觀點：為什么我相信FPGA礦機將大規模侵蝕ASIC出現前GPU的算力占比_ASI

撰文：YanXin，作者就職于區塊鏈投資機構FundamentalLabs?

來源：鏈聞

隨著Nervos這樣全新的熱門PoW公鏈主網上線，讓ASIC礦機出現之前PoW公鏈算力競爭和平衡的過程再次受到關注。通常而言，挖礦算法與礦機器件特性的匹配程度影響著某一種礦機市場占比。而在Nervos主網上線的過程中，FPGA礦機的表現頗為顯眼。

盡管屢屢在挖礦產業史中被提及和討論的FPGA礦機實際上從未被大規模生產和銷售過，但是FPGA礦機對PoW公鏈的生態影響不容忽視。在我看來，FPGA礦機極有可能大規模侵蝕GPU在ASIC出現之前的算力占比，成為最有力的算力打新工具。

1.什么是「FPGA」

讓我們不妨從簡單普及一下什么是「FPGA」、什么是「ASIC」這樣基本的概念開始。

FPGA是「FieldProgrammableGateArray」的縮寫，即「可編程的邏輯門陣列」，是一種半定制電路。

而ASIC則是「ApplicationSpecificIntegratedCircuit」的縮寫，即「專用集成電路」，是對于某一固定算法的最優解決方案。不過，ASIC生產成本昂貴，一次投片的成本在千萬人民幣左右，只在成熟穩定、需求量較大的應用場景中才能體現出其成本優勢。

觀點：區塊鏈正在構建政府服務的基礎設施，并將改變政府服務:9月26日消息，Matthew Van Niekerk表示，區塊鏈政府不僅將區塊鏈用于身份和投票等基本服務，還將作為經濟增長的框架。區塊鏈技術現在正在構建政府服務的基礎設施。該技術已達到國家戰略重要性的最高水平，中國和歐洲在建立區塊鏈基礎設施方面的努力證明了這一點，雖然無法準確預測全球區塊鏈基礎設施將采用何種形式，但可以肯定的是，該技術正在崛起。（Cointelegraph）[2021/9/26 17:08:13]

對于運算邏輯需要經常改變，或者芯片需求量較小的加密貨幣挖礦或機器學習等場景，FPGA以其可以媲美ASIC的運算速度，以及算法可更新的特性保有一席之地。FPGA也經常用于驗證正在設計的ASIC中的運算邏輯。

從某種角度上講，FPGA是ASIC出現之前的替代品，在不確定性強的場景中發揮著獨特的作用。

FPGA內部結構

FPGA與GPU同樣可通過編程執行各種不同的運算任務，但FPGA的運算邏輯通過基于查找表實現的邏輯門陣列實現，不依賴于馮諾依曼結構，一次運算得到的結果被直接饋送到下一個運算的輸入，無需在主存儲器臨時保存，因此不僅對內部存儲器的帶寬需求比GPU低很多，而且還具有響應迅速和功耗更低的特點。因此，FPGA對于一些內存需求量較小、可流水處理的算法可以表現出GPU無法比擬的優勢。

觀點：以太坊1.0正面臨負面網絡效應 急需解決擴展問題:近日，對沖基金Multicoin Capital執行合伙人Tushar Jain發推稱，以太坊1.0現在正面臨著“負面”網絡效應。每個新用戶都會增加其他用戶的交易成本。以太坊現在需要擴展解決方案，否則負面的網絡效應將會趕走許多開發者和用戶。[2020/7/30]

2.??從「ASICResistant」到「ASICFriendly」

如果想更深入討論FPGA礦機的未來趨勢，不妨讓我們從礦機發展的整個歷程和脈絡開始。

在比特幣被各種專用計算設備壟斷算力之后，萊特幣等一眾早起的「altcoin」開始在挖礦算法設計中體現「Anti-ASIC」的思想。這種設計利于讓更多愛好者用普通電腦參與到新的加密貨幣挖礦之中，從而推進新的加密貨幣的去中心化。但這種「Anti-ASIC」每每都被證明無法長期持續，其中微妙的平衡很容易在某種加密貨幣繁榮之后崩潰。在利益的驅使下，對應于Anti-ASIC的專用礦機很快被推出。

盡管Anti-ASIC本身確實是一個無法持續的過程，但這一逐漸失效的過程為非常多加密貨幣的發展帶來益處，因此，在相當長的一段時間內被爭相效仿，各種Anti-ASIC算法被設計出來。

一般而言，Anti-ASIC算法的設計思路主要有三種：

觀點：比特幣期貨的溢價凸顯市場的不確定性:根據Arcane Research最近的報告，比特幣期貨市場最近變得極其動蕩。目前，比特幣期貨合約的交易價格低于比特幣的現貨價格，市場上沒有通常保持正值的正常溢價。這種悲觀情緒主要反映在衍生品行業，盡管比特幣在過去24小時內攀升了16%，但投資者仍保持謹慎態度。這種負面情緒也滲透到了比特幣未來估值的問題中。比特幣在6月底突破1.3萬美元的概率已降至4%。這與3周前計算出的概率相比，出現了明顯的下降。當時的概率指數顯示，比特幣有16%的幾率突破2019年創下的13880美元的高點。最近的低迷嚴重削弱了比特幣的看漲情緒，因此，交易員和投資者在未來幾周內仍會持懷疑態度。（AMBCrypto）[2020/3/15]

內存依賴型算法，例如CuckooCycle、Equihash和Scrypt。這些算法通過增大運算輸入的體積，使得FPGA和ASIC必須在已有的運算單元之外增加額外的內存，提升FPGA和ASIC的設計難度，并降低其相對優勢。

多算法雜糅，例如X11、X13和X16R。這些算法通過同時引入若干種串聯的哈希算法，增加FPGA和ASIC的復雜程度，后期又衍生出了多算法隨機次序串聯的算法，進一步增加FPGA和ASIC的設計門檻。

定期更換算法。某些加密貨幣定期更換一次挖礦算法或者算法的參數，使得專用挖礦設備定期被淘汰，被認為是根本性的Anti-ASIC方法。

聲音 | 觀點：比特幣現在被投資者視為金融體系的重要組成部分:Forge的Michael Carrier近期表示，從投資者的角度來看，2019年具有重要意義，因為加密貨幣和比特幣市場已步入主流，并已被宏觀投資者關注。他還進一步指出，宏觀和微觀投資者現在都認識到，比特幣是硬通貨、基礎貨幣，以及它與黃金的相似之處。他還聲稱，比特幣現在被投資者視為金融體系的重要組成部分。Carrier總結道：“看看比特幣與其他資產的不相關性，比特幣首次成為宏觀社區的投資組合選項。這是一個重要的趨勢，我們在2019年就看到了這一點，隨著加密行業不斷前進，這種趨勢將持續下去。”（AMBCrypto）[2020/2/17]

Anti-ASIC算法的發展給予GPU挖礦極大的空間，并使其逐漸成為了主要的Altcoin挖礦設備，但其副作用也逐步顯現：

首先，GPU礦工沒有忠誠度，多數GPU礦工選擇挖礦標的的唯一標準是當日產出，一旦某加密貨幣價格大幅下跌，相隨而來的即是算力的大幅下跌，對于依賴算力維持網絡安全的工作量證明區塊鏈，在算力下跌之后其網絡健壯程度快速下降，極其容易遭受51%攻擊。

其二，無法為其礦工提供超額收益。由于GPU存量極大，任何一個加密貨幣的挖礦收益超過以太坊的部分，將會被涌入的算力快速攤平，因此礦工無法獲得相應的激勵，成為該幣種的積極建設者。

聲音 | 學者觀點：比特幣交易費的設計能會威脅其長期生存能力:根據康奈爾大學研究人員的一項研究，比特幣交易費——先于他人將某些記錄添加到區塊鏈的金融獎勵——可以保持比特幣的功能，但可能會威脅其長期生存能力，并造成能源浪費。 金融學教授兼經濟學教授Maureen O”Hara表示：“交易費不是原來系統的一部分——它們只是進化而來的。一個由計算機科學家設計的用于安全問題的系統可能并不適合在市場上交易，所以發展收費實際上是一件好事。但它也帶來了各種各樣的問題。比特幣面臨的最大挑戰之一是，它的費用太高，不能用作簡單的交易賬戶，而且耗時太長。在任何給定的時間內，比特幣交易的數量都比Visa卡少幾個數量級。”[2019/11/1]

GPU挖礦標的以單日收益從高到低排序，ETH名列第三位，與前兩名差距很小

其三，GPU挖礦的成熟使得Anti-ASIC最初的目的失效，即無法使更多普通愛好者參與到挖礦之中，挖礦完全被GPU礦工壟斷。

其四，GPU本身存量巨大，除去已經投入挖礦的GPU礦機之外，仍有大量GPU在MSP手中閑置，在國家戰略背景下，發改委從《產業結構調整指導目錄》中的淘汰產業中刪除虛擬貨幣挖礦等內容，未來真正的GPU算力巨頭入場不再遙遠，GPU挖礦相對社會平均投資回報率的超額收益將在GPU算力暴漲的過程中被無限稀釋。

除以上四點之外，定期分叉或更改算法會帶來社區的分裂，長此以往，社區難以壯大。

越來越多的開發者對于Anti-ASIC更加保守，或者設計規則，引導算力有規律地逐漸過渡到ASIC。Grin就是一很好的例子，但由于CuckooCycle算法本身對內存的要求仍然非常高，礦機生產企業目前也并未成功地按照計劃推出產品。

近期上線的Nervos設計了ASICFriendly的基于SHA3的Eaglesong算法，該算法無大內存需求和復雜的算法雜糅，主要內容即是一簡單哈希算法的多次迭代，便于在FPGA和ASIC中流水處理。

EaglesongHash的核心是變換函數f的42次迭代

綜上，從ASICResistant到ASICFriendly完全可能是一個新方向的開啟，而FPGA將在這個方向中替代GPU成為ASIC出現前最好的挖礦工具。

3.Altcoin的ASIC礦機為何總是難產？

今年以來，比特大陸、嘉楠耘智和比特微等主流礦機公司不再橫向拓寬Altcoin的ASIC礦機產品線，風險收益不相稱是最簡單的解釋。

ASIC的挖礦能效比與GPU相比較，動輒擁有10倍的絕對優勢。由于邊際成本遞減效應，ASIC生產者將不可避免地傾向于過量生產ASIC以搶占算力份額，推高難度，將GPU礦工快速擠出。而小幣種礦機本身由于容量小、礦機可生產和發售數量有限，不可避免地造成中心化的問題。而FPGA在此處則更像GPU，擁有根本性的優勢，即FPGA本身由Xilinx和Intel等大廠生產，各家FPGA礦機無非是選購不同地已經生產出的FPGA進行電路板級的硬件設計和軟件算法優化，而這兩塊內容均不像ASIC版圖那樣封閉和「高精尖」，各家的產品也并不會出現太大的差別，可以更好地推動去中心化。

據MRFR統計，在FPGA主要廠商中，Xilinx和Intel的市占比累計為72%

ASIC是一個贏家通吃的游戲，不同Foundry、不同工藝，或者不同設計方法設計出針對同一算法的ASIC可能存在若干倍的性能差異，由于區塊鏈網絡難度自適應調節，性能處于劣勢的計算設備可能面臨殘酷的淘汰，因此各個生產商互相嚴格保守產品參數的機密，更加增大了資金投入的風險。

而FPGA作為可編程器件，即使被淘汰的二手FPGA，仍被廣泛地應用在爆破等無需考驗起耐久性的場景之中，不會像被淘汰的ASIC一文不值。

擁有了ASIC即擁有了算力的話語權，但不等同于社區治理的話語權，如果一款ASIC使得多數社區成員利益受損，該幣種很有可能通過分叉修改挖礦算法而將ASIC設計者完全排除在外。比如說，10月初時，Ravencoin?進行了挖礦算法升級，將挖礦算法更改為X16R的升級版「X16Rv2」，以阻止Ravencoin網絡上ASIC礦機繼續挖礦。這次的算法更改讓很多ASIC團隊無所適從，而FPGA礦機作為算法更改最為靈活的礦機很快涌入算力市場。

4.FPGA并非GPU的替代品，而是更適應ASICFriendly算法的新選擇

本質上，挖礦是一個通過區塊獎勵提升網絡算力，從而提高攻擊成本的過程。一個有益的挖礦算法應該是一個可以激勵礦工穩定地為網絡提供服務的算法。在這個問題上，ASIC永遠擁有不可替代的作用，但在某種加密貨幣的體量還無法支撐ASIC礦機之前，FPGA和GPU實質上發揮著相同的作用，兩者的不同即是存量的不同和本身特性與算法設計理念匹配度的不同。

就目前而言，GPU算力的可獲得性遠遠超過FPGA算力，但如果ASICResistant到ASICFriendly的趨勢成立并持續發展，FPGA必將撬動流動算力的天平，成為新幣種算力打新的利器。

參考資料

1.https://www.crypto51.app/

2.https://whattomine.com/

3.https://miningpoolstats.stream/

4.https://www.marketresearchfuture.com/reports/field-programmable-gate-array-market-1019

5.https://github.com/nervosnetwork/rfcs/blob/master/rfcs/0010-eaglesong/0010-eaglesong.md

Tags：ASIFPG比特幣ANTASIA幣FPG價格比特幣上市第一天的價格ANTE

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