FPGA и ASIC майнинг. Наше время: профессиональный майнинг

FPGA-майнинг. В районе 2011 года майнеры стали использовать FPGA (программируемые вентильные матрицы). Примерно тогда же появился Verilog, язык настройки аппаратуры для программирования FPGA. Смысл этих устройств — приблизиться к производительности специальной аппаратуры, при этом позволяя пользователю настраивать её в полевых условиях. Этот подход отличается от вариантов с заводскими чипами.

FPGA работают лучше графических карт, особенно при масштабных задачах. Их легко задавать, а охлаждение и вовсе не является проблемой. Также расход с ними меньше, чем с GPU. Их также можно устанавливать рядами и подключать к центральному процессору — и именно это люди и стали делать (рис. 5.8). В целом можно организовать огромный массив FPGA более опрятно, чем в случае графических карт.

Рис. 5.8: Домашняя стойка FPGA. Хотя вентиляторы на фото и не видны, подобная стойка требует системы охлаждения

Если вы правильно используете FPGA, можно достичь значений в 1 ГХ/с (один миллиард хэшей в секунду). Это явно больше, чем у CPU и GPU, но даже используя сотню плат по 1ГХ/с каждая, вам всё равно потребуется 50 лет, чтобы найти блок на уровне сложности начала 2015 года.

Несмотря на выигрыш в производительности, дни FPGA были сочтены — во-первых, они использовались в куда более жёстких условиях, чем позволяли номинальные характеристики. Из-за этого происходило множество ошибок и поломок. Кроме того, оказалось, что они усложняют оптимизацию дополнительного 32-битного шага, что крайне важно для SHA-256. Кроме этого, FPGA не так-то легко достать.

Его нельзя купить в магазине, а программировать их могут только специалисты. Даже с увеличенной производительностью, по соотношению цена/эффективность выигрыш по сравнению с GPU оказывался символическим. Из-за всех этих причин FPGA-майнинг просуществовал недолго — если GPU-майнинг был популярен около года, то FPGA протянул лишь несколько месяцев. Но если все эти решения сегодня уже не годятся, чем же пользуются люди? Это и приводит нас к ASIC-майнингу.

ASIC-майнинг. В наше время майнинг в основном происходит на ASIC - специализированных интегральных микросхемах. Эти чипы были разработаны, изготовлены и оптимизированы исключительно для майнинга биткоинов. Есть несколько крупных поставщиков, продающих их пользователям. Чипы представлены в широком ассортименте — есть большие и дорогие модели, есть компактные, есть модели с переменной производительностью и энергопотреблением.

Разработка ASIC требует много опыта и времени. Тем не менее, как ни странно, они были сконструированы и выпущены достаточно быстро — по мнению специалистов, это был один из самых стремительных прорывов в истории интегрированных схем для конкретной задачи. С другой стороны, первые поколения схем работали с проблемами, а большинство не выходило на заявленные показатели мощности. С тех пор ASIC стали гораздо лучше, и сейчас уже можно купить более-менее надёжную схему.

До 2013 срок службы схем был весьма короток из-за постоянного роста хэшрейта сети, а потому скорость поставки была принципиальным моментом. Большинство плат эры схем становились бесполезными уже через полгода. Более того, основная часть доходов поступала в первые недели — за первые шесть недель. Из-за молодости всей отрасли покупатели часто сталкивались с задержками поставки — и на момент поставки смысла от плат уже не было. Если скорость роста хэшрейта сети биткоин стабилизируется, срок службы схем так же возрастёт.

На протяжении почти всей истории биткоина экономика майнинга не была благосклонна к небольшим майнерам, которые выходили в сеть, заказывали оборудование и начинали зарабатывать деньги. Обычно те, кто размещал заказы на оборудование, в итоге напротив теряли деньги из-за того, что их расчёты быстро становились неактуальными. До 2013 цена биткоина только росла, и лишь это спасло большую часть клиентов от убытков. Майнинг был дорогим способом делать ставку на рост цены биткоина, и большинство майнеров — даже если они заработали деньги на майнинге — обогатились бы гораздо больше, если бы потратили деньги на инвестиции в биткоин и продали его с выгодой, а не покупали новые аппаратные средства.

Наше время: профессиональный майнинг. Сегодня майнинг уже ушёл от частных лиц к профессиональным майнинг-центрам. Точные подробности их работы доподлинно не известны, так как компании стремятся держать свою работу в секрете из соображений конкурентной борьбы. На рис. 5.9 показан профессиональный майнинг-центр в Грузии.

Рис. 5.9: Профессиональный майнинг-центр BitFury в Грузии

Для майнинг-центра важны такие показатели, как климат, стоимость электроэнергии и положение в сети. Так, предпочтителен прохладный климат, чтобы сократить затраты на охлаждение систем. Электричество тоже должно быть недорогим, а соединение с другими узлами в сети должно быть надёжным, чтобы информация о новых блоках поступала как можно быстрее. По этим причинам для таких дата-центров чаще всего выбирают Исландию и Грузию.

Аналогии с добычей золота. Если посмотреть на майнинг издалека и подумать о его развитии, можно заметить множество интересных параллелей между майнингом биткоина и добычей золота (само слово mining буквально и означает «добычу» полезных веществ из недр земли — прим.пер.). Для начала, оба вызвали к жизни менталитет золотой лихорадки и привлекли молодых и неопытных людей.

Если майнинг биткоина — это медленный переход от CPU к GPU, от GPU к FPGA, и сейчас к ASIC, то добыча золота прошла путь от отдельных людей с ситом к малым группам с ловушками, от них — к разработкам россыпей, при которых большие группы людей разрывали холмы струями воды, а от них — к современным методам добычи, при которых выкапываются огромные карьеры, из которых извлекаются тонны сырья (рис. 5.10).

Рис. 5.10: Развитие добычи. Видна чёткая параллель между развитием майнинга и добычи золота. Обе изначально были дружественны к частным лицам, но со временем стали сложными процессами, которые по силам лишь крупным компаниям

И в случае биткоина, и в случае золота изначальная дружелюбность людей постепенно уменьшалась, а место частных лиц потихоньку занимали крупные компании, управляющие большими мощностями.

Будущее. Сейчас ASIC-майнинг — единственный способ зарабатывать на майнинге биткоина, и он не слишком доступен для небольших майнеров. Это поднимает вопросы о том, что же будет дальше — небольшие майнеры навсегда уйдут из майнинга, либо их можно будет как-то вернуть обратно? Более того, не предают ли ASIC-майнинг и развитие профессиональных центров исходную идею биткоина, который должен был стать полностью децентрализованной системой, где каждый участник сети майнил на собственном компьютере?

Если это и правда предательство идей Сатоши Накамото, не было бы для нас лучше так и остаться в рамках CPU? В главе 8 мы рассмотрим эти проблемы и альтернативные формы майнинга, а так же то, как сделать его менее зависимым от ASIC.