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:區塊鏈存證說法錯誤的是

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：比特幣網絡可能因能源消耗成為被監管對象:金色財經報道，獨立研究員Kyle McDonald預測，比特幣網絡可能會被管制，導致比特幣價格崩潰。他認為，以太坊轉向所謂的“權益證明”之后，投資者和監管機構可能會意識到，目前的能源密集型方法，即“工作量證明”其實從來就沒有必要。McDonald提到“氣候危機”和比特幣對能源的大量使用。他說，因為“比特幣沒有像以太坊那樣的協調能力，無法離開工作量證明”，它可能是“第一個被監管的對象”。（CoinDesk）[2022/9/3 13:06:12]

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。

現場 | 觀點：區塊鏈技術需要深入場景才能形成產業:金色財經現場報道，10月15日，華山論劍2020網絡安全大會于西安召開，在大會的區塊鏈安全與應用創新分論壇圓桌討論環節，

基石基金管理合伙人秦少博分享表示，區塊鏈創新型的業務需要承擔比較大的沉默成本，在區塊鏈領域創業需要考量自身能力。區塊鏈技術需要深入場景才能形成產業，過去5年由幣引發的熱潮已經越發理智。把區塊鏈作為技術、生產力討論更合適。不宜與太大的市場概念結合。

中國移動研究院安全技術研究所所長何申分享表示，從通信行業看待區塊鏈，會從系統工程高度去看，當區塊鏈從節點成網形成共識，需要考慮節點的安全。此外，可信是一種保障預期方案，區塊鏈是一種方案，兩種方案的協同，是通信領域的重點。對于區塊鏈透明性帶來的隱私問題可以通過隱私技術解決，但可能在公鏈場景里比較難實現。[2020/10/15]

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。

觀點：包括閃電網絡在內的調整將擴大比特幣全球經濟份額:cypherpunk記者Janine Roemer表示，要想保證良好的隱私，Lightning網絡需要的不僅僅是洋蔥路由，Lightning是眾多調整之一，這些調整將擴大比特幣在全球經濟中占據越來越大份額的能力。她稱，我希望比特幣將成為在逆境中能夠生存的東西，并為使用它的人們提供足夠的私密性。（Coindesk）[2020/7/12]

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：

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。

觀點：數字貨幣將給貨幣管理帶來新機遇和挑戰:中國科技大學國際金融研究院全球經濟與國際金融研究中心研究員楊曉晨、中國社會科學院世界經濟與研究所研究員張明聯合發文《央行數字貨幣：結構分析與能力展望》。文章表示，央行數字貨幣當前定位于M0的數字化替代，但通過技術層面的梳理，不難發現其具有不同于紙幣的諸多獨特優勢。筆者認為，數字貨幣的確將給貨幣管理帶來新的機遇和挑戰，但市場應以客觀態度看待，尊重其技術局限，不以過多額外期許和負擔訴諸其上。同時，新技術的推廣期往往帶來新的騙術，需謹防假借央行數字貨幣名義實施的新型炒作和詐騙，為中國走向健康的貨幣數字化之路做好準備。（FT中文網）[2020/4/29]

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。

動態 | 觀點：區塊鏈外在牽引與數字文化產業內在發展需求推進區塊鏈在數字文化產業領域應用:據人民論壇網消息，同濟大學人文學院藝術與文化產業系教授解學芳發表分析文章《區塊鏈與數字文化產業變革的內外部向度》。文章中表示，區塊鏈看似是生產力，但其作為去中心化的自組織更具有新興生產關系的特點。區塊鏈技術的演進帶來系統與程序設計理念的變革，推動消費者、企業與資本之間分配關系與信任關系的重構，并以社區自治為核心組織關系顛覆現有商業組織模式。文章還提到，區塊鏈在文化類金融產品、數字文化貿易等方面也將具有重要應用價值，其有望在數字文化產品與服務的跨境支付、貿易結算、衍生品合約的買賣等點對點交易方面發揮作用。區塊鏈技術的外在牽引與數字文化產業的內在發展需求，正協同推進區塊鏈在數字文化產業領域大放光彩。[2020/1/28]

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

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