Подъём ASIC, или история биткоин-майнинга

Устройства, обслуживающие биткоин-сеть, за последнее десятилетие претерпели значительный технологический рост.

Майнинговое оборудование является фундаментальной основой успеха сети биткоина, поскольку эти устройства определяют, выгодно ли майнерам проводить вычисления, необходимые для встраивания блоков с транзакциями в блокчейн.

Несмотря на то, что истории оборудования для биткоин-майнинга уделяется недостаточно внимания, она как раз и является ключевым объяснением того, почему за эти годы майнинг превратился в многомиллиардную индустрию. Майнинговая промышленность продолжает развиваться и сегодня, хотя есть признаки того, что её развитие всё-таки замедляется.

В этой статье мы изучим историю технологии биткоин-майнинга и возможное направление инноваций в будущем.

CPU-майнинг (майнинг на центральном процессоре)

3 января 2009 года создатель биткоина под псевдонимом Сатоши Накамото добыл первый BTC-блок. Будучи единственным на тот момент майнером в сети биткоина, Накамото не нуждался в специализированном оборудовании для запуска блокчейна BTC. Он мог создавать биткоин-блоки, используя обычный персональный компьютер.

Компьютеры, используемые для просмотра интернета, запуска Microsoft Word и других бесчисленных приложений, имеют центральный процессор (CPU). Эти устройства контролируют обработку и выполнение команд на компьютере. Из-за отсутствия конкуренции среди майнеров в первые годы существования биткоина вычислительная мощность, необходимая для создания новых блоков и получения вознаграждений за майнинг, легко обрабатывалась на центральных процессорах.

Со временем оборудование, необходимое для майнинга новых монет, совершенствовалось, поскольку к биткоин-сети стали присоединяться новые майнеры, конкурирующие за награды за блок.

GPU- и FPGA-майнинг (майнинг на графических процессорах и ПЛИС, программируемой логической интегральной схеме)

Первое крупное нововведение в области оборудования для биткоин-майнинга появилось после повышения рыночной стоимости BTC.

22 мая 2010 года компьютерный программист Ласло Ханьец заплатил 10000 BTC за две пиццы из Papa John’s, которые стоили около $ 25. По данным информационной компании Coin Metrics, после этого в июле рыночная цена биткоина выросла до 8 центов. В октябре 2010 года, когда цена биткоина достигла 10 центов, было разработано первое устройство, использующее графические процессоры (GPU).

В отличие от центральных процессоров, графические процессоры, или видеокарты, оптимизированы для выполнения узкого круга вычислительных задач. Первоначально они были созданы для игровых приложений, но они также способны блестяще выполнять параллельные вычисления по простым математическим операциям. Эти устройства также могут быть перепрограммированы для вычисления других математических операций, например, для тех, которые требуются для майнинга биткоинов.

Инновационная идея GPU-майнинга, то есть майнинга биткоинов на GPU-устройстве, позволила производить биткоин-блоки и вознаграждение за них в среднем примерно в шесть раз более результативно (согласно анализу генерального директора консалтинговой компании Navier Джоша Метника). При столь заметном повышении эффективности средний ценник на графический процессор всего в два раза больше, чем на CPU.

Однако, в следующем 2011 году смоделированные специально для майнинга биткоинов программируемые логические интегральные схемы (FPGA, ПЛИС) затмили достижения графических процессоров.

Согласно подсчётам Метника, FPGA способны вычислять математические операции, необходимые для майнинга биткоинов, в два раза быстрее, чем GPU самого высокого класса, при этом сборка этих устройств более трудоёмкая. FPGA требуют конфигурации как на программном, так и на аппаратном уровне, то есть устройства должны быть запрограммированы для запуска специально приспособленного кода, а также спроектированы для его эффективного выполнения. Именно способность настраивать аппаратные компоненты на FPGA делает эти типы устройств более оптимизированными для майнинга биткоинов, чем GPU.

ASIC-майнинг

Третье крупное новшество в биткоин-майнинге, вероятно, потребовало наибольшего количества ресурсов, времени и развития. Вместо того, чтобы повторно использовать программные и аппаратные параметры существующих устройств, компании вложились в создание совершенно новой машины, которая могла бы майнить только биткоины. Впоследствии их усилия окупились. В 2013 году китайский производитель компьютерного аппаратного обеспечения Canaan Creative выпустил первый набор интегральных микросхем специального назначения (ASIC) для майнинга биткоинов.

Эти устройства, в отличие от центральных процессоров (CPU), графических процессоров (GPU) и FPGA (ПЛИС), изначально предназначались для майнинга биткоинов. Соответственно, все аппаратные и программные компоненты ASIC были предварительно спроектированы и оптимизированы для точных вычислений, необходимых для создания новых биткоин-блоков. Повышение эффективности, привнесённое ASIC, не могло сравниться ни с одним из предшествующих устройств общего назначения.

В то время как Canaan Creative был первым производителем ASIC для майнинга BTC, другие компании, например, Bitmain и MicroBT, также стали предлагать новые усовершенствованные версии ASIC. Одним из наиболее заметных достижений в технологии ASIC-майнинга с 2013 года стало неуклонное уменьшение размера чипов. Размеры чипов ASIC, которые в 2013 году составляли 130 нм, в новейших моделях оборудования сократились до 7 нм.

Значение размера чипа возвращает нас к вопросу эффективности майнинга. Чем шире поверхность чипа ASIC, тем больше его коммуникационные каналы и, следовательно, больше электроэнергии требуется для передачи данных по его поверхности. По подсчётам Метника, ASIC-устройство для майнинга биткоинов сегодня в 100 миллиардов раз быстрее, чем среднестатистический процессор в 2009 году.

Доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете Иллинойса Ракеш Кумар считает, что сильным мотивирующим фактором эволюции оборудования для майнинга в течение многих лет с момента создания биткоина была его растущая долларовая стоимость, которая делала майнинг всё более прибыльной деятельностью. Чем выше рыночная стоимость вознаграждений за блок, тем выше отдача от инноваций в технологии майнинга, которые повышают рентабельность майнеров при одновременном снижении эксплуатационных расходов.

Будущее биткоин-майнинга

С 2015 года уменьшение размера чипов в устройствах ASIC для майнинга биткоинов происходит медленнее, чем в 2013 и 2014 годах. Более того, с момента появления первого биткоин-майнера ASIC ещё не появилось новой технологии, позволяющей повысить эффективность майнинга таким же образом, как между предыдущими поколениями.

Без радикально новой революционной технологии биткоин-майнеры скоро перестанут конкурировать, главным образом, на основе аппаратного оборудования и техники, как это было в течение последнего десятилетия. Если оборудование для майнинга биткоинов станет общедоступным товаром на рынке, когда эффективность одной модели будет незначительно отличаться от более нового устройства, майнеры будут вынуждены рассматривать другие области, в которых можно будет получить конкурентное преимущество. Это может быть связано с инновациями в области источников энергии, финансового планирования или даже диверсификации продукции.

Несмотря на то, что эволюция оборудования для майнинга биткоинов исторически была источником значительного повышения эффективности майнеров, в будущем ситуация может измениться, особенно когда технологические инновации на основе аппаратного обеспечения будут снижаться. Конкуренция за награды за майнинг биткоинов будет продолжать стимулировать технологическую эволюцию, однако как будет выглядеть следующий крупный скачок в технологии майнинга, неясно.