블록체인/레벨 III · 네트워크/3.2 채굴/수업 1
CPU부터 GPU, FPGA, ASIC까지
하드웨어 군비 경쟁: 범용 로직에서 단일 기능 실리콘으로
준비물Antminer S9과 최신 세대 ASIC의 제조사 사양지역 전기 요금(1kWh당 비용)
호기심
- 비디오 게임용으로 설계된 그래픽 카드가 해싱에서 최신 CPU보다 더 뛰어난 성능을 내는 이유는 무엇일까요?
- 채굴 장비의 효율이 차세대 장비보다 20%만 뒤처져도 경제성은 어떻게 될까요?
- 제조가 소수의 기업에 집중되면 네트워크의 탈중앙화 양상은 어떻게 달라질까요?
탐구
- 2009년 초에는 일반적인 중앙 처리 장치(CPU)로 채굴이 이루어졌습니다. 사토시와 초기 사용자들은 개인용 데스크톱에서 소프트웨어를 실행해 SHA-256 해시를 무차별 대입 방식으로 계산하며 블록 보상을 놓고 경쟁했습니다. 이 시기는 2010년까지 이어졌습니다. CPU는 다양하고 순차적인 작업을 위해 만들어진 것이지, 작업증명이 보상하는 끝없는 병렬 반복 작업을 위한 것이 아닙니다. 네트워크 난이도가 상승하면서 취미용 하드웨어와 계속 확장되는 네트워크 사이의 연산 능력 격차는 빠르게 벌어졌습니다.
- 2010년 들어 채굴의 중심은 그래픽 처리 장치(GPU)로 옮겨갔습니다. 원래 그래픽 렌더링용으로 만들어진 GPU에는 간단한 계산을 동시에 수행할 수 있는 수천 개의 코어가 들어 있습니다. 라스즐로 핸예츠는 그래픽 카드로 채굴한 최초의 인물 중 한 명으로, 이러한 병렬성이 CPU에 비해 와트당 해시레이트를 크게 높여 준다는 점을 간파했습니다. 몇 달 만에 난이도가 오르면서 CPU 채굴은 경쟁력을 잃었습니다.
- 그다음으로 2011년경 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)가 등장했습니다. 구조가 고정된 GPU와 달리, FPGA는 제조 후에도 사용자가 재프로그래밍할 수 있는 실리콘입니다. 채굴자들은 이를 활용해 컴퓨터 칩에서 불필요한 로직을 모두 걷어내고 SHA-256 해싱에 필요한 회로만 남겼습니다. 그 결과 범용 그래픽 카드보다 에너지 효율과 성능이 크게 향상되었고, 이는 특화된 하드웨어로 나아가는 또 하나의 단계가 되었습니다.
- 이러한 발전의 정점은 주문형 반도체(ASIC)입니다. 최초의 비트코인 ASIC은 2013년 초에 출시되었고(Avalon), 이어서 비트메인의 Antminer 시리즈가 등장했습니다. 생산 배치에 따라 약 12~14 TH/s의 성능을 내는 Antminer S9(2016)은 수년간 시장을 주도했습니다. ASIC은 이중 SHA-256 알고리즘에만 최적화된 맞춤형 칩으로, 타의 추종을 불허하는 성능과 효율을 제공하여 경쟁 환경에서 이전의 모든 하드웨어 유형을 경제성 없게 만듭니다.
- 효율성의 핵심 지표는 테라해시당 줄(J/TH)입니다. 2025~2026년 최고 수준의 신형 장비는 약 10~15 J/TH로 작동하는 반면, 가동 중인 전체 장비의 평균은 20~30 J/TH에 가깝습니다. 하드웨어의 각 세대는 전기 요금이 무시할 수 없는 수준인 곳이라면 어디서든 이전 세대를 수익성 없게 만들었습니다. 비트코인 ASIC은 이중 SHA-256 연산 외에는 아무것도 할 수 없으므로, 동일한 작업증명을 사용하는 코인만 채굴할 수 있습니다. 이러한 특화로 인해 채굴자의 자본은 단일 자산의 건전성에 묶이게 됩니다.
- ASIC은 제조를 소수의 기업에 집중시키며, 이는 탈중앙화와 관련해 반복적으로 제기되는 우려입니다. 소프트웨어는 여전히 오픈소스이며 누구나 허가 없이 참여할 수 있지만, 경제적으로 참여하는 데 필요한 하드웨어는 독점 기술로 만들어지며 소수의 공급업체만이 생산합니다. 현재의 효율 기준을 확인하려면 블록 탐색기나 채굴 대시보드에서 추정 네트워크 해시레이트와, 여러 세대에 걸친 주요 ASIC 모델의 전력 소비 지표를 비교해 보세요.
핵심 사실
- 2009년에는 CPU 채굴이 주를 이뤘지만, 2010년에는 GPU의 병렬 처리에 밀려났습니다.
- 라스즐로 핸예츠는 2010년에 그래픽 카드로 채굴한 최초의 인물 중 한 명입니다.
- FPGA는 2011년에 등장했으며, 재프로그래밍 가능한 로직을 통해 GPU보다 뛰어난 효율을 제공했습니다.
- Antminer S9(2016)은 약 12~14 TH/s의 성능을 보여 수년간 시장을 주도했습니다.
- 최근 최고 수준의 ASIC은 테라해시당 약 10~15줄을 소비하며, 전체 장비의 평균은 이보다 높습니다.
- ASIC 제조는 소수의 기업에 집중되어 있어 탈중앙화에 대한 우려를 낳습니다.
연습 아홉, 여섯, 셋, 하나
9모으기2009년부터 현재까지 비트코인 채굴에 사용되었거나 제안된 컴퓨팅 하드웨어 유형 9가지를 나열하세요. 각각의 주된 설계 목적과, 효율성 측면에서 어느 시대에 해당하는지 적어 보세요.
6묶기아키텍처의 특화 정도에 따라 9개를 범용, 병렬 그래픽, 재프로그래밍 가능 로직, 고정 기능 ASIC, 실험적, 구식의 6개 범주로 분류하세요.
3추리기6개를, 새로운 세대가 등장할 때마다 이전 세대를 경제성 없게 만든 이유 3가지로 줄이세요.
1결정화새로운 하드웨어 계층이 이전 계층을 대체할 수 있게 해 준 구체적인 기술적 이점이 무엇인지 1문장으로 쓰세요.
팩트 체크
날짜, 수치 및 주장은 아래에 명시된 출처들을 통해 확인되었습니다.