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序(部分摘自彩云lvl原创文章,什么是比特币挖矿、什么是比特币矿机):


刚接触比特币的朋友一定会问一个问题,什么是比特币?紧接着他就会问第二个问题,怎么样获得比特币?很快他就会知道可以通过挖矿来获得,再多熟悉一些,了解的时间长一点,他就会接触到比特币矿机以及比特币矿机芯片。


那作为比特币矿机的心脏,这些芯片又是怎么样被设计和生产出来的?这时候你就会听到芯片前端设计、后端设计、流片,MPW 、fullmask 、wafer、tapeout、mask等词语,这些词语又是什么意思呢?别着急,下面彩云比特将为你慢慢解读。




1、什么是比特币挖矿,挖矿有什么样的回报?


1.1、比特币挖矿原理


比特币的交易是在比特币客户端软件的点对点网络上完成的,每次交易从一个节点与另一个节点的身份确认开始,然后在整个网络上进行广播。


广播的消息积累一定的时间,积累的消息记录会在进行“挖矿”的节点上与一个随机数合并,进行“散列计算”这个随机数叫做nonce。


网络自动地根据挖矿参与者的计算能力综合,要求这个散列计算的结果足够小,这个要求叫做“难度”。

散列的值的长度是固定的,如果要找到足够小的散列,就要尝试更多次的nonce,每当找到一个符合难度要求的nonce,网络就奖励这个节点一定数量的比特币(现在是25个每4年减半)


1.2、比特币挖矿词汇解释(转自彩云贴


hash,哈希
学过数据结构的都应该知道hash,但这里也还是再说明一下。hash的含义就是用一个较短的文字/数字,来表示一个较长的文字/数字。


把较长的数字,变为较短的数字的计算过程,叫做hash算法。同时,hash算法从数学上保证了,只能从长数字变为短数字,从短数字无法反过来得到长数字。


如果两个不同的长数字,通过hash算法得到了相同的短数字,就叫冲突。

sha256
是一种hash算法,到目前为止,还没有发现冲突。可以将任意长度的文字/数字,变为256个位的短数字。


当然,如果你的原始数字只有一个位,算法首先会把他变成512个位,然后再进行计算。得出的结果也是256个位。

block,块
每个块里,都包含了高度(也就是第几个块,目前是272166),前一个块的hash值,当前时间,所有在这段时间内发生的交易,自己这个块的hash值,以及一个随机数(nonce)。六个段。


下面来说明一下这些这些东西计算的次序。


首先将所有的交易,通过复杂的sha256,得出一个256位的结果。再加上nonce、高度、时间、前一hash,将这五个内容计算sha256。如果计算的结果满足条件,(前面有很多的0),就成功了。

算力
上面这些,很多地方都写了,我不过是多说明一下,而下面的内容,网络上就没看到过了,是我自己的理解。
完成上面所说的,对nonce、高度、时间、前一hash,交易hash,进行一次计算,得出一个新的hash。就是1个算力。

nonce
nonce是一个32位的数字。对于算力的计算来说,除了nonce,其他的都是都是固定的。而32位的nonce,从0x00000000到0xffffffff,要进行4G次计算。如果4G次计算还不能满足条件呢?


那就是交易hash的变化;将同样这些交易,不过是重新排序,就可以得出不同的交易hash。


目前的算力是7P每秒,在理论上的10分钟内,总计要进行4000+P次计算。也就是有1G个不同的交易hash,每个被计算了4G次。


当然,时间的变化,也可以造成结果hash的不同。

难度
从概率上讲,完成了4G次计算,那么就会出现一个前面是32bit个0的hash结果(从显示上看,是8个)。而难度1,就是前面要求32bit个0。


换句话说,难度1,等同于4G次计算。是在10分钟内完成的4G次计算。也就是6.666M每秒的算力。


大家可以到难度算力图上去看看,难度与算力的坐标关系,就是6.666M。

算力的计算
算力是根据概率估算出来的。


如目前难度是600M,那么如果有4P每秒的算力,从概率上讲,通过10分钟的计算,会出现一个满足条件的结果。
而如果目前的平均出块时间是8分钟,那估算的算力就是5P每秒。


1.2、为什么挖矿需要使用定制集成电路,怎样集群挖矿?


在早期使用一般电脑的CPU就能非常容易的制造新的区块而挖到比特币,当越来越多的人开始挖矿时,计算难度不断上升,现在用CPU挖矿已经没有意义。之后矿工们开始使用高端显卡参与矿池挖矿(矿池:一种软件平台,把大的难度化小给矿工以使其得到奖励,现在的难度不用矿池已经几乎不可能)


CPU主要被设计用于处理和判断,擅长进行逻辑运算。而GPU被设计主要用于图形处理,是非常多的重复工作,因为总是在显示器上显示同样的大批像素,GPU进行重复的工作能力要比cpu强得多,而重复运算就是比特币系统的关键,因此后来矿工都用显卡挖矿。


之后有了FPGA矿机,运算能力比高性能显卡高的多,FPGA(Field-Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列,一种半定制电路芯片的矿机,昙花一现。算力功耗方面很快又被ASIC矿机超越。


ASIC(Application Specific Integrated Circuit)专用集成电路,这种ASIC比特币矿机专为比特币挖矿算法设计只能用于挖矿其他什么都干不了,ASIC的运算能力又比FPGA芯片矿机高很多,ASIC的出现使得显卡挖矿最终成为历史,定制集成电路按照硅片加工精度的提升,可以得到性能更好,功耗更低,同时产量更大的芯片,但与之同时开发的一次性投入也相应急剧增加,130nm,65nm,28nm,14nm,然后就到现有半导体技术的极限了。


而随着挖矿难度的不断积聚上升,集群挖矿就成为必然的趋势,集群就是通过网络通信,将异地或本地的大量定制芯片外设,用专嵌入式的专用计算机进行集群,同时进行挖矿的过程。



2、什么是比特币矿机


2.1、比特币矿机的心脏-ASIC芯片设计


首先芯片设计者将经过前端和后端设计完成芯片的最终图纸。

芯片的图纸,如今不是用手工完成的了,因为如果把一个芯片的最小设计单元当作乐高积木的化,一个芯片的大小估计就是一个小镇那么大了,所以需要用软件来实现芯片的功能,实现这个功能模型的任务,这就是前端。


前端得到的是计算机辅助设计的文件,这个文件在设计的逻辑要求上满足实现真正芯片设计的要求,后端的工程师就根据这个文件的输入,按照芯片厂家生产线的要求,再次利用计算机辅助设计软件,将其更深的转译为芯片掩膜的物理结构。


往往前端后端的设计都是分开由不同的工程师完成的,一是因为专业性,二也是因为设计方案的保密性,需要前后端设计组合起来才能完成芯片生产。



2.2、流片


设计好的芯片方案交给晶圆厂流片(tape out)


七八十年代的时候,集成电路的数据是写在磁带上的,也就是tape,那时的设计人员把最后一天,把一堆磁带抱到晶圆厂里去生产的那个过程叫tape out,现在是用ftp最后设计 提交晶圆厂,但叫法还是保留下来了,提交晶圆厂后就开始做mask,然后做wafer。


晶圆厂将单晶硅锭(整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度99.9999%)切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆(Wafer)。


芯片的一次性工程费中最主要的投入,也是最暗昂贵的部分就是用于芯片生产过程中使用的光罩(mask)


很多层光罩经由数十次在晶圆片上的反复曝光和腐蚀形成了芯片所需的微小结构,整个晶圆片大小的光罩(full mask)加工费是极贵的。


测试芯片通过多工程晶圆片(MPW)工艺来降低成本,就是每个参与MPW的芯片设计者,只占用整个晶圆片的很小一部分面积,来共同分担整个光罩的一次性工程投入(NRE)。


MPW后芯片样品经过测试达到设计要求,就可以投产全掩膜(full mask),进行批量化的芯片生产。



2.3、电路板焊接


芯片从晶圆片到焊接到电路板上,还需要经过封装和检测,才能批量化生产。


电路板(PCB板)是支持芯片与外围电子零件的物理基板,用腐蚀的方式将预先制备的覆铜板蚀刻出需要的导线,并经过打孔和多层粘合,形成复杂的电路设计。


从芯片的设计规范制定,外围电路的预估,可以指导一款矿机芯片的设计,后面电路的设计与样片测试,在加上电源模块,散热风扇等可以得到矿机样机。



2.4、生产发货


矿机经过设计达到成本,性能,可生产和可维护的预期后,就进入了生产准备阶段,生产线开始调试生产工艺细节,物料采购开始为批量生产进行备料,最后开始的,就是矿机的批量化生产和测试。




3、新手如何挑选比特币矿机(摘自lvl原创帖


至此我们已经明白了比特币挖矿的基本原理和比特币挖矿机的生产过程,接下来如何挑选比特币矿机呢?近期有许多新朋友加入到彩云比特的网上家园里,通过和他们的沟通我发现许多新手在挑选比特币矿机时存在两个误区:


1、总是想要算力大的矿机,觉得矿机算力越大越好,越不容易被淘汰;

2、总是想知道自己想买的矿机一天能挖出多少比特币,而不知如何计算。



3.1、对于第一个问题,需要纠正一个误区:不是算力越大的机子就一定好


比特币矿机都是基于ASIC芯片做的机子,就是让挖矿程序在ASIC芯片上跑,目前市场上流行的矿机的芯片有110nm芯片、有55nm芯片、有28nm芯片,由这些做出来的矿机大大小小,算力从几G到几千G不等,而算力的大小无非就是购买的机子包含了多少ASIC芯片,有钱的多买一点,每天产出的比特币就多一点,投入的钱也要多一点,而比特币矿机的淘汰基本不取决他的算力。


也许有人会说目前1G算力一天可以挖5元,要是比特币全网难度增加100倍,那一台1G的矿机一天只能挖5分钱,这样的矿机就会被淘汰,没人愿意再费精力去维护这样的矿机.


上面这种情况确实是比特币矿机淘汰的一种方式,但目前的矿机算力一般要比1G大的多,而难度增长的速度也要比100倍小得多。


比特币矿机另一种主要的淘汰原因是产出赶不上电费,无论你有多大的算力,当你1000G算力的每天挖出的比特币不够支付这台1000G矿机的电费时,这台矿机就失去了存在的意义,这才是比特币矿机淘汰的真正原因,那怎么计算这个电力平衡点呢,我们还是回到每G算力来计算,目前100nm芯片的比特币矿机的功耗,一般在10W/G左右,目前1G算力24小时产生约值5元人民币,大家可以计算一下离电费平衡点还很远,电费约0.15元占每日产生的5元的3%(注意:此平衡点不仅受制于比特币全网难度,更取决于比特币的币值)


世界范围内量产比特币矿机芯片有GlobalFoundries、台积电、三星等,国内比特币矿机芯片几乎都产自台积电,现在主流比特币矿机已经都采用28nm制程的ASIC芯片,矿机芯片从110nm到55nm,再到28nm每次制程提升都会带来矿机性能的大幅提高,而到了28nm之后已经接近目前芯片行业的制程技术极限,再提升空间已经缩小很多。


20nm相对于28nm的提升不大,而矿机芯片厂家如果想新研发20nm必须再次投入巨资,这应该是厂家不愿意的,现在台积电又推迟量产16nm芯片以及现在比特币行业的低迷,比特币矿机芯片的升级换代速度必将减慢,今年比特币矿机芯片看来是无望进入16nm时代了。


以Avalon为例,大家可以看到比特币矿机芯片制程升级带来的性能提升情况:
Avalon1代110nm矿机:功耗约8W/G;
Avalon2代55nm矿机:功耗约3.5W/G;
Avalon3代40nm矿机:功耗约1.2W/G;
Avalon4代28nm矿机:功耗约0.7W/G。


在相同制程下芯片设计的好坏也会导致芯片性能相差不少,但制程的提升,也就是芯片nm数的缩小,带来芯片性能提升是最本质和最有效的。



3.2、对于第二个问题,怎么知道我的矿机一天能挖多少比特币呢?


比特币全网目前每天产出约4000个比特币,你的矿机一天能挖多少比特币就取决于你的算力占全网算力的百分比,比如现在全网算力是5P(5000T=5000000G),你有1P的算力,那么你的矿机一天就可以挖出4000个币的5分之1,即800个比特币,当然一般的个人算力要小得多的多,那怎么计算呢,很简单,看彩云比特网站顶部动态数据的挖矿收益这个项目。


程序已经把所有复杂内容计算后得到一个很简单的表示:0.0008B=5.57元/G*天,就是表示1G算力1天24小时不间断开机,各项运行指标完美的情况下可以挖到0.008个比特币,再根据前面比特中国的实时币值相乘后就得到相应的1G算力一天可以挖出多少钱了。



4、各品牌比特币矿机介绍、教程及购买


有哪些矿机品牌可以选择呢?可以看这里“比特币矿机介绍及评测”,彩云的这个栏目几乎覆盖了当今世界范围内所有比特币矿机的背景介绍以及详细使用教程。


待选定矿机后就可以在彩云矿机商城下单购买,彩云矿机商城是业内第一家,也是目前累计销量最大的比特币矿机网上商城,国内所有矿机品牌都可以在这里购买到,上万台的矿机销售中无一笔错单,一笔纠纷,信誉保证,可靠、放心。




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