FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) – это оборудование для майнинга криптовалюты, которое очень похоже на ASIC за исключением одной ключевой особенности.
- ASIC – это чип, который жёстко запрограммирован для выполнения одного типа вычислений (например, для майнинга Equihash).
- FPGA – это чип, который по желанию можно перепрограммировать для выполнения любых операций.
В области майнинга вы можете перенастроить FPGA с майнинга Cryptonight на майнинг Lyra2z за считанные секунды. С процессорами и видеокартами это тоже можно сделать, но по определённым причинам FPGA работает намного быстрее.
Известно, что определённые платы FPGA работают в 100 раз лучше, чем графические процессоры с таким же энергопотреблением. В зависимости от алгоритма FPGA может немного отставать или вообще не отставать от ASIC’ов.
Навигация по материалу:
Принцип работы FPGA-чипов
Для майнинга на FPGA пишется битстрим – прошивка чипа, в которой указано как FPGA должен решать задачу, необходимую для майнинга той или иной монеты. Программируются битстримы на языках Verilog или VHDL.
Микросхема FPGA представляет собой полупроводники. Используется в тех случаях, когда устройство предназначено для выполнения логических операций, типа and, or, nand и другие.
То есть, это микросхема с повторяющимися логическими блоками, соединенными в цепь. Их можно сконфигурировать по собственному усмотрению с учетом задач.
Оборудование на базе FPGA изначально предназначено для воздушного охлаждения. При нем рабочая температура чипа достигает 100 градусов. При эксплуатации чипов в таких условиях один из ведущих производителей – компания Xilinx – дает гарантию три месяца. Но при иммерсионном охлаждении температура чипа не превышает 80 градусов.
Благодаря этому, вся плата и все чипы, которые на ней находятся, работают в идеальных для них условиях. Это значительно увеличивает срок эксплуатации чипов и автоматически увеличивает скорость хеширования.
Плюсы FPGA:
- одна карта FPGA по производительности равна 20-40 видеокартам, при потреблении, как у 1-2 видеокарты;
- FPGA гибко переходит с одного алгоритма на другой, поэтому никакие программные форки не могут остановить работу майнинг-фермы;
- требуется в разы меньшие затраты на инфраструктуру (электрика, охлаждение и пр.)
Минусы FPGA:
- FPGA недоступны для массового майнинга, так как карт производится пока меньше, чем число желающих их приобрести;
- программирование карт – это трудоемкий процесс создания битстрима с нуля на непопулярных языках Verilog или VHDL, что обусловило высокую стоимость разработки;
- FPGA гораздо дороже по сравнению с GPU и ASIC, поэтому подходит скорее крупным майнинг-игрокам, нежели домашним фермерам.
Эволюция оборудования для майнинга — от CPU, GPU, FPGA, ASIC
История биткоин-майнинга начиналась с использования CPU (процессоров) в 2009 году. Летом 2010 года курс первой криптовалюты вырос до $0,08, тогда майнинг стал приносить доход, который спровоцировал рост конкуренции среди майнеров.
Это привело к переходу майнинга на промышленные рельсы — использованию GPU (видеокарт). Видеокарты имели в десятки раз большую скорость хеширования при меньшей стоимости. Явным преимуществом добычи монет как на CPU, так и на GPU была возможность переключаться с одной на другую – в зависимости от ситуации на рынке.
В 2011 году некоторые энтузиасты начали поиск менее энергозатратных девайсов для майнинга, и нашли FPGA. Фермы с FPGA-картами были в разы производительнее и энергоэффективнее, но дорогими и сложными в программировании. В 2013 году появились первые ASIC – заточенные под добычу одной монеты, мощные и простые в использовании.
Экономика майнинга менялась. К основным факторам изменений можно отнести медвежий рынок криптовалют и постоянно растущую сложность майнинга. Потому мощность хеширования и простота использования появившихся ASIC определили их популярность.
Рост числа ASIC привел к другой проблеме – централизации или, так называемому, риску «атаки 51%» многих крупных монет, который заставляет разработчиков менять алгоритмы хеширования.
Большой недостаток ASIC для майнеров в том, что в случае изменения алгоритма хеширования майнинг на них станет невозможен, так как расчетный алгоритм зашивается в «камень» и поменять его нельзя. Остается только купить ASIC и надеяться, что вложенные средства окупятся до того, как изменится алгоритм добычи монеты или сложность майнинга этой монеты не вырастет до небес.
GPU-майнинг по-прежнему является рабочим вариантом, но высокое энергопотребление видеокарт делает майнинг бессмысленным занятием во многих регионах, где стоимость 1 кВт/ч электроэнергии выше 7-12 центов при нынешней рыночной ситуации. Разумеется, производители оборудования для майнинга задумались о том, есть ли альтернатива ASIC и GPU? Решение нашли – вернулись к FPGA-чипам.
Сравнение FPGA майнеров с ASIC и GPU
FPGA (англ. Field Programmable Gate Array) или программируемая пользователем вентильная матрица – одна из разновидностей ПЛИС (программируемых логических интегральных систем) – интегральная микросхема, которую можно реконфигурировать под любые сложные вычислительные задачи.
Первые FPGA для коммерческого использования были разработаны в 1985 году, их применяли в научных расчетах, военной электронике, телекоммуникации, обработке видеопотоков, медицине, промышленности и т.д. В этих сферах FPGA используются и по сей день. В области добычи криптовалют FPGA можно настроить на майнинг разных монет в течение секунды.
В отличие от CPU и GPU, FPGA-карту можно перепрограммировать под решаемую на ней задачу. Одна из самых важных особенностей FPGA для майнинга – пониженное энергопотребление в расчете на единицу вычислительной мощности.
Если FPGA такие универсальные, то почему они до сих пор не вытеснили ASIC с рынка? Широкое применение это оборудование не получило по нескольким причинам.
Причина первая: FPGA нелегко настроить из-за гибкости и архитектуры карты. Их можно запрограммировать на что угодно, но для этого необходимо знание непопулярных низкоуровневых языков – Verilog или VHDL. И если видеокарту можно настроить с помощью BIOS и майнера, то плата FPGA должна быть запрограммирована с нуля, а для этого требуется время.
Из этой причины проистекает и вторая – появление на рынке асиков. ASIC не нужно настраивать, он прост в использовании, и это то, в чем нуждается большинство майнеров. Для прототипирования ASIC используются FPGA, но их программирование — задача производителя, а не майнера.
Однако с ростом числа ASIC в крупных майнинг-пулах появилась, так называемая, угроза «атаки 51%» для различных монет. Тогда создатели этих монет стали менять алгоритмы в борьбе за децентрализацию блокчейна, о чем уже упоминалось выше.
Теперь FPGA становятся все более интересными для среднего майнера, из-за рисков, связанных с использованием ASIC. Потому ASIC Antminer S9, которые на пике популярности стоили на вторичном рынке $5000 долларов, сейчас можно приобрести за $200 с блоком питания.
FPGA vs ASIC
Первое, что можно отметить, — это то, что разработать FPGA намного проще. В отличие от ПЛИС, дизайн ASIC начинается с совершенно пустой таблицы. Не значит, что каждый настроит микросхему для майнинга дома. Но при наличии базы и прочтении опыта других (об этом ниже), задача теоретически выполнима.
На FPGA вы начинаете с большого массива логических блоков, PLL, встроенных ОЗУ, буферов ввода-вывода, (де) сериализаторов, сетей распределения электроэнергии и т. д., разработка ASIC самостоятельно начинается еще с более низкого уровня. Это означает, что компоненты должны быть приобретены либо изготовлены как часть библиотеки, либо индивидуально разработаны для ASIC.
Следующей большой разницей является цикл разработки. Простые ПЛИС могут быть построены в течение дня или пары недель для умеренно сложного проекта. Это именно цикл: разработка -> выпуск -> тест -> фикс -> разработка…
Один цикл производства ASIC может занять несколько недель (месяцев), после чего вам необходимо интегрировать и протестировать его. После тестов баги не фиксятся, это слишком дорого.
Технология ASIC обеспечивает более высокую скорость и более низкое энергопотребление в сравнении с FPGA. Различия в скорости между двумя методами легко достигают 10 раз или более.
- Плюсы ПЛИС: можно поиграться самому, подходит для хобби, дешевле за одну единицу товара
- Плюсы АСИК: быстрее, ниже потребление, много предложений на рынке, работает «из коробки».
FPGA vs видеокарт (GPU)
Графические процессоры значительно более мощные, чем CPU’s, как по мощности, так и по хешированию/ватту, но из-за присущей FGPA параллельности может быть примерно в 15 раз эффективнее.
В целом, вывод по FPDA такой, что они потребляют меньше электроэнергии, могут быть перенастроены и спроектированы самостоятельно, если вы разбираетесь в микроэлектронике. Но у них:
- высокая теплоотдача,
- устройства не подходят для новичиков,
- чтобы настроить своими руками, нужно действительно искать материалы.
Несмотря на более высокую цену, АСИК будет выгоднее. Но для устойчивых к такой разработке монет, можно попробовать FPGA-майнер.
Где можно купить FPGA в 2019 году?
Основные производители FPGA — Xilinx и Altera (Intel) — находятся в США, от чего купить карту становится сложнее. Поскольку производителей этих карт единицы, то напрямую приобрести их розничному покупателю невозможно.
Крупные майнеры Европы и Азии также могут заказать карты через американскую компанию SQRL или кипрскую COMINO, но это также сопряжено с рядом трудностей, например, оформлением таможенных документов.
Еще одно решение — CrystalCore на базе FPGA Xilinx UltraScale Plus — предлагают инженеры белорусской компании AETTECH. Оборудование представляет собой ячейку с иммерсионной жидкостью, в которую погружены от трех до девяти чипов FPGA и прочие электронные компоненты, которые обслуживают работу этих чипов.
Средняя стоимость FPGA-чипов варьируется в пределах $3000-6000. Цена решения CrystalCore начинается от $19 200 с учетом всех комплектующих.
Заключение
FPGA способны обеспечить гибкость и вернуть майнинг обратно обычным людям, таким как мы с вами. FPGA-чипы позволят в любой момент выполнять майнинг практически любого алгоритма.
В отличие от ASIC’ов, которые требуют, чтобы вы инвестировали несколько тысяч долларов в майнинг по единственному алгоритму, FPGA могут стать универсальным комплексным решением для майнинга (каким в прошлом являлись GPU).
Всегда проводите собственные исследования и инвестируйте только на свой страх и риск. Мы приложили максимум усилий, чтобы рассказать обо всём, что нам известно по этой теме. Возможно, мы слишком упростили некоторые аспекты, однако надеемся, что эта статья стала хорошей презентацией майнинга с помощью FPGA.
Хотелось бы узнать ваши мысли, которыми вы можете поделиться в блоке комментариев, расположенном ниже.