Von CPUs bis zu GPUs, FPGAs und ASICs

Neugier

1. Warum übertrifft eine für Videospiele konzipierte Grafikkarte bei der Hash-Berechnung eine moderne CPU?
2. Was passiert mit der Wirtschaftlichkeit eines Mining-Rigs, wenn seine Effizienz nur um 20 % hinter der nächsten Generation zurückbleibt?
3. Wie verändert die Konzentration der Fertigung in wenigen Unternehmen das Dezentralisierungsprofil des Netzwerks?

Erkunden

1. Anfang 2009 wurde Mining auf gewöhnlichen Hauptprozessoren (CPUs) betrieben. Satoshi und die ersten Anwender ließen Software auf ihren privaten Desktop-Rechnern laufen, die per Brute Force SHA-256-Hashes berechnete, um um Blockbelohnungen zu konkurrieren. Diese Ära dauerte bis ins Jahr 2010; CPUs sind für vielfältige, sequenzielle Aufgaben gebaut, nicht für die endlose parallele Wiederholung, die Proof of Work belohnt. Mit steigender Netzwerk-Schwierigkeit wuchs der Rechenabstand zwischen Hobby-Hardware und dem wachsenden Netzwerk rasch.
2. Im Laufe des Jahres 2010 verlagerte sich der Schwerpunkt auf Grafikprozessoren (GPUs). Ursprünglich für die Grafikdarstellung entwickelt, enthalten GPUs Tausende von Kernen, die einfache Berechnungen gleichzeitig ausführen können. Laszlo Hanyecz gehörte zu den Ersten, die mit einer Grafikkarte minten, und erkannte, dass diese Parallelität im Vergleich zu CPUs einen enormen Zuwachs an Hashrate pro Watt brachte. Innerhalb weniger Monate war CPU-Mining bei steigender Schwierigkeit nicht mehr wettbewerbsfähig.
3. Um 2011 folgten Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs). Im Gegensatz zu GPUs mit fester Architektur sind FPGAs Siliziumchips, die der Nutzer nach der Herstellung umprogrammieren kann. Miner nutzten sie, um sämtliche unnötige Logik eines Computerchips zu entfernen und nur die für das SHA-256-Hashing benötigten Schaltungen übrig zu lassen. Das ergab eine deutlich bessere Energieeffizienz und Leistung als bei Allzweck-Grafikkarten und war ein weiterer Schritt hin zu spezialisierter Hardware.
4. Der Höhepunkt dieser Entwicklung ist der Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis. Die ersten Bitcoin-ASICs wurden Anfang 2013 ausgeliefert (Avalon), gefolgt von Bitmains Antminer-Reihe; der Antminer S9 (2016) dominierte mit je nach Charge etwa 12–14 TH/s jahrelang. Ein ASIC ist ein maßgefertigter Chip, der ausschließlich für den doppelten SHA-256-Algorithmus optimiert ist und eine unerreichte Leistung und Effizienz bietet, die alle früheren Hardwaretypen im Wettbewerb wirtschaftlich unrentabel macht.
5. Die Effizienz ist der entscheidende Maßstab: Joule pro Terahash. Die besten neuen Geräte arbeiten 2025–2026 mit etwa 10–15 J/TH, während der Durchschnitt der gesamten eingesetzten Geräte eher bei 20–30 J/TH liegt. Jede Hardwaregeneration machte die vorherige überall dort unrentabel, wo die Stromkosten nicht vernachlässigbar waren. Ein Bitcoin-ASIC kann nichts anderes als doppeltes SHA-256 berechnen und daher nur Coins minen, die denselben Proof of Work verwenden. Diese Spezialisierung bindet das Kapital der Miner an den Zustand eines einzigen Assets.
6. ASICs konzentrieren die Herstellung auf wenige Unternehmen, ein wiederkehrender Kritikpunkt in Sachen Dezentralisierung. Während die Software offen und permissionless bleibt, ist die Hardware, die für eine wirtschaftlich sinnvolle Teilnahme nötig ist, proprietär und wird nur von wenigen Anbietern produziert. Um die aktuellen Effizienzstandards zu prüfen, besuchen Sie einen Block-Explorer oder ein Mining-Dashboard und vergleichen die geschätzte Netzwerk-Hashrate mit den Verbrauchswerten führender ASIC-Modelle verschiedener Baujahre.

Kernfakten

Übung neun, sechs, drei, eins

Faktcheck

Datumsangaben, Zahlen und Behauptungen wurden mit den unten aufgeführten veröffentlichten Quellen abgeglichen.

• M. B. Taylor, 'The Evolution of Bitcoin Hardware' (IEEE Computer, 2017)
• A. M. Antonopoulos & D. A. Harding, Mastering Bitcoin, 3rd ed. (2023), ch. 12
• Bitmain manufacturer specifications for Antminer series