矿机的ASIC化以及数字货币的抗ASIC化

01矿机的分类矿机按照使用的集成电路分类，可以分为三种：显卡矿机，FPGA矿机和ASIC矿机。

显卡矿机：

现在以太坊挖矿主要使用这类矿机，使用通用计算机显卡作为核心运算器件。特点是算法灵活，只需要运行不同的挖矿软件就可以挖不同的数字货币。算力上不如其他两种矿机。

还有一个特点是残值高。比如即将要淘汰的474显卡，用来打游戏性能还是很不错的。

显卡矿机有很多种，比如根据厂商可以分为A卡和N卡，按照显卡机数量也分为6卡矿机和8卡矿机等。

图：显卡矿机

ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）矿机，就是用ASIC作为核心运算器件的矿机。

优点是算力大，功耗算力比低；缺点是只能挖一种比灵活性比较差。比特币的矿机都属于这一类。

早期的比特币挖矿也是用显卡机，按照比特币设计的规则每天的产出是固定的，为了取得比其他人更多的优势逐渐发展为现在的矿机都是ASIC矿机。

ASIC的设计&生产

芯片设计→芯片验证→芯片制造→封装测试

1.芯片设计

前端设计：模拟电路和数字电路的设计

后端设计：将设计好的电路转化为芯片版图

2.芯片验证

前端验证：芯片在设计阶段，对芯片设计的逻辑，通过EDA工具软件进行验证及仿真，FPGA硬件验证。

后端验证：芯片制造好之后，对芯片实物进行各项功能的验证及测试。

芯片验证特别重要，因为流片一次需要花费几百万至上千万，因此全部验证后才能进行量产芯片。

3.芯片制造

将设计好的芯片版图发给流片厂进行加工制造。

4.封装测试

制造好的芯片，要进行各项测试（也是为了节约一定的成本），再封装成带管脚可焊接的芯片，最终焊接到电路上。

封装之后需要再进行一次测试。

FPGA（Field Programmable Gate Array，可编程逻辑阵列）矿机，就是用FPGA作为核心运算器件的矿机。

FPGA内部是门阵列，门是实现所有逻辑运算的基本单元。灵活性和算力介于ASIC和显卡矿机之间，这类矿机非常小众，需要投入时间和精力来挖一些没有ASIC矿机的小币种。

图：三类矿机对比

02BTC被ASIC攻陷

这主要是和计算方法有关系。比特币的计算公式：found_hash = sha256(previous_hash, merkle_root, nonce)

从原理上：左边是给定的结果，右边第一个参数是上一个区块的哈希值，第二个是要打包交易的哈希值，第三个是需要计算的哈希值。

如果能够在同一时间大量、重复的运算就可以在挖矿中取得极大的优势，因此这种计算公式极度适合ASIC。也导致了在ASIC进入挖矿市场后便迅速成为了BTC的主流挖矿硬件，彻底把家用CPU/GPU从BTC挖矿中挤出去。

（当然用显卡也可以挖比特币。按照当前币价，一张显卡挖一年的比特币收入为0.2元，而一年的电费要200多元）

03数字货币的抗ASIC

很多数字货币的团队不希望ASIC矿机来参与挖矿，比如LTC、ETH和XMR等。

LTC通过使用大量内存的scrypt算法，内存对于计算机和ASIC矿机来说，成本是一样的。虽然最后LTC矿机也被ASIC化，但是因为需要平衡算力和内存，ASIC矿机的算力远没有BTC矿机那么夸张。

ETH采用ethash算法，为了抵抗ASIC矿机，这个算法也是内存密集型算法。特点是挖矿的效率基本上和处理器的速度无关，而是和内存的带宽正相关。然后通过不停的升级算法，优化GPU效率，减小与ASIC矿机的算力差距。

XMR最初采用CryptoNight算法，该算法特点是需要用到2MB的cache支撑，所以CPU更有优势。但是最终还是被矿机厂商攻破，制造了100倍算力的ASIC矿机。为了排除ASIC矿机，XMR决定每年固定时间更改算法参数。

另外一种对抗ASIC的方法是混合各种不同的算法，然后根据时间，区块高度，交易记录等决定使用哪一种。这样就可以抵抗不能任意切换算法的ASIC。

04话题：有没有必要对抗ASIC？

支持对抗ASIC的人认为

·ASIC拉高了挖矿的门槛

·矿机厂商把持着算力，违背去中心化的精神

支持ASIC的人认为

·为了抗ASIC，定期升级算法风险巨大

·升级算法，排除ASIC矿机后，算力大降，网路容易被攻击

GPU矿场也有中心化问题

·去除ASIC，会导致厂商使用FPGA，不能彻底解决问题