ProgPoW はどのようにして ASIC から保護するのでしょうか?開発チームIfDefElseが答えを持っています

主流メディアの注目を集めた後、ProgPoW 開発チーム IfDefElse はアルゴリズムに関する多くの質問を受け、いくつかのよくある質問に回答しました。原著者の承諾を得て、マインビジョンが翻訳し、レポートしました。

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Q: イーサリアムのガバナンスについてのあなたの立場はどのようなものですか?

A: まだポジションはありません。 ProgPoW を採用するかどうか、いつ採用するかなど、多くの質問の答えはコミュニティに委ねられるべきだと私たちは考えています。当社は新しいアルゴリズムを提案する責任を負っており、それに関連する技術的な質問にも喜んでお答えします。

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Q: ProgPoW はどこから来たのですか?

A: IfDefElse は、PoW アルゴリズムを分析および最適化する小規模なチームです。 ETH コミュニティでは、専用の ASIC マイナーが従来のハードウェアよりもほとんど優位性を持たない新しい PoW アルゴリズムを繰り返し求めていることがわかっています。非常に多くのアルゴリズムが ASIC マイニング マシンに対して脆弱であるのを見るのは悲痛なことです。新しい ASIC マイニング マシンが登場するたびに、ETH コミュニティ全体がイライラすることになります。

そこで、2018 年の春のある日、GPU マイニングの期待される効果を実現するために Ethash アルゴリズムを変更するというアイデアを思いつきました。最初にアルゴリズムを編集した後、開発と微調整のために公開 GitHub リポジトリに配置しました。

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Q: ProgPoW を評価したのは誰ですか?

A: アルゴリズムの使用に関するフィードバックを収集する過程で、幸運にも、Ethereum Foundation のエンジニア、Ethereum コア R&D エンジニア、NVIDIA エンジニア、AMD エンジニアからフィードバック メールを受け取ることができました。 NVIDIA と AMD のエンジニアはどちらも、このアルゴリズムに対して概ね肯定的な評価を与えました。

コミュニティ メンバーの mbevand と Schemykh のコメントに基づいて、2 つのアルゴリズムの更新と最適化が行われたことは特筆に値します。

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Q: AMD はどのように対応しましたか?

A: AMD の回答は、2 つの大きな懸念に対処しています。

ProgPoWアルゴリズムがEthash PoWアルゴリズムの代わりとして使用される場合、ASICマイニングマシンメーカーがオープンソースコードをすぐに研究し、専用のASICマイニングマシンを製造することは不可能でしょうか？

ProgPoW アルゴリズムにより、GPU マイナーによる Ethereum のマイニングが困難になりますか?

AMDのエンジニアは肯定的な回答を出した。理論的には、ProgPoW 用の新しい ASIC マイニング マシンを構築することは可能ですが、そのためには製造元が専門的な GPU の知識、特にメモリ コントローラー技術を持っている必要があります。

それだけでなく、彼らはキャッシュ（ローカルおよび AMD チップ上でデータを共有する）のサイズについても懸念を表明しました。

メールには、キャッシュが 8KB か 16KB かに関係なく、AMD と NVIDIA のパフォーマンスに大きな違いはない、と書かれていました。しかし、32KB と 64KB では、2 つの GPU メーカーのアーキテクチャに大きな影響を与える可能性があり、Polaris と Vega にも互換性がなくなる可能性があります。

フィードバックに基づいて、PROGPOW_CACHE_BYTES のサイズを 16KB に設定しました。

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Q: NVIDIA はどのように対応しましたか?

A: NVIDIA のエンジニアは、概ね当社のアプローチに同意しています。このアルゴリズムは、GPU を高貴なメモリ コントローラのように何もせずに放置するのではなく、メモリ アクセス間の穴を計算によって埋めるという。

彼らの主な懸念は、アルゴリズムにランダム操作を追加しすぎると、最終的にはメモリ依存ではなく計算依存になってしまうことです。この方法により、計算的に制限されたアルゴリズム用に構築された ASIC マイナーは、より高い効率と利益を達成できる可能性があります。

彼らのフィードバックに基づいて、PROGPOW_CNT_CACHE と PROGPOW_CNT_MATH を微調整し、アルゴリズムがほとんどの現在の GPU でメモリ制限を維持するようにしました。

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Q: ProgPoW がメイン ループでモジュールを呼び出し、kiss99() を使用してランダムな命令を選択する場合、このアルゴリズム用に設計された ASIC の方が効率的ではないでしょうか。

A: これは、アルゴリズムを初めて見るときによくある誤解です。実際、メイン ループ内のモジュールと kiss99() メソッドの呼び出しは CPU によって計算され、ランダムなプログラムが生成され、それが CPU によってコンパイルされます。 GPU は最適化されたコードを実行する役割を担っており、どの命令を実行するか、どのブレンディング状態を使用するかをすでに決定しています。

Alexey が言ったように、ProgPoW は 50 ブロックごとにソース コードを生成します。生成されたプログラムの例については、kernel.cu を参照してください。

標準ではさらに詳しい説明も提供します。

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Q: 生成されたソース コードをコンパイルするには、マイナーは AMD または NVIDIA SDK をインストールする必要がありますか?

A: いいえ。AMD と NVIDIA は、ドライバーに OpenCL、DirectX、および Vulkan コンパイラーを組み込んでいます。 CUDA の場合、バイナリ カーネル ファイルは小さなソフトウェア開発キットとともに配布されます。

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Q: ProgPoW アルゴリズムは GPU アーキテクチャを優先しますか?

A: いいえ、ProgPoW アルゴリズムの設計の本来の目的は、可能な限り公平性を確保することです。 OpenCL と CUDA の実行には違いはなく、16 KB のキャッシュ サイズは両方のアーキテクチャで適切に機能します。

AMD のインデックス レジスタ ファイルであれ NVIDIA の LOP3 であれ、1 つのアーキテクチャだけで 16 ビットまたは 24 ビットの操作を行うことは避けており、すべての操作はアーキテクチャの世代を超えて適切にサポートされています。

マイニング ワークロードにおける ProgPoW GPU のパフォーマンスは、その GPU の平均的なゲーム パフォーマンスも反映します。

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Q: VBIOS が大幅に変更された GPU の場合、Ethash と ProgPoW の速度差が予想よりも 2 倍以上遅いのはなぜですか?

A: ProgPoW はハッシュごとに Ethash の 2 倍のメモリを読み取るため、予想されるハッシュレートは 1/2 になります。以前に報告したすべてのチューニングとサンプル ハッシュレート (「結果: ハッシュレート」を参照) は、標準周波数で実行されている GPU で実行されました。 VBIOS を大幅に変更してコア周波数を下げると、アルゴリズムの実行時にマイナーはストレージ依存ではなくコンピューティング依存になります。

ユーザーが新しいアルゴリズムに切り替える必要がある場合は、VBIOS の変更とチューニングを再度実行する必要があります。

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Q: Ethash ASIC マイナーが GPU マイナーの 2 倍の効率を誇る理由を説明していただけますか?

Ethash アルゴリズムでは、3 つのコンポーネントのみを実行する必要があります。

高帯域幅メモリ（DAG アクセス用）

Keccak f1600 エンジン (初期/最終ハッシュ用)

マイクロコンピューティング コア (内部ループ FNV およびモジュール呼び出し用)

FPGA データは、Keccak 計算で消費される電力がほぼ無視できることを示しています。 Ethash アルゴリズムを実行する場合、メモリ アクセスに費やされる GPU 電力は約半分だけであると推定されます。 Keccak と Ethash ASIC マイナーのコンピューティング コアのパワーはごくわずかで、そのパワーは主にメモリ アクセスで消費されるため、GPU にはマイニング効率を 2 倍向上させる余地がまだあります。

現在の Ethash マイニング ハードウェアの簡単な概要:

Titan V を除くすべてのデータは whattomine.com および asicminervalue.com から取得されています。

Ethash ASIC マイナーの第 1 世代である Bitmain の Antminer E3 には、GPU マイナーに比べて効率上の利点はありません。これは、DDR3 メモリが GPU マイニング マシンの GDDR メモリよりも多くの電力を消費するためです。

私たちの知る限り、まだリリースされていないInnosilicon A10 ETHMasterは、効率の面でより優れたパフォーマンスを発揮すると言われています。 Innosilicon はこのシリーズのマイナーに GDDR6 IP テクノロジーを使用しているため、その効率は現在最も効率的なマイニング GPU RTX 2070 の 2 倍になります。

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Q: HBM はどの程度実用的ですか?

A: 当社の最初のアルゴリズム評価は、同じメモリ タイプを使用して同等の基準で実施されました。 HBM は消費電力が低いですが、高価なので実用的ではありません。たとえば、HBM を搭載した NVIDIA Titan V は、A10 ETHMaster よりもわずかに効率が劣るだけですが、価格は 3,000 ドルで、明らかに実用的ではありません。

HBM を搭載した AMD Vega カードは手頃な価格ですが、何らかの理由で 175 KH/s/W にしか達しません。 Vega の効率を制限するものが何かは不明ですが、アクセス サイズを増やすと状況は大幅に改善されます (帯域幅の使用率が 61% から 75% に向上します - 「結果: ハッシュレート」を参照)。ただし、Vega カードの電力消費は依然として高すぎます。発表されたばかりのダブル帯域幅の AMD Radeon VII グラフィックス カードにより、効率が大幅に向上すると期待されます。

HBM は GDDR6 の約半分の電力を使用すると考えられます。 HBM を使用して高価な Ethash ASIC マイニング マシンを製造すると、計算能力は 1 MH/s/W を超え、これは市販されている従来の GPU の約 4 倍の効率になります。

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Q: ProgPoW ASIC はどの程度効率的ですか?

A: ProgPoW は、特殊な ASIC マイナーの効率性の向上を大幅に削減するように設計されています。アルゴリズムの実行には次のコンポーネントが必要です。

高帯域幅メモリ（DAG アクセス用）

Keccak f800 エンジン (初期/最終ハッシュ用)

大規模レジスタファイル（混合状態用）

高スループットSIMD整数演算（ランダム演算用）

高スループットSIMDキャッシュ（ランダムキャッシュアクセス用）

Keccak の容量が小さくなったため、GPU での電力消費は無視できるようになりました。その結果、消費電力を削減するという ASIC マイナーの利点はなくなるでしょう。

ランダムシーケンスを実行するには、ProgPoW ASIC マイナーは GPU の計算コアに非常によく似たものを実装する必要があります。すべての SIMD レジスタ アクセス、数学演算、およびキャッシュ アクセスには、GPU のようなオペレーティング環境が必要です。

はい、ProgPoW ASIC ISA は、浮動小数点の削除や明示的な merge() 操作の追加など、ProgPoW アルゴリズムに合わせて正確に設計できます。しかし、このような専門化は、収益の桁違いの増加ではなく、わずかな限界利益しか生み出さないでしょう。

楽観的に言えば、適切に設計された ProPoW ASIC ISA により、コンピューティング コアの電力消費を 1/4 削減できると想定しています。 ProPoW 実行時には GPU コアがよりアクティブになるため、メモリ インターフェイスが GPU 電力の約 1/3 を消費すると推定されます。 GDDR を使用する Prop PoW ASIC マイナーの相対的な電力消費は次のようになります。

1/3（メモリ）* 1 + 2/3（計算）* 3/4 = 5/6

優位性は1.2倍

HBM を使用する場合、ProgPoW ASIC マイナーの相対的な電力消費は次のようになります。

1/3（メモリ）* 1/2 + 2/3（計算）* 3/4 = 2/3

優位性は1.5倍

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Q: ProgPoW は FPGA 上で実行できますか?

A: まず、FPGA 上で ProgPoW を実行すると実際的な問題が生じます。ランダム プログラムは 12.5 分ごとに変更されるため、新しいビット ストリームを頻繁にコンパイルしてロードする必要があります。このタスクを達成するためのツールと設備は実質的に存在しませんでした。

この問題を無視したとしても、ProgPoW は FPGA にうまくマッピングされません。FPGA は、Keccak や Lyra などの計算集約型アルゴリズムに適しています。これらのアルゴリズムでは、複数の操作を 1 つのクロック サイクルにまとめ、複数の操作を同時に実行することで、パフォーマンスを大幅に向上させ、消費電力を削減できます。

ProgPoW アルゴリズム ループには、順番にインターリーブされる多数のキャッシュ読み取りがあり、これにより、単一のクロック サイクルにパックできる操作や並列実行できる操作が大幅に削減されます。 ProgPoW アルゴリズムでは、FPGA パッケージング操作により、マイニング ハードウェアのパフォーマンスが低下するだけでなく、情報チャネルの長さも増加します。ハイブリッド状態が大きいため (16 レーン * 32 レジスタ * 4 バイト = 2 キロバイト)、情報レーンの長さの増加も問題になります。

この大規模な混合状態が各情報チャネルに沿って定期的に複製されると、大量の電力が浪費されます。もちろん、混合状態をレジスタ ファイルに保存して、FPGA のコンピューティング コアを ASIC や GPU と非常に似たものにすることもできますが、そうすると、FPGA のコンピューティング効率は ASIC よりも大幅に低くなります。

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Q: 上記の質問と回答はすべて非常に長いようです。簡単に要約していただけますか？

A: もちろんです

マイニングハードウェアの相対的な効率

Ethash と ProgPoW の当初の推定値は 2 倍と 1.2 倍で、同じメモリ タイプを同一条件で比較することを前提としていました。この記事を執筆している時点では、ほとんどの GPU が GDDR を使用する場合、HBM を使用する ASIC マイナーを比較するなど、異なる標準を比較する必要もあることに気付きました。

オリジナルリンク:

https://medium.com/@ifdefelse/progpow-faq-6d2dce8b5c8b

原作者: IfDefElse 翻訳者・校正者: Youtiaoyu

この記事はMine Visionによって翻訳・編集されています。転載する場合は出典を明記してください。