ブロックチェーン/レベル III · ネットワーク/3.2 マイニング/レッスン 1
CPUからGPU、FPGA、ASICまで
ハードウェアの軍拡競争：汎用ロジックから単機能シリコンへ
用意するものAntminer S9と現行世代ASICのメーカー仕様地域の電力料金（1kWhあたりのコスト）
問い
- ビデオゲーム用に設計されたグラフィックカードが、ハッシュ計算で最新のCPUを上回るのはなぜでしょうか？
- マイニングマシンの効率が次世代機よりわずか20％劣るだけで、その経済的な採算性はどうなるのでしょうか？
- 製造が少数の企業に集中すると、ネットワークの分散化のあり方はどのように変わるのでしょうか？
探究
- 2009年初頭、マイニングは一般的なCPU（中央処理装置）で行われていました。サトシと初期の参加者たちは個人のデスクトップPCでソフトウェアを動かし、ブロック報酬を競ってSHA-256ハッシュを総当たりで計算していました。この時代は2010年まで続きました。CPUは多様で逐次的な処理向けに作られており、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）が報いる果てしない並列の繰り返し計算には向いていません。ネットワークの難易度が上がるにつれ、趣味レベルのハードウェアと拡大するネットワークとの計算能力の差は急速に広がっていきました。
- 2010年になると、主役はGPU（グラフィックス処理装置）へと移りました。もともとグラフィックス描画のために作られたGPUは、単純な計算を同時に実行できる数千ものコアを備えています。ラズロ・ハニエツは、この並列性によってCPUに比べてワットあたりのハッシュレートが大幅に向上することに気づき、グラフィックカードでマイニングを行った最初期の一人となりました。難易度が上昇するなか、数か月のうちにCPUマイニングは競争力を失いました。
- 続いて2011年頃に登場したのがFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）です。構造が固定されたGPUとは異なり、FPGAは製造後にユーザーが再プログラムできるシリコンです。マイナーはこれを使ってチップから不要なロジックをすべて取り除き、SHA-256ハッシュ計算に必要な回路だけを残しました。その結果、汎用のグラフィックカードよりも大幅に優れたエネルギー効率と性能が得られ、専用ハードウェアへ向けたさらなる一歩となりました。
- この進化の頂点が、ASIC（特定用途向け集積回路）です。最初のビットコイン用ASICは2013年初頭に出荷され（Avalon）、その後BitmainのAntminerシリーズが続きました。Antminer S9（2016年）は、ロットによって異なるものの約12～14 TH/sの性能で、長年にわたり市場を支配しました。ASICはダブルSHA-256アルゴリズムだけに最適化された専用設計のチップで、比類のない性能と効率を備えているため、競争環境ではそれ以前のあらゆる種類のハードウェアを経済的に成り立たなくさせます。
- 効率を測る重要な指標は、1テラハッシュあたりのジュール数です。2025～2026年の最新機種はおよそ10～15 J/THで稼働する一方、稼働中のマシン全体の平均は20～30 J/THに近い水準です。電気代が無視できない地域では、ハードウェアの世代が進むたびに前の世代は採算が取れなくなってきました。ビットコイン用ASICはダブルSHA-256の計算しかできないため、同じプルーフ・オブ・ワークを使う通貨しかマイニングできません。この専門化によって、マイナーの資本は単一の資産の健全性と結びつけられます。
- ASICは製造を少数の企業に集中させ、これは分散化をめぐって繰り返し指摘される懸念です。ソフトウェアはオープンでパーミッションレスなままですが、経済的に意味のある形で参加するために必要なハードウェアは独自仕様で、限られたメーカーによって生産されています。現在の効率水準を確認するには、ブロックエクスプローラーやマイニングダッシュボードで推定ネットワークハッシュレートを調べ、異なる世代の主要ASICモデルの消費電力の指標と比較してみてください。
重要な事実
- 2009年はCPUマイニングが主流でしたが、2010年にはGPUの並列処理に追い越されました。
- ラズロ・ハニエツは、2010年にグラフィックカードでマイニングを行った最初期の一人です。
- FPGAは2011年に登場し、再プログラム可能なロジックによってGPUを上回る効率を実現しました。
- Antminer S9（2016年）は約12～14 TH/sの性能を発揮し、長年にわたって市場をリードしました。
- 最新の優れたASICは1テラハッシュあたり約10～15ジュールを消費しますが、稼働中のマシン全体の平均はそれより高くなっています。
- ASICの製造は少数の企業に集中しており、分散化への懸念を生んでいます。
演習 九・六・三・一
9集める2009年から現在までにビットコインのマイニングに使われた、または提案された計算用ハードウェアを9種類挙げてください。それぞれの主な設計目的と、効率面でどの時代に位置づけられるかも記録してください。
6まとめるアーキテクチャの専門化の度合いに基づいて、9つを6つのカテゴリーに分類してください：汎用、並列グラフィックス、再プログラム可能なロジック、固定機能ASIC、実験的なもの、廃れたもの。
3絞り込む6つを、新しい世代が登場するたびに前の世代を経済的に成り立たなくさせた3つの理由に絞り込んでください。
1結晶化するそれぞれの新しいハードウェアの種類が前の種類に取って代わることを可能にした具体的な技術的優位性について、1文で書いてください。
事実確認
日付、数字、主張は、下記に記載された公表資料と照合して確認しました。