Майнеры выжимают из своих устройств максимум производительности

В острой борьбе за рентабельность майнинга производители чипов и владельцы биткойн-ферм используют всё более экзотичные способы повышения производительности своих устройств.

Майнеры против закона Мура

Первые поколения майнингового оборудования, основанные на специализированных микросхемах (ASIC), начали с устаревшего уже на тот момент техпроцесса 110нм. Именно на этом процессе были построены первые ASIC-майнеры Avalon, оказавшиеся в руках майнеров весной 2013-го. Один майнер Avalon обладал бешеной на тот момент производительностью в 80 Гхэш/с, в одиночку добывая несколько биткойнов в день, а десяток таких майнеров мог занять более 1% общей вычислительной мощности биткойн-сети на тот момент.

Однако бешеный успех первых ASIC машин породил десятки последователей, которые буквально за месяцы довели используемый в производстве майнинг-чипов техпроцесс до передового уровня 20 нанометров, и в настоящее время производители грозятся уже вот-вот выпустить машины на основе 16нм техпроцесса, лучше которого на сегодняшний день просто ничего нет.

В итоге, сложность сети за 2013-2014гг возросла до небес, а производители майнинг-комбайнов вплотную столкнулись с ограничениями Закона Мура.

Проблема Темного Кремния

В своей недавно опубликованной научной работе, которая изучает развитие технологий, используемых в майнинге, исследователь Бедфорд Тейлор делает вывод, что технический прогресс в области биткойн-майнинга шел “удивительно быстро” в условиях постоянно растущей сложности. Он описывает четыре поколения вычислительных устройств для биткойн-майнинга, начиная с обычных компьютерных процессоров (CPU) и заканчивая высокоспециализированными СБИС-чипами, которые используют биткойновые старатели в настоящее время.

Новые поколения майнинг-чипов представляют собой примеры “заказного кремния» – микросхем, производимых в относительно небольших партиях на заказ для конкретной цели.

“Последний раунд аппаратных решений в области майнинга – ASIC-чипы – были профинансированы, разработаны и внедрены самими биткойн-пользователями, что, возможно, является беспрецедентным событием в новейшей истории. Возникает вопрос, может ли эта модель масштабироваться на другие области применения? Возможно, это позволит нам вступить в новую эпоху специализированных заказных чипов”, – пишет исследователь.

Бедфорд Тейлор также указывает на наиболее важную проблему, с которой в настоящий момент столкнулись производители чипов – это явление, известное как «проблема темного кремния”.

Это проблема состоит в том, что, по мере увеличения в чипах плотности транзисторов, реально используемая в каждый конкретный момент часть чипа все время уменьшается. Это обусловлено в первую очередь тем, что ограничена возможность потребления энергии и ее отвода – если все транзисторы начнут потреблять полную мощность энергии одновременно, столько энергии будет просто невозможно подать на чип, а если подать – он просто расплавится! В итоге, часть чипа, которая на самом деле используется, учитывая ограничения мощности чипа, с увеличением плотности транзисторов падает в геометрической прогрессии. В результате, большая часть чипа новейшего техпроцесса остается без питания – темным (отсюда и название “темный кремний”) – и вообще не используется.

Это полностью противоречит принципам работы майнинговых чипов – ведь для них важно, чтобы как можно большая часть логических элементов работала постоянно – занимаясь бесконечным перебором хэшей.

Производители зашли в тупик

Исследователь утверждает, что майнинг-чипы улучшают свой техпроцесс так быстро, что производители уже вплотную столкнулись с этой проблемой – их чипы бешено греются, и в итоге дают нестабильные результаты. А вычислительная производительность этих чипов вместо роста, при повышении плотности транзисторов, наоборот, снижается.

Производители по-разному пытаются бороться с этой проблемой. Так, один немецкий стартап создал чип для майнинга, потребляющий в два раза меньше энергии на единицу хэшрейта. Разработчики говорят, что их чип в сочетании со специализированным программным обеспечением позволяет повысить эффективность добычи биткойнов вдвое, причем, не за счет увеличения плотности упаковки транзисторов, а за счет применения низковольтной схемы питания. Чип, получивший кодовое название Wolfblood, потребляет 0.19 джоулей на гигахэш майнинговой мощности, в то время как существующие чипы потребляют не менее 0.37 джоулей.

Охлаждение превыше всего

Другой подход состоит в том, чтобы вместо улучшения производительности чипов более эффективно отводить от них тепло. Так, недавно сингапурский стартап CloudMining.sg начал разработку новой жидкости, которая способна более эффективно отводить тепло от электроники.

CloudMining.sg рассчитывает, что при полном погружении майнинговых плат в новую жидкость затраты на теплоотвод удастся снизить на 96%, а производительность чипов – существенно увеличить.

Это не единственный смелый проект использования новых способов охлаждения серверных стоек и оборудования. Поскольку у всех майнеров примерно одинаковая аппаратура, то любая экономия средств становится источником дополнительной прибыли.

Системы охлаждения с погружением в жидкость — пока что большая редкость в обычных дата-центрах. Но биткойн-майнинг лидирует и на этом направлении, на майнинг-фермах жидкостное охлаждение уже стало обычным делом.

Компания 3M — один из лидеров в этом направлении. 3M производит жидкость под названием Novec, которая охлаждает электронные платы в прямом контакте. Например, на гонконгских фермах ASICMiner тоже применяются такие ванны с температурой кипения жидкости около 49°C.

Кроме 3M, производством подобных систем занимаются и другие компании. Главный конкурент — американская фирма Green Revolution Cooling, использующая для охлаждения нефтяное масло.

Подрядчики ASICMiner утверждают, что с применением жидкостного охлаждения расходы на электричество снизились на 90%. Если они не сильно преувеличивают, то это действительно большое дело.

Масштаб завораживает

Наконец, с приходом крупных игроков в биткойн-майнинг, все более и более востребованными становятся комлексные решения, в которых жидкостное охлаждение применяется в невиданных прежде масштабах. Так, провайдеры центров обработки данных сейчас предлагают решения, которые обеспечивают максимальную плотность и эффективность использования майнинг-инфраструктуры – контейнерный метод. Последним примером является DataTank — предложение от Allied Control, которое содержит контейнеры, полные оборудования для добычи биткойнов сверхвысокой плотности, помещенное в цистерны жидкостного охлаждения внутри ЦОД-контейнера.

Allied Control, гонконгская инжиниринговая компания, говорит, что DataTank — это будущее биткойн-инфраструктуры, ведь она позволяет майнерам быстрее обновлять свое оборудование по мере того как более мощные системы появляются в гонке вооружений по добыче криптовалюты.

Контейнерное решение, которое было показано на конференции Inside Bitcoins в Нью-Йорке, может вместить оборудование на 1,4 мегаватт. Оно располагается в специальных емкостях, заполненных жидким охладителем Novec. Каждый контейнер может вместить шесть емкостей, каждая из которых поддерживает оборудование на 200-240 кВт.

Ну что ж, в заключение можно, пожалуй, лишь сказать, что, хотя масштаб промышленного биткойн-майнинга (а также скорость его развития) и завораживает, но несколько обидно то, что в нем практически не осталось места для майнера-любителя с несколькими графическими ускорителями. Для новичков, которые часто спрашивают “как самому добыть парочку биткойнов?”, сейчас, пожалуй, есть только один ответ: “К сожалению, вы опоздали на 2-3 года”.

Источники: Coindesk, Хакер