比特币凶猛，但 70% 的采矿 ASIC 公司面临淘汰

什么是数字货币

今年是见证比特币疯狂崛起的一年。比特币的交易价格从年初的不到 1,000 美元上涨到现在的近 20,000 美元，上涨了 20 多倍。除比特币外，以太坊等其他加密货币今年也呈上涨趋势，带动了加密货币的狂潮。尽管过去几个月中国出台了规范加密货币交易的政策，加密货币价格暂时得到修正，但仍无法阻止市场的加速上涨，许多新的区块链加密货币如万科币正在兴起一个接一个。传统金融市场也在逐渐正视和接受比特币。比如芝加哥期权交易所不久前退出了比特币期货，

我们先来看看比特币和其他加密货币背后的区块链技术。区块链技术是一种分布式账本技术。传统的中心化记账技术有一个中央系统来控制账本（比如货币发行中的每一种货币），所以只有这个系统才拥有发行和提取货币的权利，同时还负责判断货币是否有效（是否有效）伪造与否）。基于区块链系统的加密货币则完全不同，其背后是分布式账本系统。那么，加密货币是如何运作的呢？我们可以用下面的例子来说明这一点：

老张、小王和小李一起在矿井里挖，各自占了一个角落，约定把挖出的金子全部放在矿井中央。老张挖了一块金子，就喊着叫小王和小李作证，然后三人同时记在了各自的账本上，“老张在某个时间挖到了一定数量的金子。” "，把金子放进中间的金堆里。每天下班后结算，每个人都按照账本上记录的数字来挖部分。此外，还可以进行交易。比如小王觉得小李对他很好，给他送饭，所以他决定在结算的时候给小李1/10,000克黄金作为奖励。不过，这样的交易也需要大家见证，

在这个例子中，矿场就是区块链，挖矿（执行挖矿算法）的过程就是加密货币生产的过程，每个矿工（区块链上的节点）都维护着自己的账本。每当生成或交易加密货币时，它都会在区块链上向所有矿工广播（伴随着轰鸣声），每个矿工都会在自己的账本上记录。这样，账本就被分发了。如果一两个矿工的账本错了，很容易改正，也不容易作弊（因为很容易被区块链系统发现和惩罚）。

我们最关心的是如何挖矿。前面说过，挖矿其实是在执行一个算法，也就是哈希算法，大致可以理解为使用蛮力穷举法破解密码，每当密码被破解（得到哈希碰撞），认为加密货币已被开采。显然，使用计算能力更强的硬件可以加快算法执行的过程，你可以提前挖出更多的加密货币。在比特币如火如荼的今天，这些矿机成为了人们关注的焦点。

专业矿工：ASIC的主战场

对于比特币等成熟的主流加密货币，已经出现了专业的矿场。什么是“成熟”的加密货币？首先，货币需要被加密货币圈内几乎所有人所接受。有大量的人从事大规模的挖矿作业，甚至隐隐有一股成为新一代货币与传统货币竞争的势头。其次，加密货币的算法成熟，不会轻易改变。对于这样一种拥有大量挖矿硬件和固定算法的加密货币，专用芯片ASIC显然是最佳选择。

今年大型比特币矿场异军突起，也带动了矿机企业的业务

在矿机ASIC领域，最重要的两个指标是算力和能效比。算力是指每秒可以执行的哈希算法的数量，通常以每秒哈希数（H/s）表示。目前，高端矿机（包括多个芯片）可以达到10TH/s量级的算力。除了算力之外，另一个关键指标，能效比，是指一个芯片消耗单位能量所能进行的哈希值，以焦耳/哈希值（J/H）表示。目前，矿场的主要支出是矿机的电费。对于一个大型矿厂来说，每天的利润等于每天挖出的比特币数量减去每天的电费。为了减少电费，许多矿场甚至选择在四川偏远山区或内蒙古鄂尔多斯等电力便宜的地方设立。，所以能效比对于矿机 ASIC 也是至关重要的。

矿机ASIC的主要特点

整体系统：控制简单，计算部分为大头

简而言之，矿机整体系统是一个异构计算系统。主处理器通常运行一个简单的操作系统。一方面可以与用户进行交互，另一方面负责为加速器（加速器）安排任务，由加速器完成计算，然后将结果上报给主处理器。

在矿机系统中，由于算法任务非常单一（即哈希算法），基本不需要分支预测、规划等复杂的控制调度，所以我们会看到一个非常简单的主处理器，而highlight 将放置在计算执行单元（加速器）上。以Bitmain的系统为例，主处理器部分使用的是Xilinx 2012年的Zynq系列FPGA，包含两个ARM A-9内核，部分FPGA逻辑可以手动配置。与5年前使用技术的主处理器相比，其加速器（矿机ASIC）采用最新技术，采用16nm工艺实现。这也是矿机系统“控制简单，计算能力强”的绝佳体现。

算力是关键

如前所述，一个矿工的ASIC最关键的指标是算力（computing power）。计算能力越强，你挖比特币的速度就越快。根据比特币的特性，比特币的挖矿难度随着全网算力的增加而增加。在算力已经非常庞大的当今世界，如果你的矿机算力不足，就意味着你挖比特币的难度会更大。因此，随着比特币的火爆和ASIC矿机的普及，矿机ASIC算力的竞争日趋激烈，这也迫使矿机ASIC公司迅速提高芯片的算力，否则将面临被淘汰的命运。

提升计算能力可以从微架构和系统层面入手。从微观结构来看，最重要的是如何设计流水线和并行处理架构，避免哈希算法计算中的某个环节成为系统性能的瓶颈。此外，内存访问也是微架构的考虑因素。在冯诺依曼架构下，算法的执行需要存储单元。需要仔细考虑内存是成本高但速度快的片上内存，还是大容量但访问速度慢的片外内存。在当前的比特币算法中，每次哈希算法执行所需的内存量并不大，因此内存接口不太可能成为瓶颈；

从系统的角度来看，就是增加集成度。在具有大量计算单元的单芯片中使芯片无限大在理论上是可行的。但是，在现实中不这样做有两个重要原因。一是散热问题。芯片热量随芯片面积呈幂律增加。当芯片过大到一定程度时，冷却系统就不能满足需求。二是产量问题。随着芯片面积越来越大，保证高良率将是一个极其困难的问题。因此，目前提高集成度的方法是在保证散热和良率的情况下，将芯片做的尽可能大，同时在一台矿机上集成尽可能多的芯片。例如，比特大陆的蚂蚁 S9 在一台矿机中集成了 189 个芯片。当然，当系统包含大量芯片时，冷却仍然是一个问题。这时，除了宏观散热系统的精心设计外，与芯片的高品质封装技术也将是关键。

能效比决定矿机能回本多久

除了算力，矿机ASIC最关键的方面是能效比。前面说过，挖矿的一大成本是电费开销，所以在做矿机的时候要慎重考虑这个问题。同样，我们可以从微架构和系统级别开始。在微结构方面，是低功耗设计，比如如何做时钟门控关闭不活动的单元，如何少访问片外存储器等等。另一方面，系统级的功耗优化往往被忽视。在系统级别，首先是电源管理。众所周知，矿机接入电源为交流220V，而16nm芯片使用的标准电源电压为0.75V。通常，从 220V AC 到 0.75V DC 需要多次电源转换，例如首先从 220V AC 到 14V DC，然后从 14V DC 到 5V DC，然后再从 5V DC 到 0. 75V DC。即使每次电源转换的效率达到90%，但多次转换后的总效率约为50%-70%，这意味着我们在光学系统电源的设计中损失了30%的能效比！而这30%的电费意味着30%的成本回收期，甚至在大规模部署矿场的情况下，甚至关系到资金链的稳定性！这也是为什么大家如此关注矿机芯片领域的电源设计。比特大陆拥有一些相关专利，描述了如何优化矿机系统中的电源设计。即使每次电源转换的效率达到90%，但多次转换后的总效率约为50%-70%，这意味着我们在光学系统电源的设计中损失了30%的能效比！而这30%的电量，意味着30%的成本回收期，甚至在大规模部署矿场的情况下，甚至关系到资金链的稳定性！这也是为什么大家如此关注矿机芯片领域的电源设计。比特大陆拥有一些相关专利，描述了如何优化矿机系统中的电源设计。即使每次电源转换的效率达到90%，但多次转换后的总效率约为50%-70%，这意味着我们在光学系统电源的设计中损失了30%的能效比！而这30%的电费意味着30%的成本回收期，甚至在大规模部署矿场的情况下，甚至关系到资金链的稳定性！这也是为什么大家如此关注矿机芯片领域的电源设计。比特大陆拥有一些相关专利，描述了如何优化矿机系统中的电源设计。这意味着我们在光学系统电源的设计中损失了30%的能效比！而这30%的电量，意味着30%的成本回收期，甚至在大规模部署矿场的情况下，甚至关系到资金链的稳定性！这也是为什么大家如此关注矿机芯片领域的电源设计。比特大陆拥有一些相关专利，描述了如何优化矿机系统中的电源设计。这意味着我们在光学系统电源的设计中损失了30%的能效比！而这30%的电量，意味着30%的成本回收期，甚至在大规模部署矿场的情况下，甚至关系到资金链的稳定性！这也是为什么大家如此关注矿机芯片领域的电源设计。比特大陆拥有一些相关专利，描述了如何优化矿机系统中的电源设计。

比特大陆的电力系统专利

除了电源，散热也是矿机能源开销的重要组成部分。为了降低散热成本，需要良好的封装设计，只有经过仔细的热流模拟才能成为最终设计。

半导体工艺注意事项

由于比特币ASIC主要是数字逻辑，而对半导体工艺的需求主要是高速数字逻辑，所以优先使用先进的工艺节点。另一方面，由于矿工ASIC公司资金雄厚，他们也能够使用这些先进的工艺节点。由于挖矿ASIC的芯片尺寸普遍较大，往往需要从能效比的角度尽量减少漏电流，因此FinFET工艺成为主流。选择工艺的另一个考虑因素是铸造厂对中小型公司的友好性。目前，比特币ASIC公司主要是中小型公司。换句话说，他们不会像高通或博通这样的大公司那样拥有自己的PDK/CAD团队。所以，代工厂需要提供成熟的PDK和设计验证。过程。综上所述，台积电、Global Foundries 和三星是全球仅有的能够提供 FinFET 先进节点代工的公司。与 Global Foundries 和三星相比，台积电对中小型公司的支持更好，这也是为什么目前最先进的挖矿 ASIC（如比特大陆的芯片）通常是使用台积电 16nm FinFET 工艺的原因。事实上，矿机 ASIC 现在已经成为台积电营收的主要增长点之一，相关的 4 亿美元营收占第三季度总营收的 5%。台积电财务发言人何立梅在评论今年第三季度财报时表示，“台积电的财务收入得益于强劲的客户需求，

矿机ASIC竞争格局

在矿机ASIC的竞争格局中，中国人抓住了机会。目前，来自中国比特大陆的矿机已经占据了全球比特币总算力的70%以上，可谓是领头羊。旗下蚂蚁矿机系列中最先进的机型（蚂蚁S9）采用专门定制的16nm芯片，算力高达14TH/S。

比特大陆在鄂尔多斯的矿场每天可以带来 25 万美元的收入

除了比特大陆，另一家值得关注的中国芯片公司是嘉楠耘智，其Avalon系列矿机也是老牌强者。最新款矿机搭载16nm芯片，算力可达到7.5TH/s。嘉楠耘智的最新举措也是准备转型人工智能芯片领域，宣布将推出基于16nm工艺的KPU。

除了中国企业，BitFury在国际比特币矿机市场也是一支不可忽视的力量，约占技术市场的11%。BitFury 于 2011 年在俄罗斯成立，目前总部位于比利时。除了制造矿机和设计矿机芯片外，现在正在慢慢转型为区块链和数据中心技术设施。据报道，其 2017 财年的收入接近 1 亿美元。最近，BitFury 刚刚宣布与加拿大比特币矿业巨头 Hut 8 合作，共同建设北美最大的矿场。

未来，预计16nm仍将成为近年来ASIC矿机的主流工艺。下一代工艺（7nm）的成本巨大，更重要的是其设计工艺尚不成熟，中小型企业还不确定掌握和走完工艺流程。事实上比特公司是干啥的，在很多矿机ASIC的设计中，后端的物理设计都交给了设计服务，能够掌握7nm工艺的设计服务公司寥寥无几。在加密货币持续繁荣的前提下，我们预计矿机ASIC芯片将继续走向下一个半导体节点，但其具体时间表还取决于下一代半导体工艺的成熟度。

未来趋势预测：罗红不是无情之物，而是化作春泥护花

目前，比特币风起云涌，人们看到了无数的机会；但是，比特币矿机行业的风险其实并不小。第一个风险是与比特币本身相关的风险。虽然目前比特币价格在上涨，但目前的交易以投机为主，大家都在押注比特币会成为未来的主流货币之一，所以才会造成这种趋势。但是，一旦比特币未来没有成为主流货币，所有的期待和疯狂的价格都将付诸东流，矿机ASIC行业将崩溃。即使比特币最终在全球范围内被接受比特公司是干啥的，也存在第二个风险，即真正能够容纳采矿 ASIC 空间的公司数量不会很多。全世界的ASIC矿机实现的算法都是一模一样的。大家看的指标是功率和能效比。可以说，竞争是高度同质化的。小公司没有办法使用差异化的方法来寻找新的细分市场。. 这意味着矿机ASIC市场之后最有可能的竞争格局不是百花齐放，而是赢家通吃。像处理器和FPGA一样，只剩下少数巨头占据了绝大多数市场，现在60-70%的小矿机ASIC公司如果不加强技术，将面临被淘汰的命运。目前由于比特币价格暴涨，ASIC矿机供不应求，因为 ASIC 公司向第三方出售 ASIC 和矿机的利润不如保留它们用于挖矿；但是，这样的暴涨并不能成为常态，一旦比特币价格稳定下来，矿机巨头卖矿机的利润就会高于自己挖矿的利润。这个时候，产能的释放，就会大量的矿机投入市场，这样矿机的价格就会快速下跌，其他技术也会被扼杀。和资本薄弱的小公司。矿机巨头卖矿机的利润会高于自己挖矿的利润。这个时候，产能的释放，就会大量的矿机投入市场，这样矿机的价格就会快速下跌，其他技术也会被扼杀。和资本薄弱的小公司。矿机巨头卖矿机的利润会高于自己挖矿的利润。这个时候，产能的释放，就会大量的矿机投入市场，这样矿机的价格就会快速下跌，其他技术也会被扼杀。和资本薄弱的小公司。

但是，这并不是说目前所有的矿机 ASIC 公司所做的都是无用的。事实上，矿机ASIC在全球高速数字芯片方面可以说是我国半导体产业的重大突破。值得庆幸的是，比特大陆等中国企业在技术上已经走到了世界前列。即使未来比特币不成为主流，以比特大陆为首的矿机ASIC公司积累的高速、强大的ASIC也将成为中国半导体领域的宝贵财富。要知道，虽然比特币可能不会成功，但区块链技术成为主流是大概率事件，在区块链中也使用哈希算法进行验证。所以，区块链大规模普及后，会有机会和需求。强大的计算能力 ASIC 加速整体系统性能。除了区块链，人工智能、基因计算等新的核心技术都需要强大的算力和相应的专用加速ASIC，而这些ASIC的主要指标也是算力和能效比，所以矿机ASIC的体验被迅速移植到这些领域。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。强大的计算能力 ASIC 加速整体系统性能。除了区块链，人工智能、基因计算等新的核心技术都需要强大的算力和相应的专用加速ASIC，而这些ASIC的主要指标也是算力和能效比，所以矿机ASIC的体验被迅速移植到这些领域。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。强大的计算能力 ASIC 加速整体系统性能。除了区块链，人工智能、基因计算等新的核心技术都需要强大的算力和相应的专用加速ASIC，而这些ASIC的主要指标也是算力和能效比，所以矿机ASIC的体验被迅速移植到这些领域。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。人工智能、基因计算等新的核心技术将需要强大的算力和相应的专用加速ASIC，而这些ASIC的主要指标也是算力和能效比，所以将矿机ASIC的经验快速移植到这些字段。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。人工智能、基因计算等新的核心技术将需要强大的算力和相应的专用加速ASIC，而这些ASIC的主要指标也是算力和能效比，所以将矿机ASIC的经验快速移植到这些字段。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。所以挖矿机ASIC的经验很快就移植到了这些领域。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。所以挖矿机ASIC的经验很快就移植到了这些领域。在未来的算力竞争中，中国必将走在世界前列，而这些矿机ASIC公司及其研发的技术将成为中国未来算力发展的重要支柱。

事实上，中国矿机ASIC的头部企业已经开始利用比特币挖矿获得的第一桶金，进军其他算力密集型行业。比特大陆已经在大赚一笔的同时开始布局人工智能，推出了算锋系列AI加速卡。此外，以 Avalon 系列着称的嘉楠耘智也开始进军人工智能芯片领域。这样的“两步走”策略显然有助于对冲比特币市场的风险，让这些 ASIC 在未来更加稳定。

总结

随着加密货币价格的快速上涨，矿机及其背后的相关ASIC也在近几年蓬勃发展。矿机ASIC主要使用高速数字逻辑。最重要的指标是计算能力和能效比。因此，先进的 FinFET 技术是最佳搭配。台积电还凭借其成熟的 FinFET 技术和友好的设计流程从加密货币热潮中获益。相当丰富。中国的加密货币矿机行业在全球处于领先地位，这也可能是中国在区块链技术上弯道超车的机会。

虽然我们看到了加密货币 ASIC 的巨大市场机会，但该行业必须看到所涉及的高风险。与其他满足客户需求的 ASIC 不同，矿工 ASIC 与加密货币的价格直接相关，目前加密货币的投机性很强，在没有监管的情况下有可能崩溃。不过，即使比特币市场崩盘，高速逻辑芯片设计技术在矿机ASIC上的积累仍将成为中国半导体产业的宝贵财富，也是中国未来赢得全球算力竞争的重要基石。

让我们看一下加密货币和采矿 ASIC 的未来。

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