比特币“减半”在即，ASIC矿机挖矿能力增长受限

近十年来，比特币挖矿技术经历了快速的发展和迭代。

矿机是比特币网络成功的基础，矿工将根据区块奖励决定是否继续参与网络。 矿工参与的方式是通过“挖矿”，即运行产生区块所必需的计算。

虽然比特币挖矿设备的历史经常被忽视，但它解释了为什么多年来挖矿业已发展成为一个价值数十亿美元的产业。 采矿业继续增长，尽管有一些放缓的迹象。

下面我们将全面回顾比特币挖矿的历史，以及未来的创新方向。

CPU挖矿

2009 年 1 月 3 日，比特币之父，网名中本聪，挖出了第一个比特币区块。 作为当时比特币网络上唯一的矿工，中本聪可以通过普通的个人电脑而不是专用设备来开采比特币。

所有用于浏览 Internet、启动 Word 文档和大量应用程序的计算机都包含一个称为中央处理器 (CPU) 的设备。 该设备能够在计算机上处​​理和执行指令。 由于早期比特币矿工数量少，缺乏竞争，CPU设备满足了矿工挖出新区块，赚取挖矿奖励的算力需求。

随着新矿工加入比特币网络并开始争夺区块奖励，比特币挖矿所需的硬件不断改进。

图 | 多年来比特币挖矿难度的变化和新挖矿技术的推出日期（来源：CoinDesk Research）

GPU和FPGA挖矿

在比特币市值达到一定规模后不久，比特币挖矿硬件迎来了第一次重大升级。

2010 年 5 月 22 日，一位名叫 Laszlo Hanyecz 的程序员支付了 10,000 个比特币购买了两个 Papa John's 披萨。 两个比萨饼的价格约为 25 美元。 根据加密货币数据提供商 Coin Metrics 的数据，7 月份比特币的市场价格上涨至 8 美分左右。 到 2010 年 10 月，比特币的价格已经达到 10 美分。 此时，开发了第一台使用图形处理单元 (GPU) 的采矿设备。

与 CPU 不同，GPU 设备经过优化以执行有限的计算任务。 GPU 最初是为游戏应用而创建的比特币挖矿专用芯片，擅长并行计算简单的数学运算，而不是一次计算一个，以生成数千个与时间相关的像素。 重新编程后，GPU 可用于执行数学运算，例如挖矿所需的运算。

图 | GPU加密货币矿机实物图（来源：DMG Blockchain）

根据挖矿咨询公司 Navier 首席执行官 Josh Metnick 的分析，GPU 挖矿的创新——使用 GPU 设备开采比特币——将创建比特币区块并获得区块奖励。 效率平均提高约6倍。 为了提高效率，典型 GPU 设备的成本大约是典型 CPU 设备的两倍。

2011 年，此时现场可编程门阵列 (FPGA) 也被重新用于挖掘比特币。 相比之下，GPU 挖矿设备显得苍白无力。

根据 Mitnick 的计算，FPGA 计算比特币挖矿难题的速度是最先进 GPU 的两倍。 但是，制作 FPGA 器件的人工成本较高。 FPGA 设备需要从硬件和软件两个层面进行配置。 也就是说，需要对此类设备进行编程以运行自定义代码，并进行架构设计以高效运行代码。 正是 FPGA 调整硬件组件的能力使此类设备比 GPU 更适合比特币挖矿。

ASIC挖矿

比特币矿工的第三次创新需要最投入的资源、时间和发展才能实现。 第三个创新不再是重新调整现有设备的软硬件参数，而是打造一台只用来挖比特币的矿机。 2013 年，中国计算机硬件制造商嘉楠耘智发布了第一款用于比特币挖矿的专用集成电路 (ASIC)。

与 CPU、GPU 和 FPGA 不同，ASIC 的设计初衷是为了挖掘比特币。 也就是说，ASIC 设备的所有硬件和软件组件都经过预先设计和优化，以执行创建比特币区块所需的计算。 ASIC带来的效率提升是以往所有通用设备所无法比拟的。

虽然嘉楠耘智是第一家比特币 ASIC 生产商，但比特大陆和比特微等其他制造商也开发了具有更先进硬件的 ASIC 比特币矿机。 自 2013 年以来，ASIC 挖矿技术最显着的进步是芯片尺寸的缩小。 2013年以来，ASIC芯片尺寸大幅缩水，从130nm缩减到现在的7nm。

芯片大小与挖矿效率密切相关。 ASIC 芯片的表面越宽，其通信通道就越大比特币挖矿专用芯片，在其表面传输数据所需的功率就越大。 根据 Mitnick 的计算，2009 年 ASIC 比特币矿机比普通 CPU 快 1000 亿倍。

伊利诺伊大学电气与计算机工程副教授拉凯什·库马尔（Rakesh Kumar）认为，自比特币诞生以来，不断上涨的币价一直是比特币矿机发展的强大推动力，因为比特币挖矿越来越有利可图。 高的。 随着区块奖励的增加，挖矿技术创新带来的回报会更高，因为它可以同时达到降本增效的目的。