mumu 2018-08-17 16:06:42 矿机评测

ETH、ZEC专业矿机拆机评测&未来挖矿硬件的方向

曾几何时,以ETH为代表的采用Ethash算法的币种们和以Zcash为代表的采用Equihash算法的币种们宣传口号之一就是ANTI-ASIC,即具备一定抵抗ASIC芯片出现的能力。本质上,这两算法涉及到抗ASIC能力的原理是采用内存需求型算法,即在计算时需要一定ram存储的配合。在14年、15年时“采用内存需求型算法=抗ASIC”的逻辑之所以成立,和当时硬件制造成本息息相关。但随着时间推移,RAM价格的下降,使得带大量RAM的专用矿机制造成本也随之下降,于是就有了今天的局面——各类算法均被矿机芯片制造商所攻克,相应算法的专用矿机均已上市。


今天就通过比特大陆E3与Z9的硬件拆解来给大家做一下科普:这些算法的ASIC芯片和比特币,莱特币等老算法的ASIC芯片有何区别。



Ethash(ETH)算法专用矿机比特大陆E3拆解评测


背景知识:

Ethash算法需通过在内存中构建DAG文件,计算时需要频繁读取内存中的内容,来变相的获得抗ASIC属性。目前这个DAG文件已接近3G,也就是只有3G以上显存的显卡才能用来挖ETH。通常内存带宽越高,该算法的算力也就越高。


E3参数:

算力190MH,功耗760W,18颗算力芯片。效率是显卡矿机的1.5倍。


ETH将出现专业矿机的传言从今年3月就出现了,而比特大陆也在4月正式发布了E3矿机。直到最近,首批次E3矿机的到货,我们才可真正一窥这款矿机的内部结构。


打开机身外壳,我们可以看到三片主算力板紧凑的塞在矿机内。


E3打开外壳后结构


抽出一片算力板,可以看到每片主算力板上接有6片子算力板。每片子算力板中间的计算芯片上覆盖着散热片,周围是一圈内存芯片,外观与笔记本电脑用的独立显卡比较接近。


主算力板结构


取下子算力板,移除散热片后可看到ASIC芯片的真面目:BM1790运算芯片。边上的内存芯片为DDR3 128MB,共4*8=32颗,单芯片搭配内存容量4GB,整台矿机内存容量达到了72GB,芯片采用台湾晶豪科技(ESMT)的产品。虽然E3选用的内存是目前较为廉价的DDR3解决方案,但整机72GB的使用量使得他的制造成本并不低。


子算力板结构


看完了拆机图,大家也就对目前Ethash算法专业矿机的结构有了足够了解。由于在Ethash算法中算力与内存带宽成正比,并且单运算芯片需搭配4GB内存的门槛使得之前传闻中能以一敌百的以太坊超级矿机出现的可能性为零。但目前除了E3,市面上已有其他厂商的ETH专业矿机出现,性能参数更夸张。比如国内另一家厂商芯动推出的产品A10,在650W的功耗下达到了485MH的夸张算力。据推测,A10是采用了更为先进、带宽更大(DDR5)的内存芯片以达到提高算力的目的,但如此操作毫无疑问制造成本也会非常高昂。



Equihash(ZEC)算法专用矿机比特大陆Z9芯片级拆解评测


背景知识:

ZEC、ZenCash、ZCL等所采用的算法实为Equihash(200,9)。而BTG之前也与他们一样,但在5月被51%攻击后目前已改为Equihash(144,5)。


Equihash算法具有影响求解的参数,称为N和K参数。它们会影响不同的处理能力和内存的组合在求解时花费的时间以及解的大小。Zcash在发布前所选用的参数是N=200和K=9。Zcash发布后,密码学家确定144和5这两个值似乎能产生更小、也更抗 ASIC 的解。


在这种情况下,抗ASIC是指需要更大的内存,参数200,9的最小内存需求约为140MB,而参数144和5则需要近2.5GB的内存。将内存集成到ASIC矿机中是昂贵的,因此较高内存要求的哈希算法会更抗ASIC。我们可以将此版本的 Equihash 算法称为Equihash(144,5)以用作区分。


Z9参数:

算力40.8Ksol,功耗1150W。效率是显卡矿机的约40倍。


SRAM:

静态随机存储器,存储器的一种,常被设计在芯片内部。例如CPU的L1、L2、L3缓存。加大SRAM会显著的加大芯片面积,增加芯片制造成本。


在Z9的算力板上并未发现任何内存芯片,但在去除散热片后可看到Z9采用的BM1740芯片的核心面积特别大,猜测Z9的RAM集成进了芯片中。


Z9运算芯片


在破坏性的摘下芯片,并剥掉最表层结构后,可看到芯片内部的基本结构


把它放到显微镜下放大,看个清楚


可以看到,芯片内部集成了144MB的存储器,刚好可以满足Equihash(200,9)算法的要求。至于为何要将存储采用高成本的方式集成进芯片而非外接,猜测还是为增加算力考量,毕竟芯片内部缓存的读写速度是普通内存芯片的N倍。不过也正是因为如此,目前看来Equihash(144,5)算法所需求的2.5G内存确实还能起到抗ASIC的能力,毕竟同时要满足2.5G的大容量和超高的读写速度以保证算力领先,而且制造成本不能太高,这太难了。


通过上面2款机器的拆解评测,总结如下:


1、虽然两款矿机使用不同方案来添加内存以满足算法需要,但足以说明采用内存需求型的算法并不能完全阻止专业矿机的出现,只是能延缓专业芯片出现的时间。


2、针对内存需求型算法的专业芯片出现后与GPU对比,算力上会有领先,但相比当年比特币SHA256算法ASIC领先GPU算力成百上千倍来说,领先的幅度并不算太夸张。



FPGA重出江湖,挖矿设备竞争进入新时代?


在算力-制造成本-灵活性的平衡的需求下,曾经在2013年一度独领风骚的FPGA芯片又有重出江湖的趋势。


FPGA,即可编程门电路的缩写,它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢,实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。


FPGA在经过合适的硬件编程后可被用来挖矿,并且效率不低。但是难以大批量部署和硬件编程门槛高是他的缺点。


今年门罗因为专用矿机面世而强硬的选择改算法硬分叉后,矿机厂商也并不敢直接针对新算法继续研发新的芯片,因为新的芯片很可能再次受到社区抵制而面临无处可用的局面。FPGA就在这种情况下找到了他生存的空间。

推出低门槛,适合普通人使用,并且能提供新算法升级服务的FPGA矿机,也许会是下一个矿机厂商研发的方向。只要POW不死,算法研究者寻求一种新的兼容于每种硬件产品的新算法 VS 硬件研发者寻求一种效率特别高的挖矿硬件的博弈会一直存在。


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