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揭秘矿机厂商,浅谈加密货币挖矿领域的现状与未来
麦麦 05-21 09:3920348

大家好,我是基于区块链的云存储平台Sia(云储币)的首席开发者。大约一年前,我和Sia团队的一些成员创立了加密货币ASIC矿机制造公司Obelisk(方尖碑)。我们的第一批ASIC矿机将在8周内发货,Obelisk的经历使我们对加密货币挖矿领域的理解更加深入了。


我们创立Obelisk的原因之一是,我们觉得加密货币开发者对挖矿领域了解甚少,而深入该领域的最好方式是我们自己动手,把矿机推向市场。

自从Obelisk创立以来,我们学到了许多与GPU、ASIC、FPGA有关的挖矿领域知识,还有如何抗ASIC、矿场相关、电力相关以及加密货币开发人员应该注意的其他相关方面的知识。我们无法分享我们所知道的一切,但我们已经汇总了一系列关键信息,我认为这些信息对加密货币设计者和加密货币社区的其他成员都是有帮助的。

抗ASIC化

长期以来,我们一直消极于抗ASIC化,但开发矿机之旅坚定了我们的立场。硬件是非常灵活的。像CPU,GPU这样的通用计算设备,甚至是DRAM,都会对其真实潜力做出实质性的妥协,以便用于一般计算。大多数算法都针对基本硬件开发,做出了大量的优化,去除了所有通用计算部分,而着重于某一特定方面的计算

绝大多数抗ASIC算法都是由软件工程师针对定制硬件的局限性做出假设而设计的。但这些假设往往是不正确的。

Equihash算法也许是最容易被ASIC化的,很多人都对equihash算法非常有信心,但一年前我们已经说过我们知道如何制作高效的equihash算法ASIC矿机了。

关键是要对内存进行排序。许多算法设计人员似乎都没有意识到,可以将ASIC芯片的计算和存储部分进行合并。当GPU执行equihash算法进行计算时,它必须将数据从片外储存器带入计算核心,操作数据,然后再将改变后的数据发送回片外存储器。

Equihash算法对数据进行的操作非常简单,我们可以将ASIC的计算和存储部分合并在一起,这意味着可以GPU在原地进行大部分操作,大幅减少了用于移动数据的能量,并且也大大缩短了数据调整之间的时间。这大大提高了效率和速度。

毋庸置疑,比特大陆发布强大的Equihash算法ASIC矿机时,我们一点也不感到惊讶。比特大陆的ASIC矿机性能实际上比我们自己内部研究预测的要低得多(5倍至10倍)。这可能有很多原因,但总的来说,我们认为接下来的几个月里,功能更强大的Equihash算法ASIC矿机被推出也是相当合理的。

我们还为Ethash算法(以太坊的算法)作了松散设计。必须承认,Ethash算法并不像Equihash算法那样容易被ASIC化,但正如我们从当今市场上的产品中看到的那样,该算法仍然可以很好地适配过时的GPU。Ethash算法是迄今为止我们研究过的最抗ASIC的算法,其他大多数算法可使用的快捷操作比Equihash算法可使用的更有效。

这样你最终将能造出可胜过通用硬件的定制硬件。我所谈到的所有支持抗ASIC化的人,都一贯地低估了硬件工程师围绕特定问题设计定制硬件的灵活性,即使在预算有限的情况下,对于任何算法来说,定制硬件工程师总能找到一条路来击败通用硬件。这是通用硬件的基本瓶颈。

抗硬分叉

许多人都将计算芯片分为三类:CPU,GPU和ASIC。虽然这些类别是众所周知的,但在芯片领域,实际上芯片只有一种类型:ASIC(专用集成电路)。英伟达、英特尔等其他公司都将其产品称为ASIC。公众所知的这些芯片类别实际上正证明了ASIC的灵活性。

我用1到10的尺度来衡量其灵活性。一边是“1”,我们放置一颗英特尔CPU。另一边是“10”,我们放一台比特币ASIC矿机。设计人员有能力造出任意位于1到10的区间的芯片。当从“1″移动到”10″时,芯片失去了很大的灵活性,但拥有了强劲的性能。在牺牲了灵活性的同时,也减少了所需的设计开发工作量。在这个尺度上,GPU位于“2”上。

一般来说,我们没有看到过任何介于GPU和完全不灵活的ASIC之间的产品,因为通常这样的产品在放弃足够的灵活性的同时,总是会为了特定应用而愿意牺牲每一bit的灵活性来最大化性能。设计完全不灵活的ASIC的成本也要低很多,这也是你在这尺度间看不到太多其它产品的另一个原因。

位于GPU和ASIC之间的两个产品例子是Baikal矿机和谷歌TPU。这些芯片更加灵活,性能也比GPU要好得多。Baikal矿机的案例特别有趣,因为它足以淘汰适用于挖大量加密货币的GPU,这些加密货币都可使用相同的基础芯片挖。这些芯片似乎还具有足够的灵活性,可以抗硬分叉。

由于芯片设计人员确实有能力制造出灵活性不同的芯片,而无论其是轻微灵活还是高度灵活,每次灵活性的调整都只需牺牲一点点性能,因此随着用硬分叉来抗ASIC化的次数越多,硬分叉的效果也就越差。门罗币开发团队已承诺将保留其PoW算法的相同通用架构,而由于这一承诺,我们相信未来的门罗币矿机可以凭借不到五倍的性能提升就能成功跟上硬分叉。

Equihash算法涉及到了三个参数。Zcash挖矿则涉及到其某些特定参数,Zcash的任一硬分叉都可能改变这些参数中的一个或多个。而我们能够为equiahsh算法ASIC矿机设计一个基本架构,它能够成功地抵抗参数变更的硬分叉。意思就是,调整参数的基础硬分叉并不足以抗ASIC化,想抗ASIC化必须作出更加根本的改变。尽管ASIC矿机被调整到具有这种灵活性,但我们仍相信我们的ASIC矿机速度和效率能大幅领先于GPU。然而因为我们没有成功为这一equihash算法ASIC矿机融到资金,所以这一设计就被搁置了。

这也再次证明了ASIC的能力。我认为,很多人没有意识到提高ASIC的灵活性是可能的,而且他们还认为只要进行一次小的硬分叉就足以抗ASIC化。有时候这样做也许就足够了,但正如算法可以抗ASIC化一样,ASIC也可以抗硬分叉,特别是当硬分叉改变较小的时候。

门罗币的秘密ASIC矿机

几个月前,有人公开表示门罗币专用ASIC矿机已经被秘密研发出来了,且已经开挖门罗币了。而我得到的消息称,自2017年初以来,已经有人在用这些秘密ASIC矿机挖门罗币了,在被发现之前就已经秘密地挖了将近一年了。这些秘密ASIC矿机的投资回报率极高,并给了这一团队足够多的钱去试验攻克别的抗ASIC加密货币。

据估计,门罗币的秘密ASIC矿机在被发现之前几乎在整整一年占据了50%以上的算力,但却没有被人发现。在此期间,大部分门罗币集中在一个小团队手中,51%攻击随时可能被执行。

门罗币的硬分叉似乎已经成功地抵抗了ASIC化。我不相信该ASIC的设计人员会试图提高其ASIC矿机的灵活性,但是现在门罗币已经宣布每年两次的PoW算法变更,我们也许能发现更多、灵活性更强的秘密ASIC矿机。门罗币的区块奖励丰厚,如果你认为你的ASIC矿机只有30%的概率能抵抗硬分叉,那么去追求其它抗硬分叉的ASIC矿机显然是更值的。

我猜测,未来将会出现新的门罗币ASIC矿机,并且这些ASIC矿机灵活性将更高,以追随门罗币半年一次的硬分叉。

其他秘密ASIC矿机

我们已经听说过许多传言称,现在其他加密货币也有秘密ASIC矿机了。而那些拥有秘密ASIC矿机的人往往不会谈论它们。但截至2018年3月,我们已经听说,现在已经有专门针对Equihash和Ethash算法而研发的秘密ASIC矿机了,还听说其它小型加密货币还没有被ASIC化。我们认为,在比特大陆的蚂蚁矿机Z9发布之前,就有3个不同的团队在用不同的ASIC矿机挖Zcash了。

那些矿场愿意花费数百万美元来投资专业挖某种加密货币。即使是排名较后的加密货币也有可能为这些拥有专用ASIC矿机的人带来数百万美元的利润。因此,围绕秘密挖矿圈已经建立起了一个非正式的地下工业。其所涉及的大量保密工作意味着它是与外界隔绝的,有关这一产业的详细信息大多是从传言或从其以前的相关关系人那听来的。但这仍然是一个非常有利可图的产业,即使发生像Vertcoin硬分叉这样的事情,它给这些秘密矿工的打击也远远比不上其成功带来的回报。

在这一点上,我认为可以肯定的是,过去一年里,每个区块奖励价值2000美元以上的PoW币至少已经被一群秘密ASIC矿机挖过甚至已经挖过几个月了。检测这个最简单的方法是查看GPU的return,但是随着ASIC矿机继续渗透到市场上每个加密货币,这将不再是一个可靠的度量标准,因为没有只能用GPU挖的、规模足够大的加密货币可作为基准来估算了。

正因现在赌桌上放满了钱,ASIC游戏才得以发展成如此高级。即使是小型加密货币也可能价值数千万美元,这足以证明这是一项高风险的生产投资。

揭秘矿机厂商

向公众销售ASIC矿机的厂商,比如比特大陆,与消费者相比,他们亏损的可能性更小。以Sia为例,我们估计比特大陆向市场推广其蚂蚁矿机A3的成本低于1000万美元。在蚂蚁矿机A3发布后的短短8分钟内,比特大陆就已经取得了超过2000万美元的硬件销售额,而他们只花费了1000万美元来设计和制造该矿机。在矿机给客户带来收益前,比特大陆就已经收回了他们全部的初始投资本金,甚至还大赚了一笔。

在这种情况下,硬分叉显然伤害不到比特大陆。比特大陆从Sia中大赚了一笔,而开发者却对此无能为力。比特大陆发布的门罗币矿机也是如此。在门罗币社区宣布要进行硬分叉时,比特大陆甚至还没有公布他们的矿机,但他们似乎在之前就已经向其客户出售了大量门罗币矿机,以弥补成本并从中获利。

挖矿竞赛是矿机厂商获利的源头。他们可以控制硬件的生产和供应,他们也比其他人更了解行业现状。矿机的盈利能力很大程度上取决于矿机厂商未向外界透露的产量。

对于Halong的Decred矿机来说,我们看到他们“卖出”了一批未知数量的价值10,000美元的矿机。之后,据观察,有超过50%的挖矿奖励被发送到了一个与Halong相关的单一地址,这意味着他们确实给自己保留了大部分算力和利润。我们对挖矿设备的调查表明,这些设备的总制造成本低于1,000美元,这意味着任何为此付出10,000美元的人都向矿机厂商支付了高额的利润溢价,使得他们能够为自己再生产9台设备。除此之外,矿机买方不知道有多少产品已售出,也不知道矿机出货时的挖矿难度。矿机厂商当然知道买方是否能够回本,但买方不知道。买方完全信任矿机厂商。

如果挖像Sia这样的加密货币每月能够获得价值1000万美元的区块奖励,而一批矿机最终能挖出价值1.2亿美元的Sia,你可能会猜测矿机厂商最多能从这批矿机中赚取1.2亿美元。但实际上,矿机厂商有办法赚到更多的钱。

在比特大陆蚂蚁矿机A3的案例中,比特大陆先将一小批A3矿机以非常快的发货速度(不到10天)向公众出售。不久之后,YouTube就开始流传那些购买矿机的人的视频,这些人每天通过其矿机可获得800美元的合法收入。这使人们开始疯狂追求A3矿机,使得比特大陆非常成功地卖出了其第二批A3矿机。

虽然我们并不能确切知道比特大陆卖出了多少A3矿机,但我们怀疑他们在第二批的矿机销售中获得的利润率大于他们使用A3矿机挖矿获得的潜在区块奖励收益。也就是说,比特大陆选择卖出超过一亿美元的矿机是因为他们知道,即使假定用免费电,这些挖矿收益也不足以让客户回本。这已经不是第一次了,他们发布的达世币矿机也是这样。我们称之为“洪水”,这是制造商和客户之间存在着危险的信息不对称现象的另一个例子。

加密货币矿机厂商仍在出售“印钞机”。一个资金充足、只求利润最大化的印钞机厂商,比起期望用印钞机打印出更多的钱,它更偏向于选择出售印钞机以赚得更多的钱。买家需要明白为什么矿机厂商选择出售这些矿机而不是自己保管它们。

有一些理由让矿机厂商选择卖出矿机而不是自己保留它。首先是资本,生产制造是一个耗费巨大的过程,也需要花上不少时间。如果矿机厂商没有足够的资金来生产自己的矿机,那么取而代之去销售这些矿机是有意义的,它们会将通过销售而获得的钱再投入生产。这可以归结为矿机厂商是在卖出未来收益以获得即时收益,在金融领域这是种很常见的交易。

矿机厂商选择卖出矿机而不是自己运行矿机的另一个原因出于运行矿机的电力成本。如果矿机厂商只能获得一定的电力供应,那么其它拥有廉价电力供应或拥有矿场的人就愿意以高于矿机厂商的售价买入这些矿机。然而,大多数矿机厂商都可以获得廉价电力供应,除非你有免费电力可用或者能专业化运营,否则你不可能比矿机厂商做得更好。

最后,矿机厂商可能也有一些其他的理由,比如他们希望的是能迅速获得资金,而不是长期投资硬件本身。尽管如此,实际挖矿的情况可能并非如此,因为矿机的寿命通常不到两年,这对企业而言等待回本的时间并不算长。

敏捷化生产

在传统的芯片开发领域,从项目开发工作启动到推出芯片大约需要2年的时间。就我们制造的Sia矿机和Decred矿机而言,从项目启动到产品交付的整个过程大概需要13个月。如果我们不得不再次做同样的事情,我想我们可以在9个月内完成。

我们大部分时间都花费在了芯片的全定制路由上。现在有一个更快的开发过程叫做“布局布线”,它可以缩短3个月的芯片开发时间,但是芯片生产速度会比全定制的慢上2到5倍。我们认为如果我们采用布局布线设计方案,我们可以将我们的产品交付时间缩短至6个月。

我们认为,比特大陆花了大约5个月的时间才造出了A3矿机,所以Halong需要9个月的时间才能造出B52矿机。我们怀疑他们都是使用布局布线方法完成生产的,尤其是考虑到他们的生产速度都较慢。

这是从头开始造芯片所要花的时间。如果目标是追逐硬分叉,那么所耗时间将要少得多。如果你事先知道你需要重新设计芯片,那么你就可以采取很多捷径来缩短产品上市所需的总时间。改变设计以适应调整要比从头开始花费的时间要少得多,一个拥有良好规划的基础架构的优秀团队也许能在大约2周内完成设计。这样你就可以在大约40天内获得一套新芯片。然后需要大约一周的时间进行打包,接着再发送给厂商进行组装。最后,你必须把这些矿机送到矿场才能开始挖矿。

如果你提前预定了晶圆等零件,理论上,我们相信你可以完成芯片升级来跟上硬分叉,并且大约70天内能让适配新算法的矿机开始运行。实际上,比特大陆可能需要3到4个月的时间才能让现有芯片适配上硬分叉,如果他们没有提前预定晶片等零件,则需要4到5个月的时间。而其它公司则可能需要再多2到3个月的时间。

规模经济效应

有些人已经能很好地理解规模经济效应。(规模经济效应是指适度的规模所产生的最佳经济效益,在微观经济学理论中它是指,在一定产量范围内,由于生产规模扩大而导致的长期平均成本下降的现象)。你花的钱越多,所花每一块钱的效率就越高。这种影响贯穿于我所能看到的每一层面,涵盖从数十亿美元到数百亿美元的生产规模。

最能体现这一效应的便是批量订单。订购一百万个散热器比起订购十万个散热器更能拿到更好的价格。随着订单规模继续增大,生产成本会继续下降。硬件行业中几乎所有零部件都具有这种效应,这种情况发生的原因是,厂商可以购买相应设备并将其专用于你的订单,然后让这些设备保持100%的效率。随着订单规模的增大,除了节约成本之外,你还可以定制化产品、使其更专业化,这意味着你的产品会更具性价比。

某种程度上,只有购买厂商的所有产能才有意义。生产成本的很大一部分是用于购置生产设备。半载的生产设备将比满载的生产设备性价比高2倍。随着交货时间和订单量的增加,你就能得到专门为你运行的专用生产设备,这又能大大降低产品价格。

如果你的订单规模大到了需要持续订购专用生产设备,厂商就能为你定制专用生产流水线,并保证生产设备满载运行,因此你购置生产设备的成本也会下降,而且这些设备将会一直运行。

而这仅仅是个开始。在生产的每一步骤中,每个供应商、厂商等通常都将获得约30%的利润,具体取决于你订制的是什么产品。如果你有足够的资金,你也可以开始进行垂直整合,通过买下厂商或开自己的厂房来削减厂商所获的利润。

硬件生产要经历许多步骤。收购原材料(如铁和石油),再对这些材料进行精炼,然后将它们制造成基础原料,可以被出售用于一般产品的制造。这些基础原料的交付周期通常为6个月以上,这意味着供应商通常会保留有大量库存,以便他们可以在更快的时间内为客户提供相应原料。生产的每一步骤通常都会引入中间商,也会带来低效率,特别是因为每个步骤都针对一般部件而不是特定产品的情况。如果你的产品有足够数量/规模的供应链在供应元件,那么你就能削减成本、缩短交货时间、提高产品的质量和性能,你就能领先于生产规模小于你的竞争对手。

我粗略估计,每当你多花10倍钱时,你就可以在每一生产步骤中节约30%的成本。也就是说,如果你花费1亿美元来购买矿机,你也许就能得到单价为500美元的矿机。如果你花费10亿美元来购买矿机,只要有更多的钱投入,那么你就可以把矿机单价降低到350美元。如果你花了100亿美元购买矿机,那么你的每台矿机价格就可能会下降到245美元。你买到的矿机不仅越来越便宜,而且也变得越来越可定制化,性能也更高。这样你就不只建立起了巨额资金护城河,还建立起了质量护城河。

矿场

搭建运营矿场可能对矿机厂商和规模经济效应来说是不占优势的。优质而低廉的电力供应往往很少,分布在世界各地,且都处于独特的环境中,很难找到。因此,大型公司很难在全球范围内建立起低成本的电力系统。相反,拥有世界上最便宜的电力的矿场往往属于较小的团体,而这些小团体也并不是单独拥有这些电力和算力的。

从我的调查结果来看,一般的专业矿场电力单价为4美分至6美分,而相应管理和维护费单价则是3到6美分。每月50美元/每千瓦时的总成本可能接近大型矿场挖矿成本的中位数。随着技术水平的提高和行业的发展,我们预计2019年和2020年这一数字将降至每千瓦时35美元(包括维护费、土地使用花费、税收等)。我们不相信每个月挖矿花费超过80美元的人能够保持竞争力,除非加密货币的价格在明年继续快速上涨。

从我们收集到的数据中可以看出,前20%矿工的挖矿费用似乎都低于每月35美元/每千瓦时,而前5%似乎低于每月20美元/每千瓦时。据我估计,如果比特币的价格大幅下跌,这些矿工将能继续运行矿机挖矿,而费用为50美元/每千瓦时以上的矿工将被迫关闭其矿机。

很难知道比特大陆的花费是多少,但基于我们所看到的一切,我们估计比特大陆的花费大约是30美元/每千瓦时。也就是说,他们比一半以上的矿场有优势,但绝没有占据最佳优势。

芯片并不重要

大多数初创挖矿公司似乎都非常注重芯片本身。从我们所了解的情况来看,好的芯片实际上是成功的一半。所以,芯片很重要(为标题而道歉),但如果你拥有全世界最好的芯片,你就不会选择成为一个有竞争力的矿机厂商。

矿工的目标是尽可能以最少的钱买最多的算力。更快的芯片意味着你可以花费更少的钱获得更多的算力。而更节能的芯片意味着你可以花更少的电费来获得更多的算力。但你不只是把钱花在芯片和电力上。你还可以把钱花在PCB、控制器、以太网端口、电源和电源管理、风扇、机箱、矿机货架等上。

芯片只是顺利挖矿的一部分。如果你没有考虑全局,你的芯片最终会弄丢你的钱。实际上,这是导致Butterfly Labs倒闭的原因之一。他们设计了一款能产生数百瓦热量的高性能芯片。相比之下,比特大陆的芯片的平均功率仅为6瓦。当比特大陆的芯片出货时,Butterfly Labs却正与昂贵、尖端而不可靠的冷却系统做斗争,这最终意味着他们的强大的芯片迟迟不能上市,并且运营成本太高了。

结论

所有这一切给我最大收获是,挖矿是给大玩家准备的。你花的钱越多,你占据的优势也就越多,没有一种简单的方法可以改变这一等式。至少在传统的“中本聪风”共识下,一个能制造和控制大部分算力的大型实体似乎或快或慢都会出现,而且你会发现,还存在着2到3个类似这样的大玩家。但我不认为未来几十年会出现许多生产类似竞争矿机的矿机厂商。矿机生产本身就会导致中心化。

尽管这是一个令人沮丧的消息,但这不是比特币或其他基于工作量证明算法的加密货币的世界末日。算力去中心化是一个不错的方法,但仍有很多激励措施和机制可以使这些垄断厂商利益一致。比特币出现Segwit2x的情况就是一个很好的例子。当时有超过80%的算力公开表示支持激活Segwit2x,但最终却失败了。

还有许多其他方法,如硬分叉和社区拆分,可供加密货币开发者和社区使用以处理恶意的算力。算力持有者也知道这一点,因此他们小心翼翼地不做任何会引起反抗或威胁其健康利润流的事情。就算现在我们预计将会出现大量算力中心化的现像,我们也仍然可以继续作为开发者和发明者来研究“即使出现局部算力中心化,整体系统也是安全的”的结构和方案。

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