 不同,ASIC 从最初就是为挖比特币而设计的。也就是说,ASIC 设备的所有硬件和软件组件都是预先设计好且经过优化的,专门用来完成创建比特币区块所必需的计算。ASIC 带来的效率提升是之前所有通用类设备都无法媲美的。

虽然嘉楠科技是第一家比特币 ASIC 生产商,但是比特大陆(Bitmain)和比特微(MicroBT)等其他生产商也开发了硬件更加先进的 ASIC 比特币矿机。自 2013 年以来,ASIC 挖矿技术最显著的进步就是芯片尺寸在不断缩小。自 2013 年以来,ASIC 芯片的尺寸大幅缩小,从 130 纳米降至现在的 7 纳米。

芯片尺寸与挖矿效率息息相关。ASIC 芯片的表面越宽,其通信信道越大,传输其表面数据所需的电力也越多。据米特尼克计算,ASIC 比特币矿机的速度是 2009 年普通 CPU 速度的 1000 亿倍。

伊利诺伊大学电气与计算机工程副教授拉克什·库玛(Rakesh Kumar)认为,自比特币诞生以来,不断攀升的币价是推动比特币矿机发展的强大动力,因为比特币挖矿的利润越来越高。随着区块奖励的提高,挖矿技术创新所带来的回报也越高,因为这样可以同时到达降本增效的目的。


(来源:Coin Metrics)
  比特币挖矿的未来

自 2015 年来,比特币 ASIC 矿机芯片尺寸不再像 2013 和 2014 年那样急剧缩小。更重要的是,自首个比特币 ASIC 矿机出现以来,还没有哪种新技术能像 GPU 取代 CPU 或 FPGA 取代 GPU 那样大幅提升挖矿效率。

图 | 新款比特大陆蚂蚁矿机 S17 Pro (来源:Navier)

“我们正在接近极限。”库玛说,“这是全行业面临的问题,不只是比特币挖矿,而是整个半导体行业……我们需要一种新型设备。”

如果没有一种具有突破性的新型技术,比特币矿工很快就会像过去十年那样,停留在硬件和设备的竞争上。如果比特币矿机实现商品化,且新旧迭代对于效率的提升微乎其微的话,矿工就会被迫考虑转移到其他可以获得竞争优势的领域。

历来,比特币矿机硬件的发展都是为了大幅提升挖矿效率,但是未来留给硬件创新的空间越来越有限了。矿工之间竞争出块也将推动技术的发展。挖矿技术的下一个重大突破仍是未知数。
翻译:闵敏责编:林一
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