ASI: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

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：股市將在未來兩到三個月調整，或導致比特幣價格大幅回調:根據Santiment數據分析師Vlad Antonov的說法，比特幣與股票之間的正相關關系日益增長，這可能最終導致市場崩潰。 Antonov解釋說，PayPal宣布提供比特幣服務是當前比特幣價格反彈至15,000美元以上的主要催化劑。但是，持續的價格上漲可以主要歸因于比特幣與股市的相關性。

他指出，每日活躍地址和價格之間的差距越來越大。Antonov稱這為熊市回調敲響了警鐘。他表示，盡管無法預測何時會發生，但這種高分化表明市場即將出現嚴重而迅速的回調。Vlad Antonov表示，市場對新冠疫苗試驗的積極反應以及喬·拜登的成功競選總統都在提振比特幣的價格。 他最后預測，股市將在未來兩到三個月內經歷一次調整，這將導致比特幣價格大幅下跌四分之一或更多。（Crypto globe）[2020/11/20 21:31:31]

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。

觀點：灰度等Q3購買BTC數量超過新開采量，價格或將上漲:BitGo聯合創始人Ben Davenport在推特表示，Q3季度開采了84000枚BTC，但是僅CashApp，Square和Microstrategy的購買量就是該數據的169%，此外灰度購買量是該數據的70%。鑒于價格缺少波動，感覺市場上感覺好像有一個大賣家，當其賣完時，價格將飆升。[2020/10/16]

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。

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：比特幣與標普500指數相關性處于歷史最高水平:數字資產管理公司Capriole Investments負責人Charles Edwards表示，“自6月10日以來，比特幣與標普500走勢重新關聯，相關性處于歷史最高水平。高度的恐懼和不確定性（例如VIX）=高度的相關性。”有觀點認為，越來越多的機構進入市場，為其投資組合交易系統添入加密貨幣，從而引發了數字貨幣與傳統市場之間日益緊密的聯系。（Bitcoinist）[2020/6/22]

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。

聲音 | 觀點：從以往的經驗來看定于5月份的分叉也可能會對比特幣的價格產生重要影響:截至北京時間周一09:48，比特幣(Bitfinex)報10158.8美元，過去24小時漲幅為2.20%，市值逼近1844億美元；年初迄今，比特幣已經累計上漲了41.2%。對于比特幣的上漲邏輯，Oanda高級市場分析師埃德·莫亞（EdMoya）表示：“市場認為公共衛生事件的影響可能僅限于第一季度，加上對于第二階段經貿談判的樂觀情緒，促使風險資產得以廣泛上漲。”GrayscaleInvestments董事總經理邁克爾·索南辛（MichaelSonnenshein）預計，從以往的經驗來看，定于5月份的分叉也可能會對比特幣的價格產生重要影響。FundstratGlobalAdvisors分析師羅布·斯萊默（RobSluymer）預計，二季度之前，比特幣將在10,000美元至11,000美元的區間內交投。其他市值居前的加密貨幣近期同樣走高，以太坊過去5日上漲20%，年初迄今漲近78%；瑞波幣年內漲49%，比特幣現金漲121%，萊特幣漲88%。[2020/2/10]

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。

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：

聲音 | 觀點：全球大規模黃金回流耗費巨大 凸顯比特幣優勢:過去幾年，主要經濟體進行了大規模的黃金回流工作。與此同時，安全轉移價值數十億美元的黃金所耗費的物力財力規模之大，更加凸顯了比特幣相對于黃金的優勢。自2014年以來，荷蘭、土耳其、德國和波蘭等國已經收回了對其黃金儲備的控制權。這種情況說明，人們對美元的不信任正在加劇。越來越多的國家正在努力擺脫這一法定貨幣。但轉移數十億黃金需要規劃和大量的物流工作，可能需要數年時間。相對而言，轉移同等價值的比特幣則要簡單得多。（BeInCrypto）[2020/1/20]

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。

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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