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为什么我相信 FPGA 矿机将大局限侵蚀 ASIC 呈现前 GPU 的算力占比

随着 Nervos 这样全新的热门 PoW 公链主网上线,让 ASIC 矿机出现之前 PoW 公链算力竞争和平衡的过程再次受到关注。通常而言,挖矿算法与矿机器件特性的匹配程度影响着某一种矿机市场占比,而在 Nervos 主网上线的过程中,FPGA 矿机的表现颇为显眼。

尽管屡屡在挖矿产业史中被提及和讨论的 FPGA 矿机实际上从未被大规模生产和销售过,但是 FPGA 矿机对 PoW 公链的生态影响不容忽视。在我看来,FPGA 矿机极有可能大规模侵蚀 GPU 在 ASIC 出现之前的算力占比,成为最有力的算力打新工具。

01 
什么是「FPGA」

让我们不妨从简单普及一下什么是「FPGA」、什么是「ASIC」这样基本的概念开始。

FPGA 是「Field Programmable Gate Array」的缩写,即「可编程的逻辑门阵列」,是一种半定制电路。

ASIC 则是「Application Specific Integrated Circuit」的缩写,即「专用集成电路」,是对于某一固定算法的最优解决方案。不过,ASIC 生产成本昂贵,一次投片的成本在千万人民币左右,只在成熟稳定、需求量较大的应用场景中才能体现出其成本优势。

对于运算逻辑需要经常改变,或者芯片需求量较小的加密货币挖矿或机器学习等场景,FPGA 以其可以媲美 ASIC 的运算速度,以及算法可更新的特性保有一席之地。FPGA 也经常用于验证正在设计的 ASIC 中的运算逻辑。

从某种角度上讲,FPGA 是 ASIC 出现之前的替代品,在不确定性强的场景中发挥着独特的作用。

为什么我相信 FPGA 矿机将大局限侵蚀 ASIC 呈现前 GPU 的算力占比

FPGA 内部结构

FPGA 与 GPU 同样可通过编程执行各种不同的运算任务,但 FPGA 的运算逻辑通过基于查找表(Look-Up-Table)实现的逻辑门阵列实现,不依赖于冯诺依曼结构,一次运算得到的结果被直接馈送到下一个运算的输入,无需在主存储器临时保存,因此不仅对内部存储器的带宽需求比 GPU 低很多,而且还具有响应迅速和功耗更低的特点。

因此,FPGA 对于一些内存需求量较小、可流水处理的算法可以表现出 GPU 无法比拟的优势。

02 
从「ASIC Resistant」到「ASIC Friendly」

如果想更深入讨论 FPGA 矿机的未来趋势,不妨让我们从矿机发展的整个历程和脉络开始。

在一分PK10被各种专用计算设备垄断算力之后,莱特币等一众早起的「Altcoin」开始在挖矿算法设计中体现「Anti-ASIC」(阻止 ASIC 矿机挖矿)的思想。这种设计利于让更多爱好者用普通电脑参与到新的加密货币挖矿之中,从而推进新的加密货币的去中心化。

但这种「Anti-ASIC」每每都被证明无法长期持续,其中微妙的平衡很容易在某种加密货币繁荣之后崩溃。在利益的驱使下,对应于 Anti-ASIC 的专用矿机很快被推出。

尽管 Anti-ASIC 本身确实是一个无法持续的过程,但这一逐渐失效的过程为非常多加密货币的发展带来益处,因此,在相当长的一段时间内被争相效仿,各种 Anti-ASIC 算法被设计出来。

一般而言,Anti-ASIC 算法的设计思路主要有三种:

内存依赖型算法,例如 Cuckoo Cycle、Equihash 和 Scrypt。这些算法通过增大运算输入的体积,使得 FPGA 和 ASIC 必须在已有的运算单元之外增加额外的内存,提升 FPGA 和 ASIC 的设计难度,并降低其相对优势。

多算法杂糅,例如 X11、X13 和 X16R。这些算法通过同时引入若干种串联的哈希算法,增加 FPGA 和 ASIC 的复杂程度,后期又衍生出了多算法随机次序串联的算法,进一步增加 FPGA 和 ASIC 的设计门槛。

定期更换算法。某些加密货币定期更换一次挖矿算法或者算法的参数,使得专用挖矿设备定期被淘汰,被认为是根本性的 Anti-ASIC 方法。

Anti-ASIC 算法的发展给予 GPU 挖矿极大的空间,并使其逐渐成为了主要的 Altcoin 挖矿设备,但其副作用也逐步显现。

首先,GPU 矿工没有忠诚度。多数 GPU 矿工选择挖矿标的的唯一标准是当日产出,一旦某加密货币价格大幅下跌,相随而来的即是算力的大幅下跌,对于依赖算力维持网络安全的工作量证明大发3d,在算力下跌之后其网络健壮程度快速下降,极其容易遭受 51% 攻击。

其二,无法为其矿工提供超额收益。由于 GPU 存量极大,任何一个加密货币的挖矿收益超过以太坊的部分,将会被涌入的算力快速摊平,因此矿工无法获得相应的激励,成为该币种的积极建设者。

为什么我相信 FPGA 矿机将大局限侵蚀 ASIC 呈现前 GPU 的算力占比

GPU 挖矿标的以单日收益从高到低排序
ETH 名列第三位,与前两名差距很小

其三,GPU 挖矿的成熟使得 Anti-ASIC 最初的目的失效,即无法使更多普通爱好者参与到挖矿之中,挖矿完全被 GPU 矿工垄断。

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