ETH、ZEC のプロ用マイニングマシンの分解評価とマイニングハードウェアの今後の方向性

かつて、ETH に代表される Ethash アルゴリズムを使用する通貨や、Zcash に代表される Equihash アルゴリズムを使用する通貨の宣伝スローガンの 1 つに「ANTI-ASIC」がありました。これは、ASIC チップの出現に抵抗する一定の能力があることを意味します。本質的に、これら 2 つのアルゴリズムの ASIC 対策機能の原理は、メモリを要求するアルゴリズムを使用することです。つまり、計算中に一定量の RAM ストレージが必要になります。 2014年、2015年に「メモリを必要とするアルゴリズムを使用する＝反ASIC」という論理が通用した理由は、当時のハードウェア製造コストと深く関係していました。しかし、時が経つにつれて、RAM の価格が下がり、大容量の RAM を搭載した専用のマイニング マシンの製造コストも下がったため、現在では、マイニング マシン チップ メーカーによってさまざまなアルゴリズムが習得され、対応するアルゴリズム専用のマイニング マシンが市場に投入されるようになりました。

今日は、Bitmain E3 と Z9 のハードウェアを分解して、科学的な知識を提供します。これらのアルゴリズムの ASIC チップと、Bitcoin や Litecoin などの古いアルゴリズムの ASIC チップの違いは何でしょうか?

Ethash (ETH) アルゴリズム専用マイニングマシン Bitmain E3 分解レビュー

背景知識:

Ethash アルゴリズムは、偽装されたアンチ ASIC プロパティを取得するために、メモリ内に DAG ファイルを構築し、計算中にメモリの内容を頻繁に読み取る必要があります。現在、この DAG ファイルは 3G に近いため、3G を超えるビデオ メモリを備えたグラフィック カードのみが ETH のマイニングに使用できます。一般的に、メモリ帯域幅が高いほど、アルゴリズムの計算能力が高くなります。

E3 パラメータ:

計算能力 190MH、消費電力 760W、計算チップ 18 個。効率はグラフィックカードマイニングマシンの1.5倍です。

ETHにプロ仕様のマイニングマシンが登場するという噂は今年3月から流れており、Bitmainは4月にE3マイニングマシンを正式にリリースした。 E3 マイナーの最初のバッチが到着した最近になって、このマイナーの内部構造を実際に垣間見ることができました。

(以下の写真は、Justin A が投稿した YouTube 動画から撮影したものです)

外殻を開けると、マイニングマシンの中にコンパクトに詰め込まれた 3 つのメイン コンピューティング ボードが見えます。

殻を開いた後のE3構造

ハッシュ ボードを引き出すと、各メイン ハッシュ ボードが 6 つのサブ ハッシュ ボードに接続されていることがわかります。各サブコンピューティング ボードの中央にあるコンピューティング チップはヒートシンクで覆われ、円形のメモリ チップに囲まれています。その外観は、ラップトップで使用される独立したグラフィック カードに似ています。

メインハッシュボード構造

サブコンピューティングボードを取り外し、ヒートシンクを取り外すと、ASIC チップの真の姿、つまり BM1790 コンピューティング チップが見えます。側面のメモリチップはDDR3 128MBで、合計4×8=32チップあります。チップ単体のメモリ容量は4GBで、マイニングマシン全体のメモリ容量は72GBに達します。チップは台湾ESMTの製品を使用しています。 E3 が使用するメモリは比較的安価な DDR3 ソリューションですが、マシン全体で 72GB を使用しているため、製造コストは低くありません。

サブハッシュボード構造

分解図を見ると、誰もが現在の Ethash アルゴリズム プロフェッショナル マイニング マシンの構造を十分に理解できるようになります。 Ethash アルゴリズムでは計算能力がメモリ帯域幅に比例し、単一の計算チップに 4GB のメモリを搭載する必要があるため、以前噂されていた、一度に 100 台を倒せる Ethereum スーパーマイニングマシンの可能性はゼロです。しかし、E3 に加えて、市場には他のメーカーのプロ仕様の ETH マイニング マシンがすでに存在しており、パフォーマンス パラメータはさらに誇張されています。例えば、国内の別のメーカーであるInnosiliconが発売した製品であるA10は、消費電力が650Wで、485MHという誇張された計算能力を備えています。 Damao 氏は、A10 はコンピューティング能力の向上という目的を達成するために、より帯域幅の広いより高度なメモリ チップ (DDR5) を使用していると推測していますが、このような操作により製造コストが非常に高くなることは間違いありません。

Equihash (ZEC) アルゴリズム専用マイニングマシン Bitmain Z9 チップレベル分解評価

背景知識:

ZEC、ZenCash、ZCLなどで使用されているアルゴリズムは、実際にはEquihash（200,9）です。 BTGは以前はそれらと同じでしたが、5月に51％の攻撃を受けた後、現在はEquihash（144,5）に変更されています。

Equihash アルゴリズムには、N パラメーターと K パラメーターと呼ばれる、ソリューションに影響を与えるパラメーターがあります。これらは、処理能力とメモリのさまざまな組み合わせに対して、解決にかかる時間とソリューションの大きさに影響します。 Zcash がリリース前に選択したパラメータは、N=200 および K=9 でした。 Zcash がリリースされた後、暗号学者は、値 144 と 5 がより小さく、より ASIC 耐性のあるソリューションを生み出すと思われると判断しました。

この場合、ASIC 耐性はより多くのメモリが必要であることを意味し、パラメータ 200、9 の最小メモリ要件は約 140 MB ですが、パラメータ 144 および 5 には約 2.5 GB のメモリが必要です。 ASIC マイナーにメモリを統合するのはコストがかかるため、メモリ要件が高いハッシュ アルゴリズムは ASIC 耐性が高くなります。 Equihashアルゴリズムのこのバージョンを区別するためにEquihash(144,5)と呼ぶことができます。

Z9パラメータ:

計算能力は40.8Ksol、消費電力は1150Wです。効率はグラフィックカードマイニングマシンの約40倍です。

スラム:

メモリの一種であるスタティック ランダム アクセス メモリは、多くの場合、チップ内部に設計されます。たとえば、CPU の L1、L2、L3 キャッシュなどです。 SRAM を増やすと、チップ面積が大幅に増加し、チップの製造コストが増加します。

(以下の写真はbitcoingoldフォーラム、著者MentalNomadより)

Z9のハッシュボード上にはメモリチップは発見されなかったが、ヒートシンクを取り外すと、Z9で使用されているBM1740チップのコア領域が特に大きいことがわかり、Z9のRAMがチップに統合されていると推測されます。

Z9コンピューティングチップ

チップを破壊的に除去し、最上層を剥がすと、チップ内部の基本構造が見えます。

顕微鏡で拡大して鮮明に見てみましょう

ご覧のとおり、チップには 144MB の内部メモリがあり、Equihash (200,9) アルゴリズムの要件をちょうど満たしています。ストレージが外部接続ではなく高コストな方法でチップに統合されている理由について、ダマオ氏は、それはやはり計算能力を高めるためだと推測しています。結局のところ、チップの内部キャッシュの読み取りおよび書き込み速度は、通常のメモリ チップの N 倍です。しかし、Equihash (144,5) アルゴリズムに必要な 2.5G のメモリが ASIC に耐えられるように見えるのもこのためです。結局のところ、2.5Gの大容量と超高速の読み書き速度という要件を満たし、優れたコンピューティング能力を確保しながら、製造コストが高くなりすぎないようにすることは困難です。

上記2台のマシンの分解と評価を通じて、Da Mao氏は次のようにもまとめています。

1. 2 台のマイニング マシンは、アルゴリズムのニーズを満たすためにメモリを追加するために異なるソリューションを使用していますが、メモリを要求するアルゴリズムの使用は、プロのマイニング マシンの出現を完全に防ぐことはできず、プロのチップの出現を遅らせることしかできないことを示すのに十分です。

2. メモリを大量に消費するアルゴリズム専用のチップが登場すると、GPU に比べて計算能力で優位に立つようになります。しかし、ビットコインの SHA256 アルゴリズム ASIC が GPU の計算能力を数百倍、数千倍上回っていたという事実と比較すると、そのリードは誇張されすぎているとは言えません。

FPGAが市場に戻ってきて、マイニング機器の競争は新たな時代を迎えるのか？

コンピューティング能力、製造コスト、柔軟性のバランスを取る必要性に駆り立てられ、2013 年に市場を独占していた FPGA チップが復活の兆しを見せています。

FPGA は、フィールド プログラマブル ゲート アレイの略で、特定用途向け集積回路 (ASIC) の分野におけるセミカスタム回路です。これは、カスタム回路の欠点を解決するだけでなく、元のプログラム可能なデバイスのゲート回路の数が限られているという欠点も克服します。 FPGA は一般に ASIC (特定用途向け集積回路) よりも低速であり、同じ機能を実現するには ASIC よりも大きな回路面積が必要です。しかし、迅速に生産できること、プログラミングエラーを修正するために変更できること、安価であることなど、多くの利点もあります。

FPGA は、適切なハードウェア プログラミングを行った後、高効率でマイニングに使用できます。ただし、大量展開が困難であることと、ハードウェア プログラミングのハードルが高いことが欠点です。

今年、専用マイニングマシンの登場により、モネロがアルゴリズムのハードフォークを選択した後、マイニングマシンメーカーは、新しいチップがコミュニティによって再びボイコットされ、入手不可能な状況に直面する可能性が高いため、新しいアルゴリズムに直接対応する新しいチップの開発を続けることを敢えてしませんでした。 FPGA はこのような状況でその地位を確立しました。 Da Mao は、次のような海外の愛好家によって開発されたハードウェア製品をいくつか発見しました。

参入障壁が低く、一般の人が使用するのに適しており、新しいアルゴリズムのアップグレード サービスを提供できる FPGA マイニング マシンを発売することが、マイニング マシン メーカーの次の研究開発の方向性となる可能性があります。 POW が存続する限り、あらゆるハードウェア製品と互換性のある新しいアルゴリズムを求めるアルゴリズム研究者と、特に効率的なマイニング ハードウェアを求めるハードウェア開発者との間の競争は常に存在し続けるでしょう。