引言

近期筆者對(duì)數(shù)字貨幣的挖礦比較感興趣，根據(jù)這段時(shí)間學(xué)習(xí)的內(nèi)容，整理了本篇文章，算是一個(gè)梳理。

一。 為什么需要挖礦

首先解釋一下什么叫做挖礦。

以數(shù)字貨幣中的比特幣為例，挖礦就是打包比特幣的交易，獲得礦工費(fèi)的過(guò)程。

用四個(gè)字來(lái)描述：記賬和收錢(qián)。

因?yàn)樵跀?shù)字貨幣的交易中，各個(gè)用戶(hù)的交易都需要在一個(gè)公共賬本上記賬，因此就需要有人來(lái)完成這個(gè)記賬的過(guò)程。

完成記賬的人就叫做礦工，首先完成記賬的礦工就會(huì)有數(shù)字代幣的獎(jiǎng)勵(lì)。

正是由于有了經(jīng)濟(jì)利益的刺激，挖礦已成為數(shù)字貨幣中的一個(gè)行業(yè)。

按照數(shù)字貨幣中共識(shí)算法分類(lèi)，共識(shí)算法分為POW和POS。

POW：全稱(chēng)Proof of Work，工作證明。你獲得多少數(shù)字代幣，取決于你對(duì)挖礦做出的貢獻(xiàn)。

POS：全稱(chēng)Proof of Stake，股權(quán)證明。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)根據(jù)你持有貨幣的量和時(shí)間，給你發(fā)利息的一個(gè)制度。

用通俗的話(huà)說(shuō)，POW就是誰(shuí)勁大聽(tīng)誰(shuí)的，POS就是誰(shuí)有錢(qián)聽(tīng)誰(shuí)的。

本文當(dāng)中挖礦主要是針對(duì)POW，現(xiàn)在市值排行前兩名的比特幣和以太坊都是屬于POW。

二。 礦機(jī)的發(fā)展歷程

由于挖礦是一件有利可圖的事情，所以挖礦所用的礦機(jī)也經(jīng)歷了一番演進(jìn)。

最早是CPU挖，后來(lái)有人用GPU挖，再后來(lái)有人用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）挖，礦機(jī)的最終形態(tài)就是用ASIC（專(zhuān)用集成電路）挖。

有人把礦機(jī)的發(fā)展歷程做了一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，CPU→GPU→FPGA→ASIC，越靠近左側(cè)就越靈活，但效率越低；越靠近右側(cè)就越專(zhuān)用，但效率要高很多。

所以針對(duì)BTC和LTC等市值很高的幣種，早就出現(xiàn)了以比特大陸為首的礦機(jī)廠(chǎng)商推出了專(zhuān)用的挖礦芯片，壟斷了BTC和LTC的挖礦產(chǎn)業(yè)。

最終BTC和LTC等挖礦就變成了一個(gè)資本比拼的市場(chǎng)，只有有錢(qián)可以買(mǎi)到足夠多的礦機(jī)。只要礦機(jī)挖礦所得的收益能夠支撐電費(fèi)和礦機(jī)的維護(hù)成本，這就是一件可以賺錢(qián)的事情。就可以不停的加大投入。

所以在牛市的時(shí)候現(xiàn)貨礦機(jī)的價(jià)格居高不下，一機(jī)難求。

三。 為什么要抗ASIC

隨著越來(lái)越多數(shù)字貨幣的發(fā)行，很多幣種都逐步提出一個(gè)口號(hào)，叫做抗ASIC。

表面上的理由很簡(jiǎn)單：由于數(shù)字貨幣一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是去中心化，而ASIC礦機(jī)的出現(xiàn)恰恰打破了這個(gè)趨勢(shì)，造成了算力的壟斷。

有人做過(guò)統(tǒng)計(jì)，比特大陸控制的BTC礦池（下圖中用紅框標(biāo)識(shí)）已占到了全網(wǎng)算力的40%以上，雖然沒(méi)有到達(dá)傳說(shuō)中的51%（絕對(duì)多數(shù)），但實(shí)際上已經(jīng)形成了壟斷。

但是抗ASIC真的可以去除中心化的影響嗎？往深一層想，即使沒(méi)有ASIC，只要挖礦是一件有利可圖的事情，就會(huì)吸引過(guò)來(lái)資本，大規(guī)模的采購(gòu)礦機(jī)從中盈利，從而造成資源的集中。所以抗ASIC無(wú)法做到去中心化，二八現(xiàn)象肯定是存在的。

那么既然如此，抗ASIC的目的到底是什么？

后來(lái)筆者才明白，抗ASIC的本質(zhì)實(shí)際上是開(kāi)發(fā)者與礦工關(guān)于話(huà)語(yǔ)權(quán)的博弈。

本來(lái)開(kāi)發(fā)者是數(shù)字貨幣中無(wú)可爭(zhēng)議的老大，代碼是我寫(xiě)的，其他人當(dāng)然要聽(tīng)我的。但是隨著礦工實(shí)力的增強(qiáng)，如果后續(xù)數(shù)字貨幣的發(fā)展路線(xiàn)沒(méi)有得到礦工群體的認(rèn)可，礦工可以用不運(yùn)行新版本的代碼來(lái)進(jìn)行抵制。

最壞后果就是出現(xiàn)了硬分叉，花開(kāi)兩朵，各表一枝。你走你的陽(yáng)關(guān)道，我走我的獨(dú)木橋。

歷史上以比特大陸為首的BCH就是這么從BTC里面硬分叉出來(lái)的。

四。 抗ASIC的方法

那現(xiàn)在到底有哪些常用的抗ASIC的方法呢？據(jù)觀察，現(xiàn)在至少有兩種方式：大內(nèi)存和定期修改算法。

方法1：大內(nèi)存

用大內(nèi)存是一個(gè)抵抗ASIC比較通用的方法。下面分別舉ETH和GRIN的例子。

ETH

以ETH為例，ETH在挖礦時(shí)必須產(chǎn)生一個(gè)64M的數(shù)據(jù)塊，而在挖礦過(guò)程中需要隨機(jī)使用這個(gè)大數(shù)據(jù)塊的某幾個(gè)字節(jié)，所以即使你芯片運(yùn)算的再快也沒(méi)有用，它需要用某些數(shù)據(jù)做計(jì)算。

記得看過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)，在GPU礦機(jī)運(yùn)行ETH的挖礦算法時(shí)，其GPU利用率為60%多，而顯存的占用率接近了90%。

所以即使比特大陸研究出了針對(duì)ETH的ASIC礦機(jī)，也沒(méi)有給ETH的挖礦生態(tài)帶來(lái)致命的打擊，有兩點(diǎn)原因：一是礦機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中需要頻繁的讀寫(xiě)內(nèi)存，造成了效率不高；其次是ASIC礦機(jī)配置的大容量的內(nèi)存芯片，也大幅拉高了整機(jī)的成本。

GRIN

GRIN是剛推出不久的一款匿名幣，號(hào)稱(chēng)是比特幣的接班人，在一個(gè)月前剛剛上線(xiàn)時(shí)，吸引了很多人的眼球。

Grin 獨(dú)創(chuàng)性的提出了雙POW算法：

1. 面向GPU的CuckARoo算法，需要 6GB+ 的內(nèi)存，初期挖出 90% 塊

2. 面向CPU的 CuckAToo算法，需要 11GB+ 的內(nèi)存，初期挖出 10% 的塊

按照這個(gè)要求，初期GRIN要求礦機(jī)必須具備6GB以上的大內(nèi)存才可以挖礦，而這個(gè)要求是明顯有利于顯卡挖礦的。

方法2：更新算法

上面舉的例子包括ETH和GRIN都是在算法設(shè)計(jì)之初就考慮了抗ASIC，但是很多幣種在最初沒(méi)有這方面的考慮，那么該怎么辦呢？

以門(mén)羅幣為例，它的算力很大一部分都被ASIC和FPGA把控，于是門(mén)羅幣想出來(lái)一招：更新算法。

大概的頻率是半年更新一次算法，這讓擁有ASIC和FPGA礦機(jī)的礦工們欲哭無(wú)淚。

因?yàn)锳SIC是專(zhuān)用芯片，它只能針對(duì)特定的算法，如果算法更新，則芯片就沒(méi)有任何用處了！需要重新開(kāi)發(fā)，而開(kāi)發(fā)一款A(yù)SIC芯片是極其燒錢(qián)和費(fèi)時(shí)的，僅僅其中流片的費(fèi)用至少就需要幾十萬(wàn)RMB。

相比之下，F(xiàn)PGA礦機(jī)會(huì)稍好一些，其可以通過(guò)更新以支持新算法。但是FPGA的開(kāi)發(fā)周期往往也不短，有可能需要幾個(gè)月，等研制出來(lái)以后，可能沒(méi)有等多長(zhǎng)時(shí)間，又要進(jìn)行下一輪更新了。

五。 電子工程師的機(jī)會(huì)

在介紹完上面區(qū)塊鏈挖礦的概況后，針對(duì)電子工程師，到底有沒(méi)有什么機(jī)會(huì)可以從挖礦產(chǎn)業(yè)中分一杯羹呢？下面我從FPGA工程師和硬件工程師兩個(gè)角度進(jìn)行分析。

機(jī)會(huì)1：FPGA工程師

FPGA礦機(jī)作為一種半定制產(chǎn)品，在某些無(wú)ASIC礦機(jī)的小幣種中，還能夠占有一席之地。

如果FPGA工程師可以在某個(gè)新幣種推出后，或者在某個(gè)老幣種更新算法后，短時(shí)間內(nèi)用FPGA實(shí)現(xiàn)出相應(yīng)的算法，并且運(yùn)行效率可以明顯高于對(duì)應(yīng)的顯卡礦機(jī)挖礦，那么這里面就有盈利空間。

這里補(bǔ)充一個(gè)小常識(shí)，針對(duì)顯卡挖礦，更新算法是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事情，官方都會(huì)提供算法，更新只需要一兩個(gè)小時(shí)就足夠了。而對(duì)FPGA來(lái)說(shuō)，新算法需要重新研發(fā)，研發(fā)周期很可能會(huì)以月為單位。

機(jī)會(huì)2：硬件工程師

由于大內(nèi)存礦機(jī)是后續(xù)數(shù)字貨幣挖礦的發(fā)展趨勢(shì)，如果在ASIC（專(zhuān)用芯片）礦機(jī)出來(lái)之前，硬件工程師能夠搶先使用通用芯片設(shè)計(jì)出礦機(jī)，預(yù)計(jì)也會(huì)很有市場(chǎng)的。

這里再補(bǔ)充一個(gè)小常識(shí)，現(xiàn)在的內(nèi)存主要分為兩大類(lèi)：CPU使用的DDR和GPU使用的GDDR。

為什么會(huì)出現(xiàn)兩種內(nèi)存嗎？

因?yàn)殡S著人們對(duì)于顯卡性能日益增長(zhǎng)的需求，早先的DDR已不能滿(mǎn)足顯卡的需求，所以出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足顯卡GPU高速交互數(shù)據(jù)需求的GDDR。因?yàn)镚PU沒(méi)有像CPU那樣設(shè)計(jì)有大容量L1、L2、L3緩存，而且GPU處理大容量的紋理貼圖，所以需要與顯存進(jìn)行更加頻繁的數(shù)據(jù)交互，所以GPU所用的GDDR相比CPU所用的DDR有兩個(gè)特點(diǎn)：一是帶寬更寬，二是容量更大。

基于上面的背景介紹，大容量礦機(jī)可以衍生出三種設(shè)計(jì)思路：

①CPU+DDR

比特大陸做的以太坊礦機(jī)就是這種思路，缺點(diǎn)是DDR容量相比GDDR還是較小，訪(fǎng)問(wèn)速度不夠快。相比顯卡礦機(jī)，優(yōu)勢(shì)并不明顯。

②GPU+GDDR

這就是常規(guī)顯卡的設(shè)計(jì)思路，不過(guò)假使硬件工程師研發(fā)出了這樣的顯卡礦機(jī)，但是通常其產(chǎn)業(yè)鏈整合的能力PK不過(guò)傳統(tǒng)顯卡廠(chǎng)商，價(jià)格很可能沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

③CPU+FPGA+GDDR

在方案③中，F(xiàn)PGA起到了一個(gè)橋接芯片的作用，讓CPU能夠連接大容量的GDDR，CPU完成管理維護(hù)協(xié)議處理等工作，而重復(fù)運(yùn)算交給FPGA處理，看起來(lái)這是一個(gè)最優(yōu)的方案，不過(guò)難點(diǎn)在于FPGA連接GDDR沒(méi)有現(xiàn)成的IP核可用，自行研發(fā)難度很大。

這里所說(shuō)的IP核，是指在集成電路設(shè)計(jì)中，可重復(fù)使用的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)功能的集成電路設(shè)計(jì)模塊。

現(xiàn)在世界排名第一的FPGA廠(chǎng)商Xilinx還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出針對(duì)GDDR5或者GDDR6的IP核，不過(guò)看到有國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商已經(jīng)做出來(lái)了GDDR6的IP核，真是厲害！