Майнинг на микросхемах FPGA и ASIC

В сфере вычислений существует еще один тип оборудования на основе ПЛИС – Программируемой логической интегральной схемы, – включающий два типа вычислительных устройств, подходящих для задач майнинга – интегральные микросхемы FPGA (ППВМ) и ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, или интегральная схема специального назначения). Это специальный тип чипов, имеющий существенные отличия. Так, FPGA (field-programmable gate array, или программируемая пользователем вентильная матрица) – это микросхема, которую пользователь может запрограммировать на выполнение какой-либо вычислительной работы, а впоследствии перепрограммировать для других задач. ASIC (application-specific integrated circuit) – специализированные чипы, изначально спроектированные и запрограммированные в заводских условиях так, что они подходят исключительно для одной конкретной задачи – например, хеширования по алгоритму SHA256, используемому в майнинге Биткоин. Удобство данных микросхем заключается в их энергоэффективности и возможности объединения вплоть до сотен чипов на одной плате, что удешевляет конструкцию и делает устройство более надежным. Напомню, что видеокарта имеет на плате максимум два ядра, при этом такие видеокарты более подходят для профессиональной графики, нежели для майнинга. Единственное преимущество FPGA в том, что они сделали видеокарты в пять раз менее энергоэффективными при схожей производительности, позволив создавать компактные и экономичные фермы, но вот ASIC-устройства достигли комбо-эффекта – снизилось потребление энергии и существенно выросла вычислительная мощность. Давайте взглянем на цифры: мощный процессор тех времен Intel core i7 990х мог выдавать хешрейт до 30 Mh/s (мегахеш в секунду) при потреблении 200 Ватт, наиболее производительная видеокарта от AMD ATI Radeon HD5970 (с двумя графическими ядрами) выдавала уже 600 Mh/s при потреблении 350 Ватт, появившиеся в 2011 году первые решения на базе FPGA выдавали 850 Mh/s при потреблении 80 Ватт, а вот самое первое устройство от компании с говорящим названием ASICminer, анонсированное летом 2012 года, имело производительность 10 000 Mh/s, или 10 Gh/s, при потреблении 100 Вт на одну плату Blade Block Erupter, причем платы можно было объединять, создавая дата-центры промышленного формата.

Для описания разницы между устройствами для майнинга в голову приходит сравнение со спортом. Например, один спортсмен занимается триатлоном: плаванием, велоспортом и бегом. Он занимается всем понемногу, поэтому не сравнится ни с бегуном, который занимается исключительно бегом, ни с профессиональным пловцом, ни с велосипедистом. Зато он может быть универсальным и участвовать во всех спортивных сферах, как видеокарта. Отдельный профессиональный бегун – это ASIC, он не умеет быстро плавать или часами кататься на велосипеде, вообще не думает ни о чем, кроме бега. Бегун наверняка пробежит свои коронные дистанции гораздо быстрее, чем триатлонец. При этом он пробежит в разы лучше, чем обычный человек – в нашем случае процессор. Среднестатистический человек, не увлекающийся спортом, проиграет любому из этих спортсменов на их поле. Ну а микросхемы FPGA – это профессиональный спортсмен, который несколько раз в карьере менял вид спорта. То был конькобежцем, то пошел в борьбу – и везде он выше среднего.

Проблема ASIC, как и профессионального бегуна, что в определенном возрасте он достигнет пика и не сможет перестроиться на другой вид спорта. Он больше ни для чего не предназначен. Перепрограммировать ASIC на другие задачи невозможно. Все остальные устройства могут в любой момент времени быть применены в не связанных с майнингом вычислениях. В меньшей мере FPGA, представляющая все-таки профессиональное и узкоспециализированное оборудование, и в гораздо большей мере видеокарты и процессоры, обладающие самой высокой остаточной ликвидностью, не теряющие своих качеств годами (если говорить именно про «топовые» модели).

Для более детального понимания ASIC необходимо также понимать, что конкуренция на рынке продаж ASIC-оборудования спровоцировала технологическую гонку вооружения – борьбу за уменьшение размера кристалла, используемого при создании конкретного чипа. Начав с размера 130 нанометров, технология дошла до 10 нанометров и стремится уже к 7 нм техпроцессу. Первые значимые скачки с 65 нм на 28 нм, а затем на 16 нм техпроцесса позволили повысить производительность и снизить энергопотребление чипов в разы. Сегодня же, например, переход с 16 нм на 14 нм дает лишь 30 %-ный прирост производительности при 10 %-ном снижении энергопотребления. И даже существующие 10 нм чипы не дают такой заметной разницы с лучшими образцами 16 нм чипов. Так же, как и в производстве процессоров для ПК и графических чипов, уменьшение размера кристалла имеет некий предел. Стоимость внедрения нового техпроцесса может составлять от нескольких сотен тысяч до миллионов долларов США. Если ранее новые устройства выбивали с рынка старые модели, делая инвестиции в асики очень рискованными, то в ближайшее время могут появиться устройства на 5 нм или 7 нм чипах, чьи срок жизни и эксплуатация будут ожидаемо дольше, чем у их предшественников. На это указывает то, что пресловутый закон Мура (об удвоении числа транзисторов на кристалле чипа каждые 2 года), действовавший до сих пор, многими теперь ставится под сомнение. Технологии достигли таких высот, что требуют чего-то кардинально нового – например, внедрения квантовых технологий в вычислениях.

Что касается меня, то я, конечно, имею опыт эксплуатации АСИК-устройств. Их основной недостаток – сильный шум, исключающий установку в домашних условиях без специальных шумоподавляющих камер или искусственного занижения производительности чипов, что уменьшает нагрев и тем самым позволяет снизить скорость вращения вентиляторов. Мне довелось экспериментировать с первыми асиками для алгоритма x11, считавшегося неприступным бастионом для ASIC и тихой гаванью для GPU-майнеров. Однако уже упомянутая гонка вооружений заставила меня через полгода распродать устройства за ⅓ цены (это позволяло окупить его в ближайшие три месяца при профессиональном подходе). Причем на тот момент оно окупилось лишь на 50 %. Почему же так? Я знал, что появится устройство в два или более раза эффективнее, чем текущее. И я добывал монету Dash, от которой я ожидал иксов (икс от англ. X – умножение, чаще употребляется кратное x2, x3 и т. д.). С продажей я не ошибся, а вот с производительностью нового оборудования прогадал. Новая модель была производительнее в 30 раз, чем первый батч (от англ. batch – партия продукции), а через месяц после ее анонса конкуренты уже предлагали предзаказ образцов еще в 2 или 3 раза мощнее! Из этой ситуации можно сделать несколько выводов, и, возможно, я кого-то уберегу от опрометчивых шагов. Во-первых, важно быть покупателем самых первых партий оборудования от производителя (по цене завода-изготовителя) и следить за новыми партиями, чтобы вовремя продать старые. Во-вторых, необходимо правильно эксплуатировать устройство с мощным блоком питания, в подходящих условиях температуры и влажности. В-третьих, правильно выбрать монету или монеты для добычи и, в-четвертых, не бояться потерять все вложения. Именно так произошло с покупателями биткоин-асика Antminer s9, приобретавшими его у спекулянтов по 300–350 тыс. рублей в начале 2018 года и майнившими дешевеющий биткоин. Уже через полгода цена устройства упала в 10 раз, а цена биткоина снизилась в 3 раза. В условиях дорогого тарифа на электроснабжение, в ожидании прихода новых поколений асиков такая инвестиция, к великому сожалению, не окупится никогда. Хоть это и печатный станок для денег, печатает он слишком мелкие монеты и по высокой себестоимости.

Совсем недавно майнинговый мир всколыхнула новость о выходе нового поколения FPGA-процессоров от компании Xilinx, которые могут потеснить асики и видеокарты, особенно в некоторых нестандартных алгоритмах хеширования. Расчетные цифры поражают, впрочем, как и цена устройств. По слухам, весь первый батч был раскуплен за считаные часы. Реальных видео- или фотоотчетов на момент написания этой главы я не видел, но, думаю, они скоро появятся и покажут, на что способны.