De CPUs a GPUs, FPGAs e ASICs

Curiosidade

1. Por que uma placa de vídeo, projetada para jogos, supera uma CPU moderna em processamento de hash?
2. O que acontece com a viabilidade econômica de uma plataforma de mineração quando sua eficiência fica 20% atrás da geração seguinte?
3. Como a concentração da produção em poucas empresas muda o perfil de descentralização da rede?

Explorar

1. No início de 2009, a mineração era realizada em unidades centrais de processamento (CPUs) padrão. Satoshi e os primeiros adotantes rodavam softwares em desktops pessoais, forçando hashes SHA-256 para concorrer pelas recompensas dos blocos. Essa era durou até 2010; as CPUs são projetadas para tarefas sequenciais variadas, e não para a repetição paralela interminável que a prova de trabalho (PoW) recompensa. À medida que a dificuldade da rede aumentava, o gap computacional entre os hardwares de amadores e a rede em expansão se ampliava rapidamente.
2. Durante 2010, o foco mudou para as Unidades de Processamento Gráfico. Originalmente desenvolvidas para renderizar gráficos, as GPUs contêm milhares de núcleos capazes de realizar cálculos simples simultaneamente. Laszlo Hanyecz esteve entre os primeiros a minerar com uma placa de vídeo, percebendo que esse paralelismo oferecia um aumento significativo na taxa de hash por watt em comparação com as CPUs. Em poucos meses, a mineração com CPUs deixou de ser competitiva à medida que a dificuldade aumentava.
3. Em seguida, surgiram os Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) por volta de 2011. Diferentemente das GPUs fixas, os FPGAs são circuitos feitos de silício que podem ser reprogramados pelo usuário após a fabricação. Os mineradores os utilizaram para remover toda a lógica desnecessária de um chip de computador, mantendo apenas os circuitos específicos necessários para o processamento SHA-256. Isso resultou em uma eficiência energética e desempenho significativamente melhores do que as placas de vídeo de uso geral, marcando mais um passo em direção ao hardware especializado.
4. O ápice dessa evolução é o Circuito Integrado Específico para Aplicações (ASIC). Os primeiros ASICs para Bitcoin foram lançados no início de 2013 (Avalon), seguidos pela linha Antminer da Bitmain; o Antminer S9 (2016), com desempenho de aproximadamente 12-14 TH/s, dependendo do lote, dominou o mercado por anos. Um ASIC é um chip desenvolvido sob medida, otimizado exclusivamente para o algoritmo duplo SHA-256, oferecendo desempenho e eficiência inigualáveis que tornam todos os tipos de hardware anteriores economicamente inviáveis em ambientes competitivos.
5. A eficiência é a medida principal: joules por terahash. As melhores máquinas novas em 2025-2026 operam com aproximadamente 10-15 J/TH, enquanto a média do parque de equipamentos fica entre 20-30 J/TH. Cada geração de hardware tornou a anterior inviável onde os custos de eletricidade não eram desprezíveis. Um ASIC para Bitcoin só consegue realizar cálculos do tipo duplo SHA-256, portanto só pode minerar moedas que utilizem o mesmo mecanismo de prova de trabalho (PoW). Essa especialização prende o capital dos mineradores à saúde de um único ativo.
6. Os ASICs concentram a fabricação em poucas empresas, o que representa um problema recorrente de descentralização. Embora o software permaneça aberto e sem necessidade de permissões, o hardware necessário para participar economicamente é proprietário e produzido por fornecedores limitados. Para verificar os padrões atuais de eficiência, acesse um explorador de blocos ou painel de mineração para comparar a taxa de hash estimada da rede com as métricas de consumo de energia dos principais modelos de ASIC de diferentes gerações.

Fatos-chave

Exercício nove, seis, três, um

Verificação de fatos

Datas, números e afirmações verificados com as fontes publicadas listadas abaixo.

• 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