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什么是比特币挖矿、什么是比特币矿机

2013-10-27 00:49| 发布者: lvl| 查看: 20005| 评论: 25

摘要: 编者按:感谢比特币矿机业内专业人士大土豆撰写主要内容,同时也感谢彩云比特QQ群里的B神、小S,文章里的不少精彩内容就出自他们的聊天记录。后期综合编辑彩云比特lvl,欢迎大家到常来围观比特币矿机中文资讯中心网站 ...
编者按:感谢比特币矿机业内专业人士大土豆撰写主要内容,同时也感谢彩云比特QQ群里的B神、小S,文章里的不少精彩内容就出自他们的聊天记录。后期综合编辑lvl,欢迎大家常来围观比特币矿机中文资讯中心网站彩云比特。

序:
    刚接触比特币的朋友一定会问一个问题,什么是比特币?紧接着他就会问第二个问题,怎么样获得比特币?很快他就会知道可以通过挖矿来获得,再多熟悉一些,了解的时间长一点,他就会接触到比特币矿机以及比特币矿机芯片。

     那作为比特币矿机的心脏,这些芯片又是怎么样被设计和生产出来的?这时候你就会听到芯片前端设计、后端设计、流片,MPW 、fullmask 、wafer、tapeout、mask等词语,这些词语又是什么意思呢?别着急,下面彩云比特将为你慢慢解读。

1、什么是比特币挖矿,挖矿有什么样的回报?
1.1比特币挖矿原理

    比特币的交易是在比特币客户端软件的点对点网络上完成的,每次交易从一个节点与另一个节点的身份确认开始,然后在整个网络上进行广播。

    广播的消息积累一定的时间,积累的消息记录会在进行“挖矿”的节点上与一个随机数合并,进行“散列计算”这个随机数叫做nonce。
    网络自动地根据挖矿参与者的计算能力综合,要求这个散列计算的结果足够小,这个要求叫做“难度”。
    散列的值的长度是固定的,如果要找到足够小的散列,就要尝试更多次的nonce,每当找到一个符合难度要求的nonce,网络就奖励这个节点一定数量的比特币(现在是25个每4年减半)

1.2、为什么挖矿需要使用定制集成电路,怎样集群挖矿?
    在早期使用一般电脑的CPU就能非常容易的制造新的区块而挖到比特币,当越来越多的人开始挖矿时,计算难度不断上升,现在用CPU挖矿已经没有意义。之后矿工们开始使用高端显卡参与矿池挖矿(矿池:一种软件平台,把大的难度化小给矿工以使其得到奖励,现在的难度不用矿池已经几乎不可能)
   
    CPU主要被设计用于处理和判断,擅长进行逻辑运算。而GPU被设计主要用于图形处理,是非常多的重复工作,因为总是在显示器上显示同样的大批像素,GPU进行重复的工作能力要比cpu强得多,而重复运算就是比特币系统的关键,因此后来矿工都用显卡挖矿。

    之后有了FPGA矿机,运算能力比高性能显卡高的多,FPGA(Field-Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列,一种半定制电路芯片的矿机,昙花一现。算力功耗方面很快又被ASIC矿机超越。

    ASIC(Application Specific Integrated Circuit)专用集成电路,这种ASIC比特币矿机专为比特币挖矿算法设计只能用于挖矿其他什么都干不了,ASIC的运算能力又比FPGA芯片矿机高很多,ASIC的出现使得显卡挖矿最终成为历史,

    定制集成电路按照硅片加工精度的提升,可以得到性能更好,功耗更低,同时产量更大的芯片,但与之同时开发的一次性投入也相应急剧增加,130nm,65nm,28nm,14nm,然后就到现有半导体技术的极限了。
    而随着挖矿难度的不断积聚上升,集群挖矿就成为必然的趋势,集群就是通过网络通信,将异地或本地的大量定制芯片外设,用专嵌入式的专用计算机进行集群,同时进行挖矿的过程。

2、什么是比特币矿机
2.1、比特币矿机的心脏-ASIC芯片设计
    首先芯片设计者将经过前端和后端设计完成芯片的最终图纸。
    芯片的图纸,如今不是用手工完成的了,因为如果把一个芯片的最小设计单元当作乐高积木的化,一个芯片的大小估计就是一个小镇那么大了,所以需要用软件来实现芯片的功能,实现这个功能模型的任务,这就是前端。
    前端得到的是计算机辅助设计的文件,这个文件在设计的逻辑要求上满足实现真正芯片设计的要求,后端的工程师就根据这个文件的输入,按照芯片厂家生产线的要求,再次利用计算机辅助设计软件,将其更深的转译为芯片掩膜的物理结构。 
    往往前端后端的设计都是分开由不同的工程师完成的,一是因为专业性,二也是因为设计方案的保密性,需要前后端设计组合起来才能完成芯片生产。

2.2、流片
     设计好的芯片方案交给晶圆厂流片(tape out)
     七八十年代的时候,集成电路的数据是写在磁带上的,也就是tape,那时的设计人员把最后一天,把一堆磁带抱到晶圆厂里去生产的那个过程叫tape out,现在是用ftp最后设计 提交晶圆厂,但叫法还是保留下来了,提交晶圆厂后就开始做mask,然后做wafer。

     晶圆厂将单晶硅锭(整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度99.9999%)切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆(Wafer)。
    芯片的一次性工程费中最主要的投入,也是最暗昂贵的部分就是用于芯片生产过程中使用的光罩(mask)


     很多层光罩经由数十次在晶圆片上的反复曝光和腐蚀形成了芯片所需的微小结构,整个晶圆片大小的光罩(full mask)加工费是极贵的。
     测试芯片通过多工程晶圆片(MPW)工艺来降低成本,就是每个参与MPW的芯片设计者,只占用整个晶圆片的很小一部分面积,来共同分担整个光罩的一次性工程投入(NRE)
MPW后芯片样品经过测试达到设计要求,就可以投产全掩膜(full mask),进行批量化的芯片生产。

2.3、电路板焊接
     芯片从晶圆片到焊接到电路板上,还需要经过封装和检测,才能批量化生产。
     电路板(PCB板)是支持芯片与外围电子零件的物理基板,用腐蚀的方式将预先制备的覆铜板蚀刻出需要的导线,并经过打孔和多层粘合,形成复杂的电路设计。
     从芯片的设计规范制定,外围电路的预估,可以指导一款矿机芯片的设计,后面电路的设计与样片测试,可以得到矿机样机。

2.4、生产发货
    矿机经过设计达到成本,性能,可生产和可维护的预期后,就进入了生产准备阶段,生产线开始调试生产工艺细节,物料采购开始为批量生产进行备料,最后开始的,就是矿机的批量化生产和测试。

3、结语
     经过上述过程比特币矿机就有可能到达购买它们的矿友手中了(当然这只是可能,这世界太多无奈)


参考文献
1、百度图片
2、从沙子到芯片:且看处理器是怎样炼成的:http://hi.baidu.com/cmezbqnvlpcgmnr/item/f2c6cc1cfb2bd85d2a3e22a8?qq-pf-to=pcqq.group
3、晒矿机:https://www.cybtc.com/thread-1362-1-1.html
4、彩云比特QQ群:283569493聊天记录
5、彩云独家评测:蝴蝶Mini Rig 500G矿机[多图杀猫]https://www.cybtc.com/article-144-1.html
6、bitcointalk:https://bitcointalk.org

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引用 adealist 2014-2-8 19:48
支持一下
引用 中本聪 2014-1-28 06:13
比较专业!
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引用 zenghuaxing 2014-1-20 09:03
好文章啊  推荐新手看
引用 bb321goto 2014-1-18 09:59
新手学习了。
引用 carnation 2014-1-12 14:38
haha  见到实物更实在
引用 我要比特币 2013-12-30 11:24
好文章啊  推荐新手看
引用 zenghuaxing 2013-12-26 21:32
太专业了,
引用 zenghuaxing 2013-12-26 21:29
好文章!
引用 lwq6867082 2013-12-26 08:53
现在还不会挖矿。。。
引用 22796069 2013-12-16 12:40
太专业了,
引用 qiu0711 2013-11-26 02:04
详细

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