Блокчейн/Уровень III · Сеть/3.2 Майнинг/Урок 1
От процессоров к графическим процессорам, FPGA и ASIC
Гонка вооружений в оборудовании: от универсальной логики к кремнию, выполняющему одну-единственную функцию
МатериалыТехнические характеристики производителя для Antminer S9 и ASIC текущего поколенияМестная ставка за электроэнергию (стоимость за кВт·ч)
Любопытство
- Почему видеокарта, созданная для видеоигр, превосходит современный процессор в хешировании?
- Что происходит с экономической целесообразностью майнинговой установки, если её эффективность отстаёт от следующего поколения всего на 20%?
- Как концентрация производства в нескольких компаниях влияет на уровень децентрализации сети?
Исследование
- В начале 2009 года майнинг велся на обычных центральных процессорах (CPU). Сатоши и первые пользователи запускали программу на домашних компьютерах, перебирая хеши SHA-256 методом грубой силы в борьбе за награды за блоки. Эта эпоха продлилась до 2010 года: процессоры рассчитаны на разнообразную последовательную работу, а не на бесконечное параллельное повторение, которое вознаграждает доказательство работы (PoW). По мере роста сложности сети вычислительный разрыв между любительским оборудованием и растущей сетью стремительно увеличивался.
- В 2010 году центр тяжести сместился к графическим процессорам (GPU). Изначально созданные для отрисовки графики, GPU содержат тысячи ядер, способных одновременно выполнять простые вычисления. Ласло Ханьеч был одним из первых, кто начал майнить на видеокарте: он понял, что такой параллелизм дает огромный прирост хешрейта на ватт по сравнению с CPU. Уже через несколько месяцев майнинг на процессорах стал неконкурентоспособным из-за роста сложности.
- Затем, примерно в 2011 году, появились программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA). В отличие от GPU с неизменяемой архитектурой, FPGA — это кремниевые чипы, которые пользователь может перепрограммировать после производства. Майнеры с их помощью убирали из чипа всю лишнюю логику, оставляя только схемы, необходимые для хеширования SHA-256. Это дало значительно лучшую энергоэффективность и производительность по сравнению с универсальными видеокартами и стало еще одним шагом к специализированному оборудованию.
- Вершина этой эволюции — специализированная интегральная схема (ASIC). Первые биткоин-ASIC начали поставляться в начале 2013 года (Avalon), затем появилась линейка Antminer от Bitmain; Antminer S9 (2016) с производительностью около 12–14 TH/s в зависимости от партии доминировал много лет. ASIC — это заказной чип, оптимизированный исключительно под двойной SHA-256: он обеспечивает непревзойденную производительность и эффективность, из-за чего все предыдущие типы оборудования в условиях конкуренции становятся экономически нежизнеспособными.
- Ключевой показатель — эффективность в джоулях на терахеш. Лучшие новые машины 2025–2026 годов работают примерно на 10–15 J/TH, тогда как средний показатель по всему парку ближе к 20–30 J/TH. Каждое поколение оборудования делало предыдущее нерентабельным везде, где стоимость электроэнергии не была пренебрежимо малой. Биткоин-ASIC не умеет ничего, кроме вычисления двойного SHA-256, поэтому может майнить только монеты с тем же доказательством работы. Такая специализация привязывает капитал майнеров к состоянию одного актива.
- ASIC сосредоточивают производство в руках нескольких компаний — это постоянный повод для беспокойства о децентрализации. Хотя программное обеспечение остается открытым и не требует разрешений, оборудование, необходимое для экономически оправданного участия, проприетарно и выпускается ограниченным числом поставщиков. Чтобы проверить текущие стандарты эффективности, откройте блок-эксплорер или майнинговую аналитическую панель и сравните оценочный хешрейт сети с показателями энергопотребления ведущих моделей ASIC разных поколений.
Ключевые факты
- Майнинг на CPU доминировал в 2009 году, но в 2010 году его обошел параллелизм GPU.
- Ласло Ханьеч был одним из первых, кто начал майнить на видеокарте, — в 2010 году.
- FPGA появились в 2011 году и за счет перепрограммируемой логики превзошли GPU по эффективности.
- Antminer S9 (2016) обеспечивал около 12–14 TH/s и доминировал на рынке много лет.
- Лучшие современные ASIC потребляют примерно 10–15 джоулей на терахеш; средний показатель по всему парку выше.
- Производство ASIC сосредоточено в нескольких компаниях, что вызывает опасения по поводу децентрализации.
Упражнение девять, шесть, три, один
9СобратьПеречислите 9 типов вычислительного оборудования, которые использовались или предлагались для майнинга биткоина с 2009 года по настоящее время. Отметьте, для чего каждый из них изначально проектировался, и к какой эпохе относится его относительная эффективность.
6СгруппироватьСгруппируйте 9 типов в 6 категорий по архитектурной специализации: универсальные, параллельная графика, перепрограммируемая логика, ASIC с фиксированной функцией, экспериментальные или устаревшие.
3Выделить главноеСведите 6 категорий к 3 причинам, по которым каждое следующее поколение делало предыдущее экономически нежизнеспособным.
1КристаллизоватьНапишите одно предложение о том, какое конкретное техническое преимущество позволило каждому новому классу оборудования вытеснить предыдущий.
Проверка фактов
Даты, цифры и утверждения были проверены по приведенным ниже опубликованным источникам.