比特幣:深度：一篇報告讀懂世界比特幣礦業

挖礦是比特幣網絡的基礎組成部分，而BTC則是資產。盡管有很高的重要性，但礦業已成為更廣泛的比特幣生態系統中透明度最低，了解最少的部分。BitOoda的這份報告旨在提高與比特幣礦工組成有關的透明度，這最終有助于了解系統的狀態和健康狀況。在富達應用技術中心，我們期待著繼續對比特幣挖礦領域的研究，并幫助推動生態系統的發展。我們感謝BitOoda團隊所做的工作，我們希望這些工作能增進大家對比特幣生態系統這一復雜而引人入勝的部分的理解。——富達應用技術中心JuriBulovic

報告要點：

全球9.6GW挖礦算力中的50%可能位于中國；美國占大約14%；算力利用率大約為67%。

中位比特幣算力成本為3美分/kwh，1BTC的挖礦成本大約5000美元。

在一個升級周期內，算力可能在12個月內達到260EH/s，在24個月內達到360EH/s，但需要63億美元資本支出；資金缺口為41億美元。

算力每增加10EH/s，比特幣價格需要上漲1000美元才能維持MWh的收入中值。

廉價電力、比特幣價格和半導體配貨都是影響因素

比特幣挖礦是一個秘密行業，很少有公開信息。我們發現，即使是老練的加密貨幣投資者，在對挖礦和該領域潛在投資機會的理解上也存在差距。盡管Coinmetrics，Coinshares和劍橋替代金融中心進行了出色的研究，但仍存在未解決的問題。本文的研究已由富達應用技術中心委托進行，以在現有研究基礎上增加研究內容，并嘗試解決新問題。

一、比特幣算力分析：有多少，來自哪里，成本如何

在第一部分中，我們嘗試測量，定位礦工的算力以及為其定價，并估計礦工的盈利能力。通過與礦工，礦機制造商和經銷商的60多次對話，以及45多個公共數據源，我們努力提供盡可能完整的分析圖表，顯示有多少比特幣挖礦算力，其位置以及礦工挖礦成本。

然后，我們進一步探討以下問題：未來的挖礦能力如何隨可用電力，采礦設備的效率以及比特幣價格，資本/資金可用性以及半導體技術和產能可能受到的限制而變化。

我們估計，比特幣采礦業可以使用的電力至少9.6GW。

9.6GW的估算使用了以下邏輯：5月10日，就在比特幣第三次區塊獎勵減半之前，網絡算力達到136,098PH/s峰值，并在5月17日降至81,659PH/s谷底。我們承認，這些極端情況的一部分可能歸功于運氣——例如幸運的連續爆塊或快速找到區塊——可能人為地增加了估計的算力，而較慢的出塊速度可能部分歸因于運氣不好。但是，我們從模型中排除了運氣成分，并簡化了假設，以得出比特幣網絡消耗多少電量的近似值。我們假設5月17日算力谷底的所有算力均來自更有利可圖的新一代采礦設備，即“S17類別”礦機，其中包括比特大陸的AntminerS17，T17，WhatsminerM20以及來自嘉楠耘智，Innosilicon的設備，億邦國際和其他生產商。我們還假設在5月10日至5月17日之間關閉的所有設備都是較老的一代，如利潤較低的S9類別的礦機。

河北將加快推動區塊鏈等與制造業供應鏈深度融合:近日，河北省郵政管理局與省工信廳聯合印發《關于促進快遞業與制造業深度融合發展的實施意見》。意見提出，加快推動5G、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈和物聯網與制造業供應鏈的深度融合，提升基礎設施、裝備和作業系統的信息化、自動化和智能化水平。（河北新聞網）[2020/7/31]

請注意，我們使用“S17類別”，“S9類別”和“S19類別”作為通用術語，以包括Bitmain設備以及具有類似規格的競爭設備。因為Bitmain的“S9級別”有很長的市場主導歷史，因此我們僅使用Bitmain型號來定義類別。在所有相關計算中，我們還假定PUE為1.12，這意味著用于直接開采比特幣的每1MW都將使用120kw來運行其他所有設備，包括冷卻系統，照明設備，服務器，交換機等。

圖：BitOoda將礦機分類為關鍵礦機類別

來源：BitOoda，Bitmain，Canaan，MicroBT，Halong，GMO，AsicMinerValue.com

下圖顯示，如果5月17日運行的所有算力來自較新的S17類設備，則它們將消耗3.9GW的能源。此外，如果在5月10日至5月17日期間關閉的算力54EH/s來自較老的S9類礦機，則占到另外的5.7GW的電量。我們做出這些簡化的假設，以幫助對行業有一個廣泛的了解，知道可能的現實是，大多數但并非全部關閉的算力都是較舊的S9類別鉆機，而剩下的算力的一小部分可能是非常低成本的電力市場中的S9類礦機。挖礦設備在比特幣減半后的獲利能力下降是算力下降的關鍵驅動力，加上與將礦機從中國北方轉移到中國南部以利用較低的電力成本相關的一些時間安排）。基于這些假設，我們估計比特幣挖礦社區至少可以使用9.6GW的電力。

圖：最近高峰和低谷的比特幣算力和能耗

資料來源：BitOoda，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

我們估計BTC礦業利用了9.6GW中的67％，并以每年約10％的速度增長，為280萬臺專用比特幣采礦設備供電。當前大多數設備為S17類礦機，但未來的增長將主要來自下一代S19類采礦設備。從5月17日的谷底重新上漲的某些算力可能來自S9類礦機，這些礦機要么在電力成本極低的司法管轄區內運行，要么是來自此前被延遲轉移的中國北方較高成本地區的礦機，它們現在中國每年的豐水期利用四川和云南的低成本電力。

此外，盡管供應鏈出現了延遲，但下一代AntminerS19和WhatsminerM30的限量出貨已經開始，加上一些S17類礦機的出貨量，推動了算力的恢復。

圖：比特幣算力，能耗和礦機安裝數量—截至2020年7月1日的數據

資料來源：BitOoda，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

聲音 | 湖南省委常委胡衡華：大力推動區塊鏈、超級計算等新技術與交通行業深度融合:12月6日消息，湖南省委常委胡衡華在調研交通運輸工作時強調，大力推動大數據、互聯網、人工智能、區塊鏈、超級計算等新技術與交通行業深度融合，構建跨層級、跨系統、跨部門、跨業務的城市綜合交通大數據集成共享平臺，加快智慧道路建設，讓交通變得更加“聰明”（長沙晚報）[2019/12/6]

估計中國的采礦能力約占50％，而美國則占另外14％

我們使用了各種公共資源，以及與礦工，礦機制造商和經銷商的保密對話，以評估比特幣挖礦算力位于何處以及礦工為電力支付了多少費用。我們能夠在153個礦場中找到約4.1GW的電力，包括67個礦場或約3GW的電力容量，并根據匿名條件提供了電價數據。

圖：調查的挖礦能力的地理分布與估計的9.6GW電力

資料來源：BitOoda估計，礦工，ASIC制造商/經銷商，公共資源

我們的對話使我們相信，在美國，加拿大和冰島，我們計算到了大多數產能，但在中國和“世界其他地區”類別中卻只占很小的比例。在與礦工的討論中，我們不僅詢問他們自己的算力，還詢問他們在市場上知道多少其他礦工，以及他們認為該地區有多少總算力。我們知道這些是近似值，但是我們仍然發現這是一種有用的方法，可用于估算挖礦能力的總體地理分布。

圖：勘測到的算力與估計的9.6GW總能力的地理分布

資料來源：BitOoda估計，礦工，ASIC制造商/經銷商，公共資源

在我們的評估中，50％的比特幣采礦電力支付3美分/kWh或更低，在過去幾年中持續下降。證據表明，該數字在2018年接近6美分/kWh。隨著每PH/s算力的收入隨著網絡算力的增加而下降，具有高電費成本的礦工要么轉向低電費地區，要么關機。

圖：電力成本曲線：映射電力成本與網絡電力份額的關系

資料來源：BitOoda估計，礦工，ASIC制造商/經銷商，公共資源

我們的成本曲線估計轉化為開采1個比特幣的現金成本中位數約為5000美元，置信區間上限約為6000美元。此估算為現金運營費用，不包括采礦硬件折舊或其他費用。

該曲線還顯示，一小部分比特幣是以高于當前比特幣現貨價格的現金成本開采的。我們認為，其中一些非經濟開采是由購電承諾以及潛在的激勵措施支配的，這些激勵措施是在需求高峰期關閉產能并在交易選擇有限或昂貴的司法管轄區獲得比特幣。

圖：基于不同電力成本下的網絡算力，開采1個BTC的成本—截至2020年7月1日的數據

資料來源：BitOoda估計，礦工，ASIC制造商/經銷商，公共資源

我們注意到，S9類礦機需要低于2美分/kWh才能在當前網絡算力下達到收支平衡，并且隨著算力的持續增長，可能還需要更低的電價才能保持生存。我們的成本模型假設一個人要運行約5MW的電力。由于S9類設備的能源效率不如新型礦機，并且每PH/s的算力需要更多的設備，因此與新設備相比，它們消耗的能源更多，并且對于相同的算力，它們需要更多的人工和間接成本。S19類礦機需要30kW功率和9臺以上的設備才能生成1PH/s的算力。如果使用S9類礦機進行開采，將需要大約70臺設備并超過100kW，并且相應地，要生成相同的1PH/s的算力，維護和運營的人工成本和電力開銷也將相應增加。

聲音 | 杭州市委書記：加快推動區塊鏈等核心技術在金融領域的深度應用:今天上午，第三屆錢塘江論壇主論壇在杭州國際博覽中心舉行。杭州市委書記周江勇表示，面向未來，我們將以打造國際金融科技中心為引領，加速推動錢塘江金融港灣成為創新、活力、聯動、包容的“金色港灣”。要堅持科技賦能、數字驅動，加快推動區塊鏈等核心技術在金融領域的深度應用，通過技術滲透、擴散和轉移不斷催生新業態、新模式、新場景。（科創板日報）[2019/11/2]

圖：在當前哈希率下，不同電價的不同礦機的每日收入和現金運營成本

注意：我們假設PUE為1.12，以估計積極用于開采比特幣的電力份額

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

根據我們的礦工交談，人工成本是基于運行規模化礦場所需的維護和運營人員

總結：我們估計，用于開采比特幣的可用電力容量約為9.6GW，當前利用率在60％的中間范圍。這種電力的中位電價約為3美分/kWh，開采1個BTC的現金中位數為5000美元。我們估計中國約占全球產能的50％，而美國緊隨其后，約占14％。在第二部分中詳細介紹了豐水期間中國很大一部分電力容量的遷移，以利用較低的電價。

二、關于算力增長與中國汛期之間關系的一些令人驚訝的結論

我們發現，中國貢獻了比特幣采礦能耗和網絡算力的50％。在這里，我們將更深入地研究中國比特幣社區以及中國水電旺季對比特幣價格和算力網絡的影響。

那么什么是水電季節？從五月到十月，中國西南省份四川和云南面臨大量降雨。這導致這些省的水壩大量涌入，導致這段時期水力發電量激增。由于生產能力超過需求，這些電力被廉價出售給比特幣礦工。溢流的水壩釋放了多余的水，因此出售廉價電力對于公用事業和礦工而言都是雙贏的。這種更便宜的電價吸引了從附近省份的礦工遷移過來，以利用低廉的電力價格。在干燥的月份中，華北地區的礦工支付的電費約為2.5–3美分/kWh，而在五月至十月的雨季中，四川和云南的礦工支付的電費低于1美分/kWh。

我們反對傳統觀點，傳統觀點認為，低電價會在豐水季節推動算力的增長。我們認為，豐水期使成本曲線在一年中的6個月內下降，導致礦工積累資本以支持算力增長而降低了比特幣的拋售以支付運營費用。

如下表所示，豐水期和枯水期的平均價格漲幅之間存在有意義的差異，而在這兩個時期中，算力的增長率大致相同。我們認識到前兩個時期可能是異常值，并且每個時期都顯示出增長，并且平均值基于隨后的11個交替的6個月時期的小樣本量。

圖：豐水期和枯水期的算力和BTC價格

注：自2014年以來；平均值不包括2013年11月至2014年10月；截至2020年7月1日的數據

動態 | 云南大理州與云南移動合作 推動區塊鏈和實體經濟、城市管理等深度融合:據中國新聞網消息，2月15日，云南省大理州人民政府與云南移動簽署戰略協議，全面打造提升“智慧白州”。“智慧白州”建設將推動5G、物聯網、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈和全域旅游、實體經濟、城市管理等深度融合。[2019/2/16]

資料來源：BitOoda，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

隨著供應鏈逐漸交付所購買的挖礦設備，BTC價格上漲與算力增長之間的相關性，更廣泛地反映了資本積累，隨后的設備購買，交付和部署的動態變化，這關系到4-6個月后的算力增長。

中國的豐水期可能會導致成本曲線降低，從而有助于資本積累并有助于促進未來算力的增長。資本積累的增加將減少該行業對支持算力未來增長的外部資金的需求。

圖：價格變化與算力變化之間的相關性

注意：過去12個月，數據截至2020年7月1日

資料來源：BitOoda，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

我們查看過去15到360天內價格變化與去年同期算力變化的相關性。我們注意到，算力跟隨價格，滯后4-6個月，并且具有很高的相關性。當供應鏈交付所購買的設備時，這建立了資本積累的動態，隨后是設備的購買，交付和部署。

可用和未充分利用的發電能力，該行業內部發電的資本積累，外部資金以及每PH/s收入的減少，都對算力的未來增長產生了影響。我們將在第三節中探討算力的未來。

三、比特幣算力增長率預測：多少，何時，為什么以及哪些因素會減緩增長

我們將更深入地研究算力可以增長多少，支持這種增長的因素是什么，以及可能減輕這種預期增長的資金和資金限制。

根據我們的評估，在可用電力容量從9.6GW適度增加到10.6GW的適度增加以及礦機升級換代周期將用較新的S17和下一代S19類礦機代替舊的S9類礦機的情況下，比特幣網絡在未來12-14個月內的算力可以超過260EH/s。電力容量的增長是基于采礦地點的可用電力，計劃的基礎設施支出以及以下觀點的：由于收入壓力，某些成本較高的采礦地點可能需要關閉運營。

圖：比特幣算力和能耗

注意：我們假設PUE為1.12，以估計積極用于開采比特幣的電力份額

截至2020年7月1日的數據

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

到2022年中期完成對S19類礦機的升級周期可能會使網絡算力達到?360EH/s。我們估計，直到2022年中后期，才可能進行下一次根本性的設備升級，盡管在此期間有望提高功率效率。我們注意到，如果比特幣價格保持不變或下跌，則每PH/s的美元收入將繼續下降至邊際成本點，進一步的投資和算力的增長可能會顯著放緩——因此我們的算力預測可能會面臨延遲，或者永遠無法實現。

上海市經信委信息化推進處處長：上海將促進區塊鏈等技術的深度應用:第一財經訊，近日，上海市經信委信息化推進處處長裘薇接受采訪時表示，上海即將發布《上海市工業互聯網產業創新工程實施方案》。《實施方案》提出，在促進產業生態培育方面，上海擬加強產業創新，促進邊緣計算、大數據、人工智能、區塊鏈等新技術在工業互聯網的深度應用；推進工業傳感器、5G物聯網通信模塊、智能硬件等技術研發與應用；培育形成一批基于工業互聯網的工業智能軟件和服務的整體解決方案。[2018/5/17]

與三星和英特爾相比，我們觀察了臺積電的進展情況——盡管英特爾沒有生產ASIC，但現有數據表明不同半導體供應商的工藝技術之間存在巨大差異。我們注意到，ASIC技術的下一個重大進展將是5nm技術的發展。在這個節點上，臺積電領先于三星。但是，盡管臺積電在7nm和5nm節點上都看到了批量訂單，但它們的工藝幾何形狀看起來與英特爾的10nm節點相似。我們認為三星還具有更嚴格的工藝幾何特征；因此，三星緊隨臺積電。ASIC主要是邏輯芯片，因此與Intel進行比較是有意義的。隨著半導體行業的發展，我們注意到特征幾何結構之間的差異越來越大，因此，即使在相同的標稱工藝節點下，不同芯片制造商之間的芯片密度，特征尺寸以及最終的功耗和熱性能之間也存在重要差異。

圖：英特爾和臺積電工藝幾何的比較

資料來源：https://www.eetimes.com/intels-10nm-node-past-present-and-future/

三星最近宣布，將在3nm工藝節點上進行商業生產的計劃可能會推遲到2022年，而5nm可能會成為2021年生產的主體。我們認為3nm產能的缺乏和可能的初期低產量將導致5nm工藝成為2022年之前ASIC開發和生產的主要手段。基于這些原因，我們認為，S19類礦機將在未來24個月中占據大部分出貨量，盡管漸進式的設計改進可以帶來效率的提高，這可以反映在新的模型系列中。

圖：一旦利用電力容量并且升級周期完成，算力的增長就會減慢

注意：我們假設PUE為1.12，以估計積極用于開采比特幣的電力份額，截至2020年7月1日的數據

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

如上圖所示，即使對網絡電力容量增長的相對適度假設和S19類礦機的廣泛部署，也可以使我們達到網絡算力360EH/s。更高的能源效率可能會給這些預測帶來好處，但一個關鍵問題是每PH/s或每MWh所賺取的比特幣數量減少——每天的總比特幣流量大致保持恒定，僅隨新增區塊和交易手續費波動。因此，如果網絡算力增加，則礦工在總算力中所占的份額下降，從而導致比特幣流量下降。如果比特幣的價格沒有跟上算力的增長，那么盈利能力將下降，算力的新平衡可能會顯著低于我們的預期。

下圖顯示了每種設備類別每MWh賺取的比特幣：與S9類設備相比，S19可以每MWh賺取幾乎三倍的BTC。

圖：每兆瓦時產生的算力所賺取的比特幣

截至2020年7月4日的數據；能耗數字包括1.12的PUE

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

下圖顯示了每PH/s的BTC如何隨著網絡哈希率和時間而變化，并計入減半和減半區塊獎勵。在這里，人們也可以看到以BTC計的收入下降。從與設備無關的基礎上每PH/s進行查看，很明顯，隨著時間的推移，價格是算力持續增長的關鍵因素。

圖：隨著時間的推移，每PH/s所賺取的每日比特幣數量以及網絡算力。

截至2020年7月1日的數據；自2018年1月1日以來的歷史數據

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

開采的BTC的美元價值將隨著時間推移而下降，從而導致盈利能力下降，除非比特幣的價格上漲足以抵消這一損失。如下圖所示，每天每PH/s賺取的收入取決于網絡算力和比特幣價格。在當前目標網絡算力?124EH/s和當前BTC價格9220美元的情況下，每PH/s的每日收入約為70美元。如果網絡算力增加到260EH/s，如我們期望的那樣，在2021年夏天，比特幣的價格需要達到$19,500，才能使每PH/s的每日收入保持不變，為$70。以10,000美元的BTC價格計算，每PH/s的收入僅為36美元。下面的中間圖表顯示，以4美分/kWh的電力成本在高效S19類礦機上每天運行1PH/s的成本約為37美元，但是以4美分/kWh的電力運行S9級鉆機則需要133美元。S9鉆機需要在0.5美分/kWh以下運行才能以10,000美元的BTC價格收支平衡。

圖：在不同的未來價格和不同的未來價格下，每個礦機類別的每日收入和現金運營成本。

注意：我們假設PUE為1.12，估計用于開采比特幣的電力份額

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

實現潛在算力所需的大量資本支出是一個限制因素——特別是，如果BTC價格沒有上漲以跟上算力的步伐，它將至少抑制該行業的內部現金流，進一步增加對外部資本的依賴。此外，由于擬議項目面臨不確定性和投資回報預期下降，這可能會導致成本較高的礦工退出運營并限制外部資本流動，從而對我們的算力預測構成不利影響。

如果價格保持不變怎么辦？算力在什么時候不再增長？如果電價為1美分/kWh，則S9類礦機可以保持高達180EH/s的網絡算力運行。在3美分/kWh的速度下，S19類設備可以維持高達295EH/s的運行速度。超過這一點，S19類礦機將需要更高的BTC價格或更低的電價來保持運行。但是，這些設備將無法在遠低于295EH/s的算力上收回其資本成本。顯然，價格升值已納入每個礦工的資本預算。

圖：每PH/s的每日收入和現金運營成本與網絡算力的關系

注意：我們假設PUE為1.12，估計積極用于開采比特幣的電力份額

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

算力在未來12個月內達到260EH/s所需的資本支出總額為45億美元，要在2022年中達到360EH/s需要額外20億美元。

圖：比特幣算力和能耗

注意：我們假設PUE為1.12，估計積極用于開采比特幣的電力份額

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

如果比特幣價格在兩年內以每年40％以上的速度穩定升值至1.9萬美元左右，那么即使以5美分/kWh的電力成本，S19類礦機也將仍然可行，但整個行業的資本支出需求和網絡內部產生的現金流總資金缺口將達到約41億美元。。

圖：比特幣網絡的資本支出和內部現金流

截至2020年7月1日的數據；Y軸上的對數

資料來源：BitOoda估計，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics

我們已經擔心，我們的算力增長模型需要大量交付新礦機，并且已經收到有關我們的預測是否可行的疑問。每周大約需要運送60,000臺設備來增加采礦設備的安裝基礎，這樣才能跟我們的算力預測保持一致。相比之下，根據公司備案，Bitmain在2018年上半年每周可交付超過95,000臺S9礦機。盡管不確定S19礦機內部芯片/芯片尺寸的數量，但我們有信心半導體/組裝能力不會成為限制因素。

總之，我們認為比特幣網絡算力在12個月內可以達到260EH/s，在24個月內可以達到360EH/s。但是，根據我們的模型，這在某種程度上取決于比特幣的價格升值或預計將以每年25–35％的速度升值。我們不對比特幣的未來價格進行建模或預測，而僅反映潛在價格情景對算力增長，電力消耗以及采礦業資本投資和盈利能力的影響。此范圍的差異可能會延遲或加速算力的增長。比特幣的價格和彌補資金缺口的外部資金的可用性，是該行業將比特幣采礦能力提高到360EH/s的能力的潛在限制，但生產或組裝所需半導體芯片的能力卻沒有。

投資者在評估挖礦項目時需要考慮這些預測，并需要了解比特幣的價格。在BitOoda，我們堅決支持套期保值，并建議投資者采取積極的套期保值策略以降低運營風險——正如我們要說的那樣，礦工知道他們將在6、12和24個月內支出的費用，但他們不知道他們將獲得多少比特幣，或者比特幣將價值多少。對沖策略可幫助降低運營風險并穩定現金流。請通過與我們聯系，以獲取有關本文提供的方法，資源和更多詳細信息的完整報告，或討論我們可以與您合作的風險管理策略和交易機會。

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