第一節(jié) 比特幣挖礦

第一章我們介紹過比特幣的本質(zhì)是一個相互驗證的公開記賬系統(tǒng)，而挖礦的本質(zhì)就是爭奪記賬權(quán)，因為有效記賬將會獲得比特幣作為獎勵。每當(dāng)有未確認交易被廣播給全網(wǎng)，所有愿意參與驗證交易的節(jié)點（比特幣礦工）每10分鐘都可以選擇一些未確認的交易對照歷史區(qū)塊鏈驗證并打包成一個“區(qū)塊”，但并非所有比特幣礦工打包的區(qū)塊都是有效區(qū)塊，而是需要參與一場難度不斷調(diào)整的計算競賽，即通過哈希碰撞來求得一串頭部為若干個零的特殊哈希值。

在中本聰設(shè)置的比特幣網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，設(shè)定每挖出21萬個區(qū)塊（總供應(yīng)量的1%）“挖礦”獎勵會減少一半。隨著時間的推移，比特幣產(chǎn)生數(shù)量將會越來越少。2009年的“創(chuàng)世區(qū)塊”給予礦工的獎勵是50個比特幣，而今天挖出新區(qū)塊的礦工獎勵已經(jīng)降至12.5個比特幣。加上越來越多的人參與挖礦，得到比特幣的難度也大大增加。

一、礦工挖礦

比特幣是通過硬件的計算產(chǎn)生的，而在理論上CPU和顯卡都可以挖礦。但是比特幣的計算系統(tǒng)會根據(jù)硬件的計算性能控制計算難度，顯卡因為速度較快，淘汰了CPU，后又被其他硬件替代。

總體來說，比特幣挖礦一共經(jīng)歷了以下五個時代：CPU挖礦→GPU挖礦→FPGA挖礦→ASIC挖礦→大規(guī)模集群挖礦。

從個人到大規(guī)模集群，比特幣挖礦越來越趨于專業(yè)化、規(guī)模化。

二、礦機產(chǎn)業(yè)

礦機產(chǎn)業(yè)具有完備的上下游企業(yè)，生產(chǎn)一款礦機大概需要涉及以下幾個環(huán)節(jié)：芯片設(shè)計、芯片生產(chǎn)、封裝、礦機設(shè)計、礦機加工等。它們的終端消費者是市場上大量存在的礦工。

（一）芯片設(shè)計

芯片設(shè)計的流程與許多產(chǎn)品的設(shè)計流程相似，是一個不斷細化和明確產(chǎn)品功能的過程。芯片設(shè)計企業(yè)負責(zé)芯片的研發(fā)，甚至也包含基本礦機方案的設(shè)計。芯片設(shè)計頗具技術(shù)含量，能否成功設(shè)計出芯片，很大程度上取決于設(shè)計團隊的技術(shù)和經(jīng)驗。但是，我們也注意到芯片設(shè)計的成本實際上并不高，十幾個人工作3～6個月，就可以完成設(shè)計。

（二）流片與封裝

芯片設(shè)計的最后一步是流片，流片需要交給芯片廠來完成。值得注意的是，流片分兩種，一種叫多項目晶圓（Multi Project Wafer, MPW），就是將多個具有相同工藝的集成電路設(shè)計放在同一晶圓片上進行流片。流片后，每種設(shè)計可以得到數(shù)十片芯片樣品，實驗費用就由所有參加MPW的項目按照芯片面積來分?jǐn)偂Ａ硪环N是單項目晶圓（Full Mask），一個晶圓上只有一種芯片。

芯片設(shè)計完成之后，誰也不能保證它會正常工作。所以第一步一般是MPW流片，在拿到樣片進行測試沒問題后，才會進行Full Mask流片。而且第一次Full Mask流片也只會少量生產(chǎn)，等封裝測試證明芯片確實能夠工作了，才會量產(chǎn)，量產(chǎn)之后再交由封裝廠封裝。

芯片流片和封裝的價格非常昂貴，生產(chǎn)工藝越先進價格越昂貴。同時，價格也與出貨量有關(guān)。如果設(shè)計團隊在芯片流片后，發(fā)布ICO募集資金，就可以全部用投資人的錢與芯片廠簽訂合同，這個過程可以說是把所有風(fēng)險都轉(zhuǎn)嫁給了投資人。如果設(shè)計團隊自己投資與芯片廠簽訂合同，那么這個過程，他們將自行承擔(dān)所有的風(fēng)險。

（三）礦機設(shè)計和加工

礦機設(shè)計可以與芯片設(shè)計同時進行，也可以由同一個團隊來完成。一般情況下，芯片設(shè)計團隊也會提供基本的礦機設(shè)計方案。在拿到樣片之前，團隊可以用芯片的仿真參數(shù)開展版型、散熱和供電方面的設(shè)計。等拿到樣片之后，需要進行測試，如果樣片和預(yù)期存在較大差異，可能還需要重新部署礦機的設(shè)計方案。

礦機設(shè)計和加工成本與芯片生產(chǎn)成本比起來相對較低，但仍需要采購配件甚至芯片。因此不少礦機銷售商采用預(yù)售的方式來減輕資金壓力。如果生產(chǎn)出來的礦機賣不出去，礦機商可以進行預(yù)挖，只要采礦的電力成本相對低廉，就可以通過這種方式收回一定的成本。

三、礦場

隨著設(shè)備的更新，專門用于挖礦的“礦機”被制造出來，于是挖礦進入大規(guī)模集群化階段。大量礦機被集群部署在機房里形成礦場。由于對電力的巨大需求，礦場通常臨電站而建。由于礦機工作時噪聲較大且產(chǎn)生的熱量較多，并不適合長期放在辦公室或家中，因此很多礦機所有者會將礦機直接托管到礦場進行挖礦。

礦場的贏利模式并不復(fù)雜。代挖礦業(yè)務(wù)可通過出售礦機或算力的方式進行，對每臺礦機收取礦機托管服務(wù)費。在礦機沒有百分之百被出售的情況下，礦場也會自行進行挖幣并通過交易獲得挖礦收益。成本主要是電費、廠房租賃費用和運維人員的人力成本。

幣價是挖礦收益的最大影響因素之一。一旦幣價跌破挖礦成本，許多礦場會選擇暫停挖礦。2018年新年伊始，比特幣價格震蕩下行，一度從11000美元大跌至6000美元，于是在2018年2月6日，幣網(wǎng)就發(fā)出了多個云算力合約暫停公告。公告顯示，合約礦機挖礦日耗電費4.32元/T，當(dāng)時比特幣挖礦每T算力日收益約為0.00009660BTC，當(dāng)比特幣單價低于4.32元/0.00009660=44720.49元時，云算力合約收益將低于電費支出。需要指出的是，隨著挖礦難度不斷上升，比特幣價格需不斷提高才能滿足挖礦電費支出。

四、礦池

比特幣的PoW共識機制決定了組合算力聯(lián)合挖礦具有更大優(yōu)勢。為了提高采礦的穩(wěn)定性，礦池產(chǎn)生了。礦池的商業(yè)模式比礦場輕很多，礦池自身并不會投入礦機進行挖礦，而是提供對外開放的采礦服務(wù)器，專門為礦工和礦場提供礦池接入及派幣服務(wù)，賺取服務(wù)收入。目前國內(nèi)較為著名的比特幣商業(yè)礦池有F2Pool, BTCC Pool, AntPool, BW Pool等。

圖1.65展示了2018年1月8日至2月7日的全球比特幣算力分布，全球算力達到9211434TH/s，其中AntPool以17%的市場份額成為當(dāng)期算力最大的礦池，BTC.com和BTC.TOP位列其后。值得一提的是，AntPool, BTC.com, BTC.TOP, ViaBTC, BTCC, BW.com,1Hash和BATPool都是由中國團隊組建的礦池，如果接入算力均來自中國，那么參與全球比特幣挖礦的中國算力總和占全球算力的比重將超過65%。

挖礦產(chǎn)業(yè)的興起與礦機銷售市場的火爆，對國內(nèi)電子產(chǎn)業(yè)鏈帶來的機會也不容小覷。不管是上游芯片制造業(yè)，還是封測、EMS廠商、被動原件，PCB產(chǎn)業(yè)鏈都受益頗豐。海通證券在一份研究報告中測算2017年礦機芯片封測市場總量在9億～11億元人民幣，預(yù)計2018年礦機芯片封測市場規(guī)模將會達到36.3億～99.8億元人民幣，中值約為60億元人民幣。