干货 | 加密货币矿业的现状

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译者按: 
本文讲的主要是挖矿产业上游制造商的情况,因此,除标题中的“mining”翻译成矿业以外,文中多个地方译为“矿机产业”;类似地,原文中的大多数“miner”,讲的也不是一般意义上的矿工,而是矿机,故一律都翻成矿机。 

初次阅读我博客的朋友你们好,我是 Sia 的领头开发者。Sia 是一个基于区块链的云存储平台。大约一年以前,我和 Sia 团队的一些成员成立了 Obelisk,一个加密货币 ASIC(专用集成电路)制造公司。我们的第一批 ASIC 预计在 8 周内开始供货,而我们在 Obelisk 的经历也让我们深入见识了加密货币挖矿产业的世界。 

我们创办 Obelisk 的其中一个原因是,我们意识到加密货币开发者普遍对挖矿世界只有非常贫乏的认识,而了解它的最好的方式就是弄脏我们自己的手以及推出一款矿机到市场上看看。 

自创办 Obelisk 以来,我们已经学到了很多关于矿机产业的知识,从 GPU、ASIC、FPGA,到抗 ASIC、矿场、电力,以及一大堆开发者应该更了解的其它主题的知识。我们不能分享我们知道的所有事情,但我们把一些关键课题的信息集合在一起,我认为这些课题对加密货币设计者和加密货币社区的其他成员来说都是有用的。 


ASIC 抗性 

我们已经对 ASIC 抗性感到悲观很长一段时间了,而我们深入硬件世界的经历验证了我们的想法。硬件是极为有弹性的。通用计算设备如 CPU,GPU 甚至 DRAM 通通都对它们的真实潜能做了巨大的妥协,以便用于一般的计算。对基本的硬件开发来说,大多数算法都可以发现大量的优化,只要把所有的通用性丢掉并集中在一种具体的算法上。 

绝大多数抗 ASIC 的算法都是软件工程师设计出来的,他们假设定制硬件具有局限性。但这些假设往往是不正确的。 

Equihash(译者注:一种基于内存的工作量证明算法,Zcash 就是用这种算法来挖矿的)可能是最直接的目标,因为很多人都对 Equihash 算法很有信心,但我们已经说了快一年了,我们知道怎么制造非常高效的 Equihash 专用集成电路。 

关键是重组内存。许多算法设计者似乎并不理解,在一台 ASIC 内部,你可以将一个芯片的计算和存储部分合并在一起。一个 GPU 计算 Equihash 时,它不得不一路走到芯片外的内存、将数据搬到计算核心、组合这些数据、再将更新过的数据一路传回芯片外面的内存。 

对 Equihash 来说,你需要对数据进行的处理是非常简单的,以至于你可以将内存和计算合并在一起,这意味着你可以“就地”做大部分处理、显著地减少用于来回传输数据的能源、显著地降低数据调整之间费去的时间。这样会大幅提高效率和速度。 

无需多言,当比特大陆(Bitmain)发布他们强大的 Equihash 矿机时,我们一点也不吃惊。实际上,比特大陆的 ASIC 的性能(5 倍到 10 倍)还远远低于我们自己内部研究论证出的性能。这里面可能有很多原因,但总体而言,我们认为,完全有理由假设更强大的 Equihash 专用集成电路会在接下来的几个月内发布。 

我们同样初步设计出了 Ethash(以太坊的算法)的专用硬件。无可否认的,Ethash 不像 Equihash 那样容易被 ASIC 掌控,但就像我们今天在市场产品中看到的那样,还是可以做到足以淘汰 GPU 的程度。Ethash 是迄今为止我们看到的最具 ASIC 抗性的算法了,大多数其它的抗 ASIC 算法都有更为明显的捷径,甚至比可以用来处理 Equihash 的捷径还要明显。 

把一切都考虑进去以后,你还是可以创造足以胜过通用计算硬件的定制化硬件。怎么强调都不过分的是,跟我交谈过的偏爱 ASIC 抗性的人无一例外都一贯且明显地低估了其中的灵活性,而这种灵活性是硬件工程师在围绕具体问题时不得不加以设计的,即便在预算约束下也是如此。对于任意算法来说,总会有一种途径,定制硬件的工程师可以打败通用硬件。这是通用硬件的根本限制。 


硬分叉抗性

很多人认为计算可以分三类:CPU、GPU 和 ASIC。虽然这些是对大众来说普遍可见的种类,在芯片世界里,实际上只有一种类型的芯片,就是 ASIC。英伟达(Nvidia)、英特尔(Intel)和其他公司,在内部都会将他们的产品与称为 ASIC。公众可知的分类实际上只是对 ASIC 弹性的描述。 

我想使用 1 到 10 来为弹性打分。在数轴一边,要界定“1”,我们会举出一个英特尔的 CPU。数轴另一边,要衡量“10”,我们会以一台比特币 ASIC 为标杆。设计者可以创造出分布在该数轴上任意一点的芯片。从“1”移到“10”,硬件会丧失大量的弹性,但也会获得大量的性能。你愿意牺牲弹性的话,也可以减少需要的设计和开发工作。在这条数轴上,GPU 的值为“2”。 

普遍来说,我们并没有看到开发出来的产品布满 GPU 和完全没有弹性的 ASIC 之间的每一点,因为一般情况下,要离开 GPU 你已经放弃了足够多的弹性,并且你只获得了一个非常单一的应用,所以你会愿意牺牲所有的弹性来让性能最大化。并且,要设计完全没有弹性的 ASIC 只会贵一点点,这是你不会看到很多产品处在中间位置的另一个理由。 

位于 GPU 和 ASIC 之间的两个例子是Baikal 矿机和谷歌 TPU。这些芯片可以覆盖可变范围的应用且其性能会大大优于 GPU。而 Baikal 的案例是很有意思的,因为对于很大一部分加密货币来说,它好到足以淘汰掉 GPU,只需要使用同样的基础芯片就可以。这些芯片似乎同样具有弹性,可以跟随硬分叉。 

使用硬分叉将 ASIC 逐出网络的策略发生的越多,效力就会越弱,因为芯片设计者有能力让芯片变得有弹性,从稍微有弹性的任何一点到高度有弹性都可以,同时每一单位的的弹性都只会牺牲掉很少一点性能。门罗(Monero)的开发者曾经承诺会保持 PoW 算法的普遍结构,就因为这种承诺,我们相信,你可以让一款门罗矿机可以从硬分叉中幸存,只是性能下降到 5 倍以下。 

Equihash 是一种有三个参数的算法。Zcash 挖矿算法需要其中一个参数,任何要甩掉 ASIC 的 Zcash 幼稚硬分叉很有可能改变一个或者更多参数。我们有能力为 Equihash ASIC 设计出一种基本架构,可以成功地跟随选择任意参数集合的硬分叉。这意味着,只是调整算法参数的基本硬分叉不足以瓦解我们的芯片,(要做到这一点)需要更为根本的改变。先不提弹性,我们相信我们的 ASIC 会有大幅的速度提升以及超过 GPU 的效率收益。我们从来没有看到过对 Equihash ASIC 的投资,所以我们的设计最终也就是在墙角吃灰。 

再一次,这里的最终结论会回归到 ASIC 的能力上。我相信有很多外界的人都不理解 ASIC 可以变得多有弹性,还期待着例行小的硬分叉便足以破除网络中的任何 ASIC。有时候可能这就足够了,但正如算法可以尝试着变成抗 ASIC 的,ASIC 也可以尝试着成为抗硬分叉的,尤其是变动只是小修小补的情况下。 


门罗的秘密 ASIC 

几个月以前,ASIC 已经秘密用于门罗挖矿的事情被曝光。而我的消息来源则说他们从 2017 年早期便开始使用这种秘密 ASIC 挖矿了,并且在被发现以前已经几乎挖了一整年。这种秘密 ASIC 的投资回报率(ROI)相当可观,也给了这个团体绰绰有余的钱来尝试其它抗 ASIC 的加密货币。 

据估计,门罗的秘密 ASIC 组成超过 50% 的哈希算力,在被发现以前几乎持续了一整年;并且在此期间内,没有人意识到。与此同时,大量新发行的门罗币集中到了一小群人手上,任何时候都可能发动一次 51% 攻击。 

门罗的硬分叉似乎已经成功地撼动了 ASIC。我并不相信 ASIC 的设计者企图在他们的 ASIC 里注入弹性,但现在门罗已经宣布每年两次变动 PoW,我们也许会看到另一轮具有更高弹性的 ASIC 出现。门罗的区块奖励足够高,以至于即便你认为你的 ASIC 只有30% 的几率从 PoW 硬分叉中存活,买入抗硬分叉的 ASIC 也是物有所值的。 

我一直猜测接下来会有另一轮门罗秘密 ASIC 开发,这些 ASIC 将变得更保守也更具有弹性,企图跟上门罗每 6 个月就会进行一次的硬分叉。 


其它秘密 ASIC 

我们已经听到大量其它 ASIC 的传言。拥有秘密 ASIC 的人不会很想告诉别人,但在 2018 年 3 月,我们明确已经听到 Equihash 和 Ethash 的 ASIC 的传言,然后是很多其它更小的还没有任何 ASIC 的币种。我们相信,在比特大陆 Z9 宣布发行之前,已经有 3 组不同的人在积极地用不同的 ASIC 挖 Zcash。 

我们知道,矿厂很乐于花几百万美元来独占特定加密货币 ASIC 设计的渠道。即便排名较低的加密货币也有潜力,为秘密 ASIC 独占渠道的人带来几百万的利润。结果是,一个非正式的地下产业已经围绕着秘密矿机产业建立起来。其中包含的大量秘密意味着它与外界不连通,大部分是在谣言和熟人关系中运作的。但它也是个暴利的行业,即便像 Vertcoin 硬分叉这样的事情发生,对秘密矿机的打击与其成功的收益相比仍然是相形见绌。 

因此,我认为,可以可靠地假设,工作量证明的加密货币,只要在过去一年中区块奖励超过 2000 万美元,都至少有一组秘密 ASIC 在挖矿,或在几个月内出现秘密 ASIC。最简单的验证方法是测算 GPU 的回报,虽然因为 ASIC 会持续地渗入市场中的每一个币种,这将不复是一个可靠的标准因为不会有只用 GPU 挖矿的币来作基准线,至少不会有哪种币大到足以维持全部被淘汰的 GPU 矿厂。 

ASIC 已经变成这样的高级的赌局了,因为桌上的钱有很多。即便小币也可值千万美元,这已足以平衡一个高风险的产品线。 


制造商风险  

在传统的芯片开发世界里,从启动开发工作到产出芯片要花大概两年时间。在我们开发的 Sia 和 Decred 矿机的案例中,看起来从项目启动到产品交付总共需要约 13 个月。如果我们必须再来一次,我认为我们大约 9 个月就可以完成。

花掉的时间中大部分是用于芯片的全定制布线(Routing)。一种更快的开发流程叫做 place-and-route,可以省掉 3 个月的开发时间,但制造芯片会比全定制的慢 2~5 倍。我们认为,如果使用 place-and-route 设计方法,我们可以让产品交付时间线缩短到 6 个月。

我们相信,比特大陆创造 A3 矿机只花了 5 个月;我们也相信,Halong 创造 B52 矿机只用了 9 个月。我们猜测,这些矿机都是彻底使用 place-and-route 方法制造的,尤其是考虑到它们的相对表现都较差的事实。

这是从零开始创造一款芯片的时间线。如果你提前知道你未来需要重新设计你的芯片,那么你有很多捷径可走,可以减少面市需要的总体时间。改变设计以适应一个小调整比起从零开始,需要的时间会短很多;一支优秀的团队,如果手上有计划周详的基础架构,没准可以在约两周内完成设计。基于这一点,再加上来自一个小团体的帮助,你可以在 40 天以内得到一堆新的芯片。这些芯片需要封装,这要花掉大概一星期,然后发给制造商装配。最后,你还要把这些设备发到数据中心并开始挖矿。 

如果你拥有所有这些晶圆、零件,并且万事俱备,我们相信你可以在 70 天内升级一款芯片以适应一场硬分叉、让矿机开挖新的哈希算法,至少在理论上是这样。实际上,比特大陆可能要 3~4 个月来让一款现存的芯片适应一次硬分叉;如果他们没有提前储备晶圆,可能就要用 4~5 个月。比特大陆以外的其它公司可能需要额外 30~60 天。 


卑鄙手段

矿厂可能是唯一一个制造商和规模经济不占支配地位的领域。优质的电力合约较有可能到小口袋里,分布在全世界各地,也不容易发现,而且每一个都涉及独特的环境。因为这些原因,大公司很难创建一套系统在全球范围内搜集廉价的电力。相反,世界上最便宜的电力和数据中心比较有可能在小公司手上,这些小公司各自都不占有很多的电力或是算力。 

从我挖到的信息来看,一般的专业矿厂支付的电费在 4 到 6 美分之间,而另外 3 到 6 美分是付给管理和维护的。大型矿厂的全部成本的中位数可能接近每月每千瓦 50 美元。我们估计,随着科技进步和产业发展,这个数字会可能会下降到每月每千瓦 35 美元(包括维护、土地、税费,等等),在 2019 年到 2020 年。我们不相信每月每千瓦成本超过 80 美元的人可以保持竞争力,除非加密货币价格在接下来一年中继续快速上涨。 

从我们能搜集的情况来看,最顶尖的 20% 的矿工每月每千瓦的成本似乎全部都已低于 35 美元,而最顶尖的 5% 的矿工似乎低于 20 美元。根据我的估计,如果比特币价格大幅下降的话,这些矿厂可以在行业中留下来,而支出为 50 美元甚至更多的将不得不关停他们的设备。 



业界标杆

所有这些经历的最大收获是,矿机产业是给大佬玩的。你花的钱越多,你的优势越大,而且没有简单的办法可以改变这个方程。至少在传统的中本聪共识里,一个大公司生产和控制大部分算力看起来或多或少就是借据,最多最多你可以加入另一种情况,就是 2 到 3 个主要的玩家,有着相似的基础。但我不认为在任何意义上,在接下来的十几年间我们会看到一种许多制造公司都在生产相对有竞争力的矿机的情况。制造业会内在地导致中心化,而且经由不同的载体,这确实发生了。 

虽然这是个令人沮丧的消息,但这不是比特币或是其他基于工作量证明的加密货币的世界末日。算力的去中心化当然有胜于无,但还有很多别的激励和机制会起作用,限制垄断制造商。一个很好的例子是比特币/SegWit2x。超过 80% 的算力都公开支持激活 Segwit2x,但整个运动还是失败了。 

加密货币开发者还有大量其他工具可用,社区也是,可以处理敌对的算力力量,包括硬分叉和社区分离。算力的拥有者知道这一点,而结果是,他们小心不去做可能到可能导致反抗或是危及他们正常利润流的任何事情。而且现在我们知道会有一个高度中心化的算力,我们可以继续做开发者和投资人,在结构和方案上下功夫,即便算力全部汇集到一小部分人手上,这些结构和项目也还是安全的。 

原文链接: https://blog.sia.tech/the-state-of-cryptocurrency-mining-538004a37f9b 
作者: David Vorick 
翻译&校对: 阿剑 & Elisa
本文来源:以太坊爱好者公众号  区势传媒责任编辑:Byzantium
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