Шаг назад: почему FPGA-чипы получили новый шанс на рынке майнинга

Сейчас ASIC начинают обгонять добычу криптовалюты на GPU (видеокартах), выходят асики под новые и новые алгоритмы. Однако появилась альтернатива ASIC и GPU.

Сегодня мы расскажем о программируемой логической интегральной схеме или кратко FPGA.

Эти электронные элементы объединяют то, что мы любим больше всего в видеокартах и в ASIC.

Единственная проблема в том, что на сегодняшний день этих плат очень мало, и если Вы хотите зайти в майнинг на FPGA, Вы должны это сделать … сейчас.

Чем FPGA интересен для майнинга?

Смотрите видео:

подписывайтесь

Два основных вопроса, которые FPGA должны решить

Криптовалюты волатильны и нестабильны. Криптомир можно сравнить с бурным океаном – если Вы хотите заниматься серфингом, Вы должны быть готовы к маневрированию.

Раньше, когда для добычи большинства популярных монет было выгодно использование CPU (процессоров) или GPU (видеокарт), Вы всегда имели возможность быстро адаптироваться к криптовалютному рынку. Как только курс монеты падает, Вы можете сразу запустить другой майнер (программу для добычи криптовалют) и начать добычу более прибыльной монеты. Мы все прыгали из Ethereum к Monero, а затем к Zcash: туда и обратно, в зависимости от прибыльности монет.

Сейчас, когда ASIC штурмуют майнинг пулы большинства монет, существует всего одна стратегия: выбрать монету, купить под нее ASIC и молиться, чтобы монета быстро окупалась. GPU майнинг по-прежнему является вариантом, но количество монет, которые Вы можете добывать, теперь ограничено.

Проблема ASIC заключается в том, что они предлагают нулевую гибкость, когда дело доходит до монеты, которую Вы можете добывать. ASIC разрабатывается только под один алгоритм. Если по какой-то причине алгоритм становится непопулярным или нерентабельным, купленный ASIC становится бесполезным. Так как они очень много стоят, то покупать их очень рискованно.

Структура КЛБ.

В базовой серии ПЛИС XC4000 фирмы Xilinx основной единицей оборудования считается КЛБ, состоящий из двух триггеров и двух ЛТ. В новых сериях ПЛИС количество триггеров и ЛТ увеличилось вдвое и вчетверо. Чтобы оставить для всех серий одну и ту же единицу оборудования, условились называть КЛБ из двух триггеров и двух ЛТ эквивалентным КЛБ (ЭКЛБ) или CLB slice. Таким образом, КЛБ серии Virtex состоит из двух ЭКЛБ, а серии VirtexII — из четырех ЭКЛБ .

Есть ли третий вариант?

Всегда есть третий вариант, верно? Если бы было только такое аппаратное обеспечение, которое бы сочетало гибкость выбора алгоритма для добычи (как у видеокарт) и мощность хэширования ASIC … все бы использовали это оборудование, верно?

FPGA — это такое оборудование, поэтому он – новый фаворит в сообществе майнеров. Неудивительно, почему спрос на него огромен.

FPGA существует с 1982 года. Они использовались и продолжают использоваться в науке, моделировании транспортных средств и даже в военных технологиях.

Первым производителем этих устройств была американская технологическая компания под названием Xilinx. Позже, другая американская компания под названием Altera (теперь входящая в состав Intel) присоединилась к этой отрасли и с тех пор является основным конкурентом Xilinx.

Внедрение и развитие схем ПЛИС (программируемых логических интегральных схем), разновидностью которых является FPGA, очень приветствовалось во многих отраслях промышленности, и спрос на такое оборудование и технологии все еще растет. Например, в 2013 году размер объема рынка для плат FPGA составил 5,4 миллиарда долларов США, и, согласно оценкам, он достигнет отметки в 9,8 миллиардов долларов США в 2022 году.

Прежде, чем говорить о технической стороне, ответим на вопрос: «Если FPGA настолько хороши, почему бы людям не использовать их для майнинга с самого начала?»

Почему FPGA никогда не использовались в майнинге?

На самом деле, как только Bitcoin стал популярен, некоторые люди, у кого были ПЛИС старого образца, начали добывать первую криптовалюту на своем оборудовании. Но в массы это не пошло.

Есть две причины, почему платы FPGA для майнинга массово начинают использовать только сейчас.

Первая причина заключается в том, что благодаря гибкости и архитектуре платы FPGA нелегко настроить. Их можно запрограммировать на что угодно. Это хорошо, хотя это также означает, что для использования платы FPGA Вы должны знать, как программировать ее.

В отличие от графического процессора (GPU), который Вы можете настроить с помощью BIOS и майнера, плата FPGA должна быть запрограммирована с нуля, чтобы она могла добыть определенный алгоритм. Для этого вам нужно написать код на языке Verilog или VHDL — ни Python, ни C ++ не работают.

Так как только некоторые программисты способны это сделать, потребуется время, чтобы они выполнили эту работу. Затем эти программисты должны будут сделать бизнес-модель для продажи программ для общественности и так далее. Это, в конечном счете, произойдет, но пока они это делали, появилась причина №2.

Вторая причина — создание первой ASIC для добычи криптовалют. В отличие от FPGA, ASIC не нужно настраивать: подключи и он работает. Любой может использовать его. Очевидно, что это само по себе было решающим фактором. Кроме того, было много альтернатив для майнинга ASIC — таких, как возможность использовать фермы GPU и добывать меньше монет.

Теперь, когда ASIC доминируют в майнинг пулах, а графические процессоры немного отстают, FPGA становятся все более интересными для среднего майнера.

В двух словах: что такое FPGA?

Итак, что такое программируемая пользователем вентильная матрица (field-programmable gate array)?

FPGA — это часть аппаратного обеспечения, которая очень похожа на ASIC с одним исключением. ASIC — это чип, который был настроен для жесткого выполнения одного типа вычислений (например, для майнинга алгоритма Equihash). FPGA — это чип, который можно перепрограммировать для выполнения любых операций. В области добычи криптовалют Вы можете перенастроить свою FPGA от CryptoNight до добычи Lyra2z в течение секунды.

CPU и GPU тоже могут это делать, хотя по нескольким причинам FPGA работает быстрее. Для этого есть несколько причин – о некоторых мы расскажем чуть позже.

Платы FPGA работают в несколько раз лучше, чем GPU с одинаковым энергопотреблением. В зависимости от алгоритма FPGA может не отставать от ASIC по хэшам.

С одной стороны FPGA — это:

• Полная гибкость при использовании любых алгоритмов — никакие программные форки не могут повлиять на ваш майнинг, пока Вы обновляете битовый поток FPGA.
• Огромная энергоэффективность по сравнению с GPU

С другой стороны FPGA:

• Должны быть подключены к ПК, как и графические процессоры
• Пока недоступны для массового майнинга
• Очень дорогие по сравнению с GPU
• Может немного превосходить ASIC в зависимости от алгоритма

Bitstream

Bitstream — это в программа, написанная на языке программирования (Verilog или VHDL), который сообщает FPGA, что делать. Если Вы хотите добывать определенный алгоритм, Вы должны иметь бит-поток, который сообщает FPGA, как добывать этот конкретный алгоритм. Bitstreams загружаются в FPGA после загрузки системы.

Битовый поток загружается в энергозависимую память ПЛИС. Да, это все та же память DDR4. Модель FPGA имеет 64 ГБ. Это огромное количество оперативной памяти позволяет FPGA хранить сотни бит-потоков и переключаться между ними в доли секунды.

Как Вы, вероятно, ожидаете, эта функциональность позволяет FPGA добывать такие алгоритмы, как Timetravel10, X11Evo, X16R и X16S, которые требуют, чтобы чип переключался между различными «меньшими» алгоритмами хэширования каждые несколько минут.

В то время как битовый поток может быть изменен за долю секунды, плата может по-прежнему добывать только один алгоритм за раз с несколькими редкими исключениями.

Первоначальное предложение

Около полутора месяцев назад три члена майнинг сообщества упорно работали над созданием первых битовых потоков, чтобы некоторые модели FPGA (Xilinx VU9P) могли добывать различные алгоритмы.

Сегодня у этой команды есть магазин, где они разместили первые платы, а также страница на Bitcointalk. Одним из членов команды является GPUhoarder, известный за свой проект Squirrels Research.

Эти ребята в основном используют универсальные платы FPGA Xilinx VU9P и модифицируют их, чтобы они были пригодны для майнинга. «Vanilla» Xilinx VU9P поставляется с довольно плохим охлаждением, поэтому для хорошей работы в майнинге необходимо вручную выполнить требуемые настройки и улучшения.

Благодаря партнерству команды программистов с Xilinx, они дают нам возможность покупать эти платы в розницу. Кроме того, модификации, которые они делают (улучшенный радиатор и охлаждение), не мешают официальной гарантии Xilinx.

В дополнение к этому, они работают над экосистемой, окружающей карты, с необходимыми программными инструментами, структурой поддержки и т.д. Это позволит как начальным разработчикам, так и сообществу писать свои собственные потоки данных и размещать их в зашифрованном блокчейне, доступном только для людей, которые приобрели FPGA «интеллектуального выпуска».

Затем любой может создавать битовые потоки для существующих майнинг алгоритмов, а Zetheron (название компании) будет взимать фиксированную плату от имени разработчиков. Это обеспечит:

• безопасность разработчикам битовых потоков — они будут получать оплату за свою работу
• не будет членского взноса для владельцев FPGA: Вы платите только если скачали битовый поток для майнинга определенного алгоритма
• доступ к разнообразию битового потока, созданного сообществом, безусловно, гарантирует, что скоро можно будет добывать практически любые алгоритмы

Что касается сегодняшнего дня, то Zethereon разработал рабочий битовый поток для алгоритмов Cryptonote и Lyra2z.

«Текущий план — выпускать примерно один алгоритм в месяц, пока не будут охвачены все основные алгоритмы»,

— пишет команда Zethereon.

Это означает, что благодаря работе, которую эти ребята сделали, теперь у нас будет готовая разработка для настройки наших плат FPGA. Созданная экосистема Zetheron даст нам все варианты битового потока, которые нужны, чтобы добывать любой популярный алгоритм без необходимости знать что-либо о программировании. Кроме того, разработчики будут мотивированы, чтобы продвинуть планку выше и создать лучшие битовые потоки.

Это все прекрасно, но есть подвох. Платы, которые Zethereon предложили публике, были проданы в течение нескольких часов. По-видимому, идея иметь плату, которая сочетала бы гибкость графического процессора и возможности ASIC, была слишком хороша, чтобы ее можно было упустить.

FPGA против микроконтроллера (Или зачем использовать FPGA, когда будет работать и микроконтроллер?)

Я думаю, мы все можем согласиться с тем, что микроконтроллеры стали доминирующим компонентом в современных электронных проектах. Они недорогие и универсальные, и в наши дни они часто служат первым в мире знакомством с миром электроники. Естественно, что мы продолжаем использовать компоненты, с которыми знакомы, и поскольку микроконтроллеры становятся всё более мощными, всё меньше и меньше нужно рассматривать альтернативные решения для наших задач проектирования. Тем не менее, микроконтроллер построен вокруг процессора, а процессоры имеют фундаментальные ограничения, которые необходимо признать и в некоторых случаях преодолеть.

Итак, когда инженер предпочтет FPGA микроконтроллеру? Ответ сводится к программному обеспечению и аппаратным средствам.

Процессор выполняет свои задачи, выполняя инструкции последовательно. Это означает, что операции процессора, по сути, ограничены: требуемая функциональность должна быть адаптирована к доступным инструкциям, и в большинстве случаев невозможно одновременно выполнять несколько задач обработки.

Набор инструкций рассчитан на высокую универсальность, и в настоящее время инструкции могут выполняться на чрезвычайно высоких частотах; однако эти характеристики не устраняют недостатки программного подхода к цифровому проектированию.

Альтернативой является аппаратный подход. Было бы чрезвычайно удобно, если бы каждый новый проект мог быть построен вокруг цифровой микросхемы, которая в точности реализует функциональность, требуемую системой: нет необходимости писать программное обеспечение, никаких ограничений набора команд, никаких задержек обработки, только одна микросхема, которая имеет входные выводы, выходные выводы и цифровую схему, в точности соответствующую необходимым операциям. Эта методология нецелесообразна вне описания, поскольку она предполагает разработку ASIC (application-specific integrated circuit, специализированной интегральной микросхемы) для каждой платы. Однако мы можем аппроксимировать эту методологию, используя FPGA.

Хешрейт 1900 MH/s — фейк?

В сети ходят слухи, что устройства FPGA VCU1525 способны выдавать 1900 MH/s на Ethash алгоритме Эфириума. Скорее всего это фейк.

По нашим подсчетам, одно FPGA устройство не может выдавать 1900 MH/s, вероятнее это риг из 6 FPGA дает такой показатель.

FPGA может быть мощнее видеокарты в 10 раз, но не более.

1900 MH/s был бы способен выдавать ASIC, если бы его смогли произвести.

Создают ли угрозу GPU майнерам FPGA?

Устройство стоит в районе 4000$ и скорее всего мощнее видеокарт в 10 раз.

При этом, гарантия на видеокарты обычно составляет 3 года, а у FPGA вендоров — всего 3 месяца.

Вероятнее всего, устройства подойдут только для крупных, «промышленных» майнеров. На данный момент проще купить видеокарт, т.к. окупаемость почти одинаковая.

Майнеры BlackMiner

Современные майнеры на базе FPGA можно условно разделить на две категории. К первой категории, которую условно можно назвать «для специалистов», относятся типовые FPGA платы с различными интерфейсами, для программирования и обслуживания которых необходимо обладать рядом специфических знаний. Ко второй категории, «для домашнего майнера», относятся готовые устройства с дружественным интерфейсом, настройка которых не требует дополнительных знаний.

Представителями второй категории FPGA устройств для майнинга являются устройства производства компании BlackBlock. На сегодняшний день компания производит и продает четыре модели майнеров:

1. Blackminer F1 Mini, стоимостью 179$;
2. BlackMiner F1-single, стоимостью 1300$;
3. BlackMiner F1, стоимостью 2000$;
4. BlackMiner F1+, стоимостью 2800$.

В этой статье рассматривается самый дешевый и самый простой майнер семейства BlackMiner — F1 Mini. Читая небольшое описание на сайте производителя, можно заметить фразу «No radiators and no power supply are included in order to reduce shipping cost». Это значит, что для эксплуатации изделия нужно заранее приготовить блок питания. Подойдут блоки ATX с разъемами питания видеокарт PCI-e. Однако на плате есть и разъем для обычного блока питания DC 12V, главное требование к которому — обеспечение честных 8А на выходе.

Где взять FPGA сейчас?

FPGA нет в наличии у Zethereon, но есть другой вариант — Mineority.

Mineority была основана OhGodACompany — командой программистов, которые сделали ETHnlargementPill и других хорошо известные программные обеспечения для майнинга. Они объединились с Stayfirst, Mind Dev и Di Support, чтобы открыть Mineority.

На своем официальном сайте Mineority заявляет, что они являются «платформой для покупки, оптимизации, размещения и торговли видеокартами».

Mineority — это компания, специализирующаяся на торговле оборудованием для майнинга. Они также производят в Китае собственные карты, ориентированные на добычу криптовалют, и продают их. Что отличает Mineority от других компаний, так это то, что они предлагают облачный майнинг.

За определенную плату Вы можете купить свою карточку и оставить ее на одном из объектов Mineority в США или Европе. Вы можете арендовать место в майнинг ферме на срок до трех лет, после чего ваша карта будет отправлена вам. Или Вы можете попросить компанию сразу же отправить вам видеокарту, как только Вы ее купите. Существует также возможность перепродавать карту на рынке Mineority.

Компания гарантирует, что Вы получаете купленную вами карту: детали и уникальный номер вашей карты и чипа прикреплены к незаменимому токену ERC-721 – Вы всегда можете проверить, совпадают ли детали.

Не так давно Mineority начали перепродавать карту Xilinx V9UP, модифицированную так, чтобы быть «лучшей среди конкурентов в майнинге». Эта версия карты включает в себя требуемые 64 ГБ установленной DDR4 RAM и специальную систему охлаждения, которая позволяет карте использовать всю свою вычислительную мощность в майнинге (исходный Xilinx V9UP не может работать со 100% отдачей без перегрева). Mineority также дает владельцу доступ к постоянно растущей базе битовых потоков для добычи различных алгоритмов.

Плохая новость заключается в том, что запас этих карт ограничен, но будут и новые FPGA.