电子工程师有没有什么机会从挖矿产业中分一杯羹

引言

近期笔者对数字货币的挖矿比较感兴趣，根据这段时间学习的内容，整理了本篇文章，算是一个梳理。

一。 为什么需要挖矿

首先解释一下什么叫做挖矿。

以数字货币中的比特币为例，挖矿就是打包比特币的交易，获得矿工费的过程。

用四个字来描述：记账和收钱。

因为在数字货币的交易中，各个用户的交易都需要在一个公共账本上记账，因此就需要有人来完成这个记账的过程。

完成记账的人就叫做矿工，首先完成记账的矿工就会有数字代币的奖励。

正是由于有了经济利益的刺激，挖矿已成为数字货币中的一个行业。

按照数字货币中共识算法分类，共识算法分为POW和POS。

POW：全称Proof of Work，工作证明。你获得多少数字代币，取决于你对挖矿做出的贡献。

POS：全称Proof of Stake，股权证明。简单来说，就是一个根据你持有货币的量和时间，给你发利息的一个制度。

用通俗的话说，POW就是谁劲大听谁的，POS就是谁有钱听谁的。

本文当中挖矿主要是针对POW，现在市值排行前两名的比特币和以太坊都是属于POW。

二。 矿机的发展历程

由于挖矿是一件有利可图的事情，所以挖矿所用的矿机也经历了一番演进。

最早是CPU挖，后来有人用GPU挖，再后来有人用FPGA（现场可编程门阵列）挖，矿机的最终形态就是用ASIC（专用集成电路）挖。

有人把矿机的发展历程做了一个简单的总结，CPU→GPU→FPGA→ASIC，越靠近左侧就越灵活，但效率越低；越靠近右侧就越专用，但效率要高很多。

所以针对BTC和LTC等市值很高的币种，早就出现了以比特大陆为首的矿机厂商推出了专用的挖矿芯片，垄断了BTC和LTC的挖矿产业。

最终BTC和LTC等挖矿就变成了一个资本比拼的市场，只有有钱可以买到足够多的矿机。只要矿机挖矿所得的收益能够支撑电费和矿机的维护成本，这就是一件可以赚钱的事情。就可以不停的加大投入。

所以在牛市的时候现货矿机的价格居高不下，一机难求。

三。 为什么要抗ASIC

随着越来越多数字货币的发行，很多币种都逐步提出一个口号，叫做抗ASIC。

表面上的理由很简单：由于数字货币一个很重要的特点就是去中心化，而ASIC矿机的出现恰恰打破了这个趋势，造成了算力的垄断。

有人做过统计，比特大陆控制的BTC矿池（下图中用红框标识）已占到了全网算力的40%以上，虽然没有到达传说中的51%（绝对多数），但实际上已经形成了垄断。

但是抗ASIC真的可以去除中心化的影响吗？往深一层想，即使没有ASIC，只要挖矿是一件有利可图的事情，就会吸引过来资本，大规模的采购矿机从中盈利，从而造成资源的集中。所以抗ASIC无法做到去中心化，二八现象肯定是存在的。

那么既然如此，抗ASIC的目的到底是什么？

后来笔者才明白，抗ASIC的本质实际上是开发者与矿工关于话语权的博弈。

本来开发者是数字货币中无可争议的老大，代码是我写的，其他人当然要听我的。但是随着矿工实力的增强，如果后续数字货币的发展路线没有得到矿工群体的认可，矿工可以用不运行新版本的代码来进行抵制。

最坏后果就是出现了硬分叉，花开两朵，各表一枝。你走你的阳关道，我走我的独木桥。

历史上以比特大陆为首的BCH就是这么从BTC里面硬分叉出来的。

四。 抗ASIC的方法

那现在到底有哪些常用的抗ASIC的方法呢？据观察，现在至少有两种方式：大内存和定期修改算法。

方法1：大内存

用大内存是一个抵抗ASIC比较通用的方法。下面分别举ETH和GRIN的例子。

ETH

以ETH为例，ETH在挖矿时必须产生一个64M的数据块，而在挖矿过程中需要随机使用这个大数据块的某几个字节，所以即使你芯片运算的再快也没有用，它需要用某些数据做计算。

记得看过一个数据，在GPU矿机运行ETH的挖矿算法时，其GPU利用率为60%多，而显存的占用率接近了90%。

所以即使比特大陆研究出了针对ETH的ASIC矿机，也没有给ETH的挖矿生态带来致命的打击，有两点原因：一是矿机在运行过程中需要频繁的读写内存，造成了效率不高；其次是ASIC矿机配置的大容量的内存芯片，也大幅拉高了整机的成本。

GRIN

GRIN是刚推出不久的一款匿名币，号称是比特币的接班人，在一个月前刚刚上线时，吸引了很多人的眼球。

Grin 独创性的提出了双POW算法：

1. 面向GPU的CuckARoo算法，需要 6GB+ 的内存，初期挖出 90% 块

2. 面向CPU的 CuckAToo算法，需要 11GB+ 的内存，初期挖出 10% 的块

按照这个要求，初期GRIN要求矿机必须具备6GB以上的大内存才可以挖矿，而这个要求是明显有利于显卡挖矿的。

方法2：更新算法

上面举的例子包括ETH和GRIN都是在算法设计之初就考虑了抗ASIC，但是很多币种在最初没有这方面的考虑，那么该怎么办呢？

以门罗币为例，它的算力很大一部分都被ASIC和FPGA把控，于是门罗币想出来一招：更新算法。

大概的频率是半年更新一次算法，这让拥有ASIC和FPGA矿机的矿工们欲哭无泪。

因为ASIC是专用芯片，它只能针对特定的算法，如果算法更新，则芯片就没有任何用处了！需要重新开发，而开发一款ASIC芯片是极其烧钱和费时的，仅仅其中流片的费用至少就需要几十万RMB。

相比之下，FPGA矿机会稍好一些，其可以通过更新以支持新算法。但是FPGA的开发周期往往也不短，有可能需要几个月，等研制出来以后，可能没有等多长时间，又要进行下一轮更新了。

五。 电子工程师的机会

在介绍完上面区块链挖矿的概况后，针对电子工程师，到底有没有什么机会可以从挖矿产业中分一杯羹呢？下面我从FPGA工程师和硬件工程师两个角度进行分析。

机会1：FPGA工程师

FPGA矿机作为一种半定制产品，在某些无ASIC矿机的小币种中，还能够占有一席之地。

如果FPGA工程师可以在某个新币种推出后，或者在某个老币种更新算法后，短时间内用FPGA实现出相应的算法，并且运行效率可以明显高于对应的显卡矿机挖矿，那么这里面就有盈利空间。

这里补充一个小常识，针对显卡挖矿，更新算法是一个很简单的事情，官方都会提供算法，更新只需要一两个小时就足够了。而对FPGA来说，新算法需要重新研发，研发周期很可能会以月为单位。

机会2：硬件工程师

由于大内存矿机是后续数字货币挖矿的发展趋势，如果在ASIC（专用芯片）矿机出来之前，硬件工程师能够抢先使用通用芯片设计出矿机，预计也会很有市场的。

这里再补充一个小常识，现在的内存主要分为两大类：CPU使用的DDR和GPU使用的GDDR。

为什么会出现两种内存吗？

因为随着人们对于显卡性能日益增长的需求，早先的DDR已不能满足显卡的需求，所以出现了专门为满足显卡GPU高速交互数据需求的GDDR。因为GPU没有像CPU那样设计有大容量L1、L2、L3缓存，而且GPU处理大容量的纹理贴图，所以需要与显存进行更加频繁的数据交互，所以GPU所用的GDDR相比CPU所用的DDR有两个特点：一是带宽更宽，二是容量更大。

基于上面的背景介绍，大容量矿机可以衍生出三种设计思路：

①CPU+DDR

比特大陆做的以太坊矿机就是这种思路，缺点是DDR容量相比GDDR还是较小，访问速度不够快。相比显卡矿机，优势并不明显。

②GPU+GDDR

这就是常规显卡的设计思路，不过假使硬件工程师研发出了这样的显卡矿机，但是通常其产业链整合的能力PK不过传统显卡厂商，价格很可能没有优势。

③CPU+FPGA+GDDR

在方案③中，FPGA起到了一个桥接芯片的作用，让CPU能够连接大容量的GDDR，CPU完成管理维护协议处理等工作，而重复运算交给FPGA处理，看起来这是一个最优的方案，不过难点在于FPGA连接GDDR没有现成的IP核可用，自行研发难度很大。

这里所说的IP核，是指在集成电路设计中，可重复使用的具有自主知识产权功能的集成电路设计模块。

现在世界排名第一的FPGA厂商Xilinx还没有开发出针对GDDR5或者GDDR6的IP核，不过看到有国内厂商已经做出来了GDDR6的IP核，真是厉害！