引言

近期筆者對數字貨幣的挖礦比較感興趣，根據這段時間學習的內容，整理了本篇文章，算是一個梳理。

一。 為什么需要挖礦

首先解釋一下什么叫做挖礦。

以數字貨幣中的比特幣為例，挖礦就是打包比特幣的交易，獲得礦工費的過程。

用四個字來描述：記賬和收錢。

因為在數字貨幣的交易中，各個用戶的交易都需要在一個公共賬本上記賬，因此就需要有人來完成這個記賬的過程。

完成記賬的人就叫做礦工，首先完成記賬的礦工就會有數字代幣的獎勵。

正是由于有了經濟利益的刺激，挖礦已成為數字貨幣中的一個行業。

按照數字貨幣中共識算法分類，共識算法分為POW和POS。

POW：全稱Proof of Work，工作證明。你獲得多少數字代幣，取決于你對挖礦做出的貢獻。

POS：全稱Proof of Stake，股權證明。簡單來說，就是一個根據你持有貨幣的量和時間，給你發利息的一個制度。

用通俗的話說，POW就是誰勁大聽誰的，POS就是誰有錢聽誰的。

本文當中挖礦主要是針對POW，現在市值排行前兩名的比特幣和以太坊都是屬于POW。

二。 礦機的發展歷程

由于挖礦是一件有利可圖的事情，所以挖礦所用的礦機也經歷了一番演進。

最早是CPU挖，后來有人用GPU挖，再后來有人用FPGA（現場可編程門陣列）挖，礦機的最終形態就是用ASIC（專用集成電路）挖。

有人把礦機的發展歷程做了一個簡單的總結，CPU→GPU→FPGA→ASIC，越靠近左側就越靈活，但效率越低；越靠近右側就越專用，但效率要高很多。

所以針對BTC和LTC等市值很高的幣種，早就出現了以比特大陸為首的礦機廠商推出了專用的挖礦芯片，壟斷了BTC和LTC的挖礦產業。

最終BTC和LTC等挖礦就變成了一個資本比拼的市場，只有有錢可以買到足夠多的礦機。只要礦機挖礦所得的收益能夠支撐電費和礦機的維護成本，這就是一件可以賺錢的事情。就可以不停的加大投入。

所以在牛市的時候現貨礦機的價格居高不下，一機難求。

三。 為什么要抗ASIC

隨著越來越多數字貨幣的發行，很多幣種都逐步提出一個口號，叫做抗ASIC。

表面上的理由很簡單：由于數字貨幣一個很重要的特點就是去中心化，而ASIC礦機的出現恰恰打破了這個趨勢，造成了算力的壟斷。

有人做過統計，比特大陸控制的BTC礦池（下圖中用紅框標識）已占到了全網算力的40%以上，雖然沒有到達傳說中的51%（絕對多數），但實際上已經形成了壟斷。

但是抗ASIC真的可以去除中心化的影響嗎？往深一層想，即使沒有ASIC，只要挖礦是一件有利可圖的事情，就會吸引過來資本，大規模的采購礦機從中盈利，從而造成資源的集中。所以抗ASIC無法做到去中心化，二八現象肯定是存在的。

那么既然如此，抗ASIC的目的到底是什么？

后來筆者才明白，抗ASIC的本質實際上是開發者與礦工關于話語權的博弈。

本來開發者是數字貨幣中無可爭議的老大，代碼是我寫的，其他人當然要聽我的。但是隨著礦工實力的增強，如果后續數字貨幣的發展路線沒有得到礦工群體的認可，礦工可以用不運行新版本的代碼來進行抵制。

最壞后果就是出現了硬分叉，花開兩朵，各表一枝。你走你的陽關道，我走我的獨木橋。

歷史上以比特大陸為首的BCH就是這么從BTC里面硬分叉出來的。

四。 抗ASIC的方法

那現在到底有哪些常用的抗ASIC的方法呢？據觀察，現在至少有兩種方式：大內存和定期修改算法。

方法1：大內存

用大內存是一個抵抗ASIC比較通用的方法。下面分別舉ETH和GRIN的例子。

ETH

以ETH為例，ETH在挖礦時必須產生一個64M的數據塊，而在挖礦過程中需要隨機使用這個大數據塊的某幾個字節，所以即使你芯片運算的再快也沒有用，它需要用某些數據做計算。

記得看過一個數據，在GPU礦機運行ETH的挖礦算法時，其GPU利用率為60%多，而顯存的占用率接近了90%。

所以即使比特大陸研究出了針對ETH的ASIC礦機，也沒有給ETH的挖礦生態帶來致命的打擊，有兩點原因：一是礦機在運行過程中需要頻繁的讀寫內存，造成了效率不高；其次是ASIC礦機配置的大容量的內存芯片，也大幅拉高了整機的成本。

GRIN

GRIN是剛推出不久的一款匿名幣，號稱是比特幣的接班人，在一個月前剛剛上線時，吸引了很多人的眼球。

Grin 獨創性的提出了雙POW算法：

1. 面向GPU的CuckARoo算法，需要 6GB+ 的內存，初期挖出 90% 塊

2. 面向CPU的 CuckAToo算法，需要 11GB+ 的內存，初期挖出 10% 的塊

按照這個要求，初期GRIN要求礦機必須具備6GB以上的大內存才可以挖礦，而這個要求是明顯有利于顯卡挖礦的。

方法2：更新算法

上面舉的例子包括ETH和GRIN都是在算法設計之初就考慮了抗ASIC，但是很多幣種在最初沒有這方面的考慮，那么該怎么辦呢？

以門羅幣為例，它的算力很大一部分都被ASIC和FPGA把控，于是門羅幣想出來一招：更新算法。

大概的頻率是半年更新一次算法，這讓擁有ASIC和FPGA礦機的礦工們欲哭無淚。

因為ASIC是專用芯片，它只能針對特定的算法，如果算法更新，則芯片就沒有任何用處了！需要重新開發，而開發一款ASIC芯片是極其燒錢和費時的，僅僅其中流片的費用至少就需要幾十萬RMB。

相比之下，FPGA礦機會稍好一些，其可以通過更新以支持新算法。但是FPGA的開發周期往往也不短，有可能需要幾個月，等研制出來以后，可能沒有等多長時間，又要進行下一輪更新了。

五。 電子工程師的機會

在介紹完上面區塊鏈挖礦的概況后，針對電子工程師，到底有沒有什么機會可以從挖礦產業中分一杯羹呢？下面我從FPGA工程師和硬件工程師兩個角度進行分析。

機會1：FPGA工程師

FPGA礦機作為一種半定制產品，在某些無ASIC礦機的小幣種中，還能夠占有一席之地。

如果FPGA工程師可以在某個新幣種推出后，或者在某個老幣種更新算法后，短時間內用FPGA實現出相應的算法，并且運行效率可以明顯高于對應的顯卡礦機挖礦，那么這里面就有盈利空間。

這里補充一個小常識，針對顯卡挖礦，更新算法是一個很簡單的事情，官方都會提供算法，更新只需要一兩個小時就足夠了。而對FPGA來說，新算法需要重新研發，研發周期很可能會以月為單位。

機會2：硬件工程師

由于大內存礦機是后續數字貨幣挖礦的發展趨勢，如果在ASIC（專用芯片）礦機出來之前，硬件工程師能夠搶先使用通用芯片設計出礦機，預計也會很有市場的。

這里再補充一個小常識，現在的內存主要分為兩大類：CPU使用的DDR和GPU使用的GDDR。

為什么會出現兩種內存嗎？

因為隨著人們對于顯卡性能日益增長的需求，早先的DDR已不能滿足顯卡的需求，所以出現了專門為滿足顯卡GPU高速交互數據需求的GDDR。因為GPU沒有像CPU那樣設計有大容量L1、L2、L3緩存，而且GPU處理大容量的紋理貼圖，所以需要與顯存進行更加頻繁的數據交互，所以GPU所用的GDDR相比CPU所用的DDR有兩個特點：一是帶寬更寬，二是容量更大。

基于上面的背景介紹，大容量礦機可以衍生出三種設計思路：

①CPU+DDR

比特大陸做的以太坊礦機就是這種思路，缺點是DDR容量相比GDDR還是較小，訪問速度不夠快。相比顯卡礦機，優勢并不明顯。

②GPU+GDDR

這就是常規顯卡的設計思路，不過假使硬件工程師研發出了這樣的顯卡礦機，但是通常其產業鏈整合的能力PK不過傳統顯卡廠商，價格很可能沒有優勢。

③CPU+FPGA+GDDR

在方案③中，FPGA起到了一個橋接芯片的作用，讓CPU能夠連接大容量的GDDR，CPU完成管理維護協議處理等工作，而重復運算交給FPGA處理，看起來這是一個最優的方案，不過難點在于FPGA連接GDDR沒有現成的IP核可用，自行研發難度很大。

這里所說的IP核，是指在集成電路設計中，可重復使用的具有自主知識產權功能的集成電路設計模塊。

現在世界排名第一的FPGA廠商Xilinx還沒有開發出針對GDDR5或者GDDR6的IP核，不過看到有國內廠商已經做出來了GDDR6的IP核，真是厲害！