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最后,你可以通过一个CPU和一个主板加载许多个GPU。然后你便可以在安装了多个GPU的电脑上运行比特币节点,监听网络收集交易,组装区块,同时用多个GPU进行SHA-256的运算,以更快地找到正确的临时随机数及其对应的有效区块。很多人创造性地发明了很多有趣的“自制型”硬件设置,如图5.7所示,用一个CPU来驱动很多个GPU。这种情况仅发生在比特币的早期,当时大多数矿工都是比特币的爱好者,他们并不具备服务器搭建及运营经验。但是他们还是做了很多巧妙的设计,使得大量的GPU可以在一个较小的空间里同时运行,同时还解决了散热的问题。
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GPU挖矿的缺点
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GPU挖矿也有缺点。GPU有大量的内置硬件来进行图形处理,这些特定硬件对比特币挖矿没有任何用处,比如它们大量的浮点运算单元(floating point units),在SHA-256的运算中完全用不到。
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矿工和游戏玩家的对比
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根据民间传说,2011年,由于比特币矿工采购了太多的显卡以至于影响到了正常的市场需求,这造成了比特币社区和游戏社区之间的摩擦,因为游戏玩家们发现采购某个热门显卡变得越来越难。有趣的是,尽管如此,很多失望的游戏玩家因此而对比特币产生了兴趣,甚至有些游戏玩家因此而变成了比特币矿工!
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图5.7 一个用于比特币挖矿的家庭组装式GPU机架
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资料来源:István Finta, bitcointalk.org
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同时GPU也没有很好的冷却处理设置,尤其是当你把大量的GPU堆放在一起的时候,这个问题就尤为突出。设计显卡的时候并没有考虑如图5.7所示的这种堆放的情形,原始的设计场景就是在一台电脑、一个机箱、一块显卡运行做图形处理而已。
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GPU也非常耗电,所以一台普通的电脑也会消耗很多电。由此引发的另一个缺点就是,你要么自己构建特定的主板,要么花大价钱购买可以搭载大量显卡的特定的主板。
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一个非常高端的显卡经过超频之后可能使得运行速度达到200MH/s,也就是说,每秒可以进行2亿次哈希运算,这是用CPU不可能达到的一个数量级。但是即便如此,即使你将100块这样的显卡集成在一起进行运算,根据2015年早期的比特币挖矿难度,仍旧需要运算几百年才有可能找到一个有效区块。因此,用GPU来挖矿基本上已经成为历史,但是在其他一些另类币的早期阶段还是很有效率的。
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现场可编程门阵列挖矿
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2011年左右,用于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,简称FPGA)的硬件设计语言Verilog,第一次用于比特币挖矿。一些矿工开始用FPGA来代替GPU进行挖矿。
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图5.8 家庭组装式FPGA机架
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资料来源:Xiangfu Liu,www.openmobilefree.net
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FPGA的工作原理是在追求定制硬件的最佳性能的同时,用户可以现场调试或者修改硬件参数。相比之下,常用的硬件是在出厂之前就设计好的,以后是无法更改定制而只能永远做同样的工作。
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FPGA比GPU的性能好,特别是在数位操作(bit fiddling)方面FPGA很轻易就可以做到。FPGA也很容易冷却,不像GPU,FPGA理论上可以使用硬件板卡上的每一个晶体管进行挖矿运算。跟GPU一样,可以将很多FPGA堆叠在一起,通过一个中央处理单元来驱动所有的FPGA,如图5.8所示。总体来说,相比显卡堆叠,我们可以构建一个更加干净整洁的大型FPGA阵列。
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精心使用FPGA可以使得运算速度上升到1GH/s,也就是每秒10亿次哈希运算。这显然比CPU或者GPU在性能上都有很大的提高,不过即使你有100块每秒运算1GH/s的FPGA板,在2015年早期的比特币难度之下,平均仍旧需要100年的时间才能找到一个有效区块。
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虽然性能提高了,但由于以下几个原因,用FPGA挖矿的时代也非常短暂:首先,使用FPGA来挖矿其实更加困难——几乎需要一直超频使用——这远超FPGA供普通消费者而设定的频率。因为这个原因,很多人在用FPGA挖矿的时候经常看到各种报错和故障。其次,优化FPGA的32位加法处理上十分困难,而这在SHA-256的运算中非常关键。最后,FPGA在多数商店都买不到,而且相比GPU来说,只有少数人才知道怎么搭建FPGA并进行相应的编程。
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最重要的是,即使在性能功耗比方面,FPGA相比GPU的提升也不是很高,这就使得用FPGA挖矿只是一个短期现象。尽管GPU挖矿的时代持续了大约一年,而FPGA存在的时间更加有限——仅仅存在了几个月,之后定制化的专用集成电路技术(Application Specific Integrated Circuits,简称ASIC)就诞生了。
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专用集成电路技术挖矿
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当今的挖矿市场主要被ASIC所主导。这些IC芯片(集成电路芯片)被设计、制造、优化,就是为了比特币挖矿这个唯一目的。有几个大型的供应商出售这些芯片,消费者可以买到不同种类的ASIC矿机——较大型但略微昂贵点的款式,或者更加小巧的,当然还有一些可以节省能源的环保型等。
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设计ASIC芯片需要非常专业的知识,它们所需要的研发周期也比较长。尽管如此,比特币ASIC芯片的设计制造过程(从发现问题到制作出解决问题的芯片)出乎意料地迅速,甚至打破了芯片行业的业界纪录。但弊端是前几代的早期芯片的设计有许多缺陷,而且大多数芯片没有达到它们所承诺的性能指标。但现在的比特币矿机芯片技术,已经相当成熟可靠了。
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