FPGA mining: расчеты, версии майнеров и разработка своими руками

[blacktrader]

В этой статье подробно разберем, что такое FPGA-майнинг, какие устройства существуют на рынке, также расскажем кейсы и приведем сравнения с другими способами майнинга и ответим на вопрос, возможно ли сделать майнер своими руками.

Что такое fpga
FPGA расшифровывается как Field Programmable Gate Array, что по-русски переводится как «программируемая пользователем вентильная матрица», сокращается до ППВМ. Она является разновидностью ПЛИС — программируемой логической интегральной системы.

Микросхема представляет собой полупроводники. Используется в тех случаях, когда устройство предназначено для выполнения логических операций, типа and, or, nand и другие.

Технические основы можно найти в книге от Интел «FPGA для чайников» авторства Andrew Moore
То есть, это микросхема с повторяющимися логическими блоками, соединенными в цепь. Их можно сконфигурировать по собственному усмотрению с учетом задач.



FPGA mining распространился одно время, так как задача майнинга как раз совершать однотипные операции. Это был первый шаг перед АСИКами.

Но при майнинге температура устройства слишком поднималась, охлаждение и обеспечение электричеством выходили затратными, снижая рентабельность от fpga-майнера.

Проблему решали производители устройств, повышая эргономичность, стабильность работы и температуры.



ПЛИС даже в режиме цепи действуют как один майнер (порт UART). Когда плата подключается к ПК, распознается как устройство ttyUSB или COM под Windows.

Нормальная частота ошибок составляет менее 0,1%, если уровень ошибок увеличивается, это означает, что что-то пошло не так.

Для FPGA необходим дополнительный вентилятор. Измерение температуры позволяет cgminer отключать ПЛИС, если он становится слишком разогретым.

Майнинг на fpga Altera
Это устройство до сих пор можно считать топовым по производительности. Выпускалось наряду с Spartan (один из первых).

В конце 2011–начале 2012 года такие инновационные компании, как Butterfly Labs, ZTEX начали предлагать майнинговые устройства на базе FPGA. Большинство из них были основаны на FPGA Xilinx Spartan6-150 (200 to 220 MH/s) стоимостью 100 долларов, в устройствах BFL использовалась Altera (830 MH/s), что компания получила по сниженной цене.

Но цена на майнер все равно была высокой, по 600 долларов за микросхему.

В середине 2012 года BFL начал поставлять так называемое мини-устройство miniRig на 25,2 GH/s, состоящее из корпуса и вентиляторов, внутри несколько плат (как правило 17-18) на общую хэш-скорость в 25,2 ГГц/с. ПЛИС Altera в miniRig были еще более дорогими, вся конструкция стоила 15 тысяч долларов. Затем компания плавно перешла на ASIC.

Майнер, который использует совместимую плату FPGA, может работать и в пуле, и в одиночку.

Первый проект с открытым исходным кодом FPGA Bitcoin mine был выпущен 20 мая 2011 года для Altera и Xilinx FPGA. Чтобы скомпилировать код, нужны хотя бы базовые технические знания.

Люди использовали чипы для майнинга BTC, LTC, DOGE и других монет. Все разработки FPGA чаще всего были SHA256 или Scrypt. Силами сообщества была создана схема для майнинга X11. АСИКи начали вытеснять эти майнеры.

FPGA vs ASIC


Первое, что можно отметить, — это то, что разработать FPGA намного проще. В отличие от ПЛИС, дизайн ASIC начинается с совершенно пустой таблицы. Не значит, что каждый настроит микросхему для майнинга дома. Но при наличии базы и прочтении опыта других (об этом ниже), задача теоретически выполнима.

На FPGA вы начинаете с большого массива логических блоков, PLL, встроенных ОЗУ, буферов ввода-вывода, (де) сериализаторов, сетей распределения электроэнергии и т. д., разработка ASIC самостоятельно начинается еще с более низкого уровня. Это означает, что компоненты должны быть приобретены либо изготовлены как часть библиотеки, либо индивидуально разработаны для ASIC.

Следующей большой разницей является цикл разработки. Простые ПЛИС могут быть построены в течение дня или пары недель для умеренно сложного проекта. Это именно цикл: разработка -> выпуск -> тест -> фикс -> разработка…

Один цикл производства ASIC может занять несколько недель (месяцев), после чего вам необходимо интегрировать и протестировать его. После тестов баги не фиксятся, это слишком дорого.

Технология ASIC обеспечивает более высокую скорость и более низкое энергопотребление в сравнении с FPGA. Различия в скорости между двумя методами легко достигают 10 раз или более.

• Плюсы ПЛИС: можно поиграться самому, подходит для хобби, дешевле за одну единицу товара
• Плюсы АСИК: быстрее, ниже потребление, много предложений на рынке, работает «из коробки».

Сравнение с GPU


Графические процессоры значительно более мощные, чем CPU’s, как по мощности, так и по хешированию/ватту, но из-за присущей FGPA параллельности может быть примерно в 15 раз эффективнее.

В целом, вывод по FPDA такой, что они потребляют меньше электроэнергии, могут быть перенастроены и спроектированы самостоятельно, если вы разбираетесь в микроэлектронике. Но у них:

• высокая теплоотдача,
• устройства не подходят для новичиков,
• чтобы настроить своими руками, нужно действительно искать материалы.

Сравнение майнинга на алгоритме Scrypt
Несмотря на более высокую цену, АСИК будет выгоднее. Но для устойчивых к такой разработке монет, можно попробовать FPGA-майнер.

Майнер FPGA своими руками
Под Ethereum некоторые пытались писать майнер самостоятельно. Целый алгоритм таков:

1. купить чип,
2. разработать плату,
3. собрать устройство,
4. написать ядро под алгоритм майнинга: для SIA есть, для Groestl, для Keccak, их нужно адаптировать под свое устройство,
5. установить дополнительный софт.

FPGA оборудованием занимаются:

• Icarus Project,
• X6500 Miner,
• ModMiner Quad,
• Ztex
• Altera от Intel (считается более удобной для новичков, так как есть более подробная документация).

Можно почитать эту тему (на английском), где энтузиаст собрал ферму из нескольких установок с доходом $ 160- $ 456 в день. Его ROI составляет 70-200 дней в зависимости от алгоритма.

Вся установка оснащена одним источником Rosewill Hercules 1600W, каждая карта сжигает 100-160 Вт. Любая приличная материнская плата для майнинга будет работать, загрузка на процессор очень низкая. Любая установка GPU может быть быстро переделана в FPGA.

Также ПЛИС использовали для высокочастотного трейдинга: статья на Хабре.

Готовые предложения на рынке
На англоязычном биткоинтоке аноним предлагал по цене в $7500 написать рабочий FPGA-майнер для CryptoNightv7.

План проекта таков:

• майнер должен успешно добывать Monero, используя cryptonightv7 на FPGA,
• майнер должен быть оптимизирован для Kintex-7,
• должен оставаться закрытым.

Также известно, что Baikal miner для Criptonight — это FPGA, что является их ключевым преимуществом после выпуска Bitmain Antminer X3. Если монета изменяет свой алгоритм хеширования, оборудование можно перенастроить.

Мы не можем рекомендовать конкретные сайты, потому что отношение к возможности майнить по алгоритму cryptonight на fpga спорно.

Также программы для майнинга и другие готовые решения обычно или платны, или забирают себе комиссию с намайненного в размере 3-5%.