[ASIC挖矿教程] ASIC挖矿详解教程--新手矿工的贴心管家

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发表于 2022-5-27 10:15:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘要:近年来,随着加密数字货币的逐渐兴起,比特币(Bitcoin,BTC)作为加密数字货币的代表受到广泛关注。比特币所基于的工作量证明(POW)机制规定,最先解决复杂数学问题的矿工可以获得记账权和比特币奖励。采矿设备作为解决这一复杂数学问题的源泉,需要不断的计算。在当前火热的比特币市场,币价上涨不仅导致参与挖矿的参与者越来越多,同时也导致各种挖矿设备供不应求,造成“一机难求”的局面。去寻找”。在这篇文章中,基于我的专业(集成电路技术与管理),我对比特币挖矿中加密算法和集成电路相关的挖矿设备做了一个有趣的介绍,并介绍了现有的主流挖矿设备和设备。产业链形势分析。
关键词:比特币;矿业; 采矿设备;ASIC矿机;区块链
  • 比特币挖矿
1.1 哈希函数和 SHA-256
哈希函数是一种数学函数,可以通过计算将任何形式的数据转换为固定长度的值。由于其单向性、防碰撞性、稳定性等特点,已被广泛应用于数字签名、文件验证、加密数字货币等领域。
图 1 是使用散列函数加密的流程图。图中,最左边是输入信息,中间是使用的哈希函数,最右边是输出结果值。
哈希函数加密流程图
假设我们输入字符“Dog”,按照哈希函数运算后,会得到一系列输出,比如“0eb1 29bf…”。同理,输入“I am a student”字符串也可以得到输出。当我们添加一个“。” 到字符串的末尾,也就是原来的字符变成了“我是学生”,我们可以看到此时的输出文本发生了巨大的变化,这说明我们不能只从输出反转输出。推送输入的特点。此外,散列函数还可以处理除此文本之外的输入,例如文件等。
在散列函数中,最著名的算法之一是SHA系列算法。SHA系列算法由美国国家安全局(NSA)设计,是美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的一系列密码哈希函数,包括SHA-1、SHA-224、SHA-256和SHA -512 等。变体。在SHA系列算法中,最常用的是SHA256算法。SHA-256算法的特点是,对于任意长度的消息,输出一个固定长度为256位的结果。
SHA-256 加密算法
图 2 显示了使用 SHA-256 算法的加密过程。但是,图中只输出了“982153ce…”64位字符。这是因为这个 64 位字符实际上是用十六进制形式表示的,所以实际输出的还是 256 位(4 位二进制可以用 1 位十六进制表示:比如二进制 c 中的 1100 和 10 相当于十六进制)。
1.2 什么是挖矿?
表 1 显示了不同的加密数字货币及其使用的加密算法。可以看出,比特币使用的哈希函数是密码学中的SHA-256算法。以下描述以比特币为例。
BTC由区块组成,每个区块又可分为区块头和区块体。区块头主要记录当前区块的基本信息,如图3所示,包括:版本(Version)、时间戳(Timestamp)、难度(Difficulty)、随机数(Nonce)、当前区块交易信息哈希值(Merkle根)和其他信息。区块体主要记录当前区块交易信息。
区块头信息
比特币创始人中本聪设计的规则是:谁先找到一个满足条件的区块,谁就可以获得比特币的奖励,那么这个区块应该如何找到呢?其实在上面给出的区块头信息中,除了随机数Nonce,其他的值都是已知的。为此,我们要找的是随机数Nonce,使得当前区块头经过哈希函数处理后得到的哈希值小于指定哈希值。由于SHA-256算法是单向计算函数,无法逆运算,也没有已知的公式,所以只能通过数一个数来尝试,直到找到正确的值。
此外,中本聪还预测,随着科技的不断发展,人们计算机的计算资源肯定会越来越大。为了不让找块的过程变得越来越简单,他在指定难度系数时规定了一个哈希值,让指定的哈希值随着系数的变化而不断变化。
如图4所示,由于难度在分母,随着难度系数的增大,找到满足条件的块头哈希值的概率越来越小。为此,我们需要大量的计算来继续尝试。
例如2022年4月6日,由于难度为28.59T,理论上需要(28.59T)次(2的32次方)哈希运算。简单来说,挖矿的本质就是多台计算机一起计算一道数学题,谁先算出答案,就相当于挖了一个区块,就获得了比特币奖励。由于每台计算机的算力不同,但都执行挖矿任务,我们可以用算力(单位时间内可以进行的哈希运算次数)来衡量一台设备的优劣。
  • 采矿设备
挖矿设备主要可分为三大类:CPU设备、GPU设备和ASIC设备。这三者之间是一个不断迭代和发展的过程。简而言之,这三者倾向于专注于设备,并且在采矿方面变得越来越高效。经常有人无法理解三者之间的关系。我们可以打个比方:假设我们要解决一个非常复杂的数学问题,需要大量的计算,那么CPU就是一个知识储备不多的小学生。计算能力很慢,每一步都需要很长时间去思考。GPU是学过高等数学的大学生,有一定的数学基础,计算能力比小学生快很多。另一方面,ASIC,

2.1 CPU设备
CPU(Central Processing Unit)是中央处理器,是计算机的核心设备,负责信息的处理和执行。比特币刚诞生的时候,大家都是用普通的电脑设备(CPU)来挖矿的。很少有人使用电脑进行挖矿,因为在挖矿过程中只使用了一部分计算资源,而电脑中的其他资源(如硬盘、存储等)几乎是闲置的,非常不经济。然而,随着矿工数量的增加和挖矿难度的增加,在通用计算机上使用 CPU 的挖矿效率越来越低。用 CPU 挖比特币是非常困难的。
2.2 GPU 设备
GPU(Graphics Processing Unit)是一种图形处理器,最初用于显卡加速图像的渲染,其出色的计算性能引起了币圈的关注。随着加密数字货币的普及,显卡也被用于挖矿,这也是显卡紧缺、价格暴涨的原因。目前GPU市场主要被AMD(A卡)和NVIDIA(N卡)垄断。
2.3 ASIC 器件
ASIC(Application Specific Integrated Circuit)是专用集成电路,是指根据特定用户的要求和特定电子系统的需要设计制造的集成电路。我们经常听到的ASIC矿机指的是其中使用的芯片是ASIC专用的芯片。
由于ASIC芯片可以针对某种算法进行定制,所以在加密数字货币领域,如果用户想挖BTC,可以设计专用的SHA-256算法ASIC芯片,提高计算效率。
图 5 显示了一个相对简单的示例。如果我们现在要在 CPU 和 ASIC 设备上实现 F=A+B*C 的运算,那么 CPU 设备会通过“先乘法,后加法”的两步法。计算。专门开发的ASIC芯片可以单独设计乘加运算,一步完成加法和乘法。

ASIC芯片设计完成后,需要在集成电路中经过验证、综合、测试、布局布线等步骤,才能送到代工厂流片,进一步封装和整体测试。芯片必须在流片后进行。在完成上述所有流程之前,芯片不会退回给定制商。此时,获得ASIC芯片的矿机厂商也需要组装各种部件,形成最终的ASIC矿机。由于ASIC芯片从最初的设计到最终实物产品的交接涉及很多过程,因此ASIC矿机的开发周期一般在一年左右,甚至更长。
表 3 比较了三种采矿设备及其相应的功能。对于CPU设备,由于其泛化特性,在特定的挖矿需求下效率较低。由于 ASIC 设备只能针对特定应用开发,因此在效率方面大大牺牲了灵活性。GPU 设备介于两者之间。
3.1 矿机主要结构 三、矿机结构、指标及产品
我们知道,ASIC矿机最重要的部分就是ASIC芯片,但除了ASIC芯片,还有其他重要的部件。下面将对矿机的主要结构进行分析。
(1)芯片:ASIC芯片是整个ASIC矿机中的核心器件。
(2)主板:方便将芯片和各种配件集成在一起,如图6所示。
(3) 网口:用于网络上的信息交换
(4) 风扇:用于散热,矿机运行时会产生大量热量。
(5) 电源:为整个矿机供电。
3.2 矿机指标
(1)算力——每秒可以计算的哈希运算次数,最基本的单位是每秒哈希值(H/s)。此外还有KH/s(103H/s)、MH/s(106H/s)、GH/s(109H/s)、TH/s(1012H/s)等单位。目前GPU设备的算力一般在MH/s量级,挖矿设备的算力一般在TH/s量级。
(2) 成本——每台矿机的采购成本
(3) 电费——矿机的耗电量
(4) 保养——需要定期清理风扇的灰尘和油污等。
(5) 噪音——采矿设备虽小,但在运行过程中往往会产生较大的噪音
其中,从盈利角度来看,大部分矿工主要关注前三项指标。
3.3、矿机产品
目前主流的矿机有蚂蚁矿机、神马矿机、阿瓦隆矿机等,这里以比特大陆生产的蚂蚁矿机为例。比特大陆是全球最大的矿机生产商之一,是一家成立于 2013 年的年轻公司,2017 年的营业利润为 30 亿至 40 亿美元,而英伟达同期的营业利润为 30 亿美元。在炒币的鼎盛时期,该公司缴纳的税款是北京市海淀区最高的,利润可见一斑。
表 4 显示了 2022 年 4 月比特大陆销售的三款矿机的相关指标。可以看出,随着矿机机型的逐步升级,矿机的能效越来越高。功耗越来越低。但由于币价不断波动,矿机价格并不稳定。目前情况下,三台矿机的平均单位算力价格在80美元/TH左右。
为了进一步说明币价对矿机价格的影响。表 5 给出了蚂蚁 S19 和蚂蚁 S19Pro 在两个不同时间点(2020 年 3 月和 2022 年 4 月)的相关指标。

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