暗号マイニング ハードウェアの進化: CPU、GPU、FPGA、および ASIC

1暗号マイニング ハードウェアの進化Glance

暗号通貨マイニング ハードウェアは、柔軟な汎用プロセッサーから、1 つの Proof-of-Work アルゴリズム用に構築されたマシンへと進化しました。 ビットコイン マイニングは通常の CPU で始まり、2010 年頃に GPU に移行し、短い FPGA フェーズを経て、専用マシンが出荷され始めた 2013 年に ASIC 時代に入りました。

重要な教訓は、単に新しいカテゴリがそれぞれ速かったということではありません。すべてのステップで柔軟性と引き換えに、より高いスループットとより優れたエネルギー効率を実現しました。 CPU は多くのプログラムを実行できます。 GPU は高度な並列処理を実行します。 FPGA はハードウェア レベルで再構成できます。 ASIC は、狭いワークロードを非常に適切に実行するように製造されています。

2CPU 時代: 通常のコンピューターでのマイニング

ビットコインの初期の時代、マイナーは標準のデスクトップ コンピューターの中央処理装置を使用していました。 CPU はさまざまな種類の命令を処理できるように設計されているため、参加者が少なく、初期難易度が低い新しいネットワークの自然な出発点となりました。

このアクセシビリティにより、初期のマイニングに実験的な性格が与えられました。つまり、ノード、ウォレット、マイナーが同じマシン上で実行できるということです。ただし、汎用設計は、CPU の回路の多くが同じハッシュ関数を繰り返し計算するように最適化されていないことも意味します。より多くのマイナーが参加し、より適切なハードウェアが登場したため、CPU マイニングはビットコイン ブロックの生産と競合できなくなりました。

CPU はマイニングから消えませんでした。ハードウェアの適合性はアルゴリズムによって異なります。たとえば、Monero 氏は、RandomX は CPU に優しく、特殊なマイニング ハードウェアの利点を軽減するように設計されていると説明しています。 「CPU マイニングは時代遅れである」という表現が広すぎるのはこのためです。すべての Proof-of-Work デザインではなく、一部のネットワークでは廃止されています。

3GPU 時代: 並列作業が経済を変える

グラフィックス プロセッシング ユニットは、多くの同様の計算を並列で実行するために作成されました。このアーキテクチャは、多数の候補ハッシュを個別にテストできるマイニング ワークロードにも適合します。ケンブリッジの研究者は、ビットコインの GPU マイニングへの移行を 2010 年まで遡り、その初期のワークロードでは GPU が CPU よりも約 6 倍効率的だったと推定しています。

GPU の変化は速度だけではありませんでした。マイナーは、同じグラフィックス カードを別の互換性のあるアルゴリズムにリダイレクトし、ゲーム市場やコンピューティング市場に再販し、メモリ、クロック、電源設定を調整する可能性があります。この柔軟性により、多くの初期のアルトコイン エコシステム全体で GPU リグが重要になりました。

イーサリアムは、有用な歴史的な例と、古いマイニング ガイドに対する重要な修正を提供します。 Ethash はメモリハードになるように設計されており、ASIC の特殊化に抵抗することが期待されていました。最終的には ASIC が構築されましたが、GPU はイーサリアムの Proof-of-Work 期間中も実行可能でした。その後、イーサリアムメインネットは2022年9月15日にマージを完了し、ブロックの生成をプルーフ・オブ・ステークに切り替えました。たとえ他のネットワークがまだ Ethash または関連アルゴリズムを使用しているとしても、ETH はマイニングできなくなりました。

4FPGA フェーズ: プログラマブル ブリッジ

フィールド プログラマブル ゲート アレイでは、製造後に構成できるハードウェア ロジックが導入されました。一般的な命令ストリームを実行する CPU や GPU とは異なり、FPGA は特定のタスクを中心にロジック ブロックとデータ パスを配置できます。これにより、デバイスを再プログラムする機能を維持しながら、不必要な作業を削減し、エネルギー効率を向上させることができます。

FPGA は、2011 年頃にビットコイン マイニングに登場しました。FPGA は、GPU を超える有意義な効率化ステップを提供しましたが、導入にはハードウェア設計の知識、特殊なツールチェーン、およびより実践的な統合が必要でした。

FPGA 時代が重要だったのは、マイニング アルゴリズムを専用ハードウェアに近づけることの価値が証明されたからです。これは、ソフトウェア制御の並列プロセッサと固定機能 ASIC シリコンの間のエンジニアリング ブリッジでした。

5ASIC: 専用シリコンが業界を変える

特定用途向け集積回路は、一般的なコンピューティングではなく、狭い機能向けに設計されています。ビットコイン ASIC では、多数の専用ハッシュ コアが、CPU や GPU よりもはるかに少ないオーバーヘッドで SHA-256d 作業を繰り返し処理します。ケンブリッジのマイニング ハードウェアの歴史には、2012 年の第 1 世代ビットコイン ASIC の発表と、2013 年に複数のメーカーによる最初の納入が記録されています。Canaan は、同社の 2013 Avalon マシンが初の商用 ASIC 搭載ビットコイン マイナーであると認めています。

ASIC は、ワットあたりのハッシュ レートを決定的な競争上の優位性としました。また、展開単位も変更されました。マイナーはデスクトップのマザーボードを中心にグラフィックス カードを組み立てるのではなく、ハッシュボード、コントローラー、電力変換、冷却、およびファームウェアを備えたネットワーク アプライアンスをインストールするようになりました。

専門化により、実際のトレードオフが生じます。 SHA-256 ASIC は、ファームウェアのアップデートを通じて Scrypt、kHeavyHash、Blake2b-Sia、または Equihash マイナーになることはできません。アルゴリズムが需要を失ったり、ネットワークのコンセンサスが変化したり、互換性のあるプールがなくなったりした場合、マシンには代替用途がほとんどない可能性があります。コンポーネント、コスト、購入リスクについて詳しくは、 ASIC マイナーとは何ですか?

6アルゴリズムがハードウェア市場を形作る理由

Proof-of-Work アルゴリズムは、マイニング ハードウェアが実行する必要がある操作とメモリの動作を定義します。したがって、どのハードウェア カテゴリが競合できるか、また専門化による利点がどの程度大きくなるかを決定します。

異なるアルゴリズムのハッシュレート番号は互換性がありません。各ハッシュには異なる操作とメモリ アクセスが必要となるため、SHA-256d 作業の 1 TH/s を別のアルゴリズムの 1 TH/s と直接比較することはできません。同じ境界が効率単位にも適用されます。更新された ハッシュレート ガイドでローカル、プール、ネットワーク レートがどのように異なるかを学びましょう.

7最新のマイニング システムの内部

最新のマイニング ハードウェアは単なるチップではありません。これは、仕事を受け取り、安定した電力を供給し、熱を除去し、共有を送信し、長い動作期間にわたって管理しやすい状態を維持する必要がある完全なシステムです。

ソフトウェアはハードウェアの成果物の一部のままです。プールの資格情報、マイニング プロトコル、ファームウェアのバージョン、電圧と周波数の設定、ファン制御、およびモニタリングによって、定格パフォーマンスが安定して受け入れられる作業になるかどうかが決まります。 ビットコイン マイニング ソフトウェア ガイド では、ノード、プール、ファームウェア、管理ツールの境界について説明しています。

8生のハッシュレートから効率とフリート経済まで

初期のハードウェアの議論では、生の速度に焦点が当てられることがよくありました。成熟した運用では、出力と壁面電力、稼働時間、不良品率、冷却オーバーヘッド、修理可能性、および購入コストを比較します。効率は通常、ハッシュレート単位あたりのジュールとして表されますが、正確な単位はアルゴリズムによって異なります。

ケンブリッジ デジタル マイニング産業レポートでは、2024 年 6 月の業界全体のビットコイン ASIC 効率が 28.2 J/TH と推定され、前年比 24% 向上しました。これは各マシンの仕様ではなく、古いフリートの見積もりですが、効率の向上がどのハードウェアが経済的であるかに影響を与える理由を示しています。

効率が高ければマイナーの耐用年数は延長されますが、利益が保証されるわけではありません。電気料金、ネットワーク障害、コイン価格、プール料金、電力削減、冷却、修理、税金、ダウンタイムはすべて結果に影響します。 マイニング効率ガイド を使用して、壁電力、公称ハッシュレート、実効ハッシュレート、施設のオーバーヘッドを分離します。

9在宅採掘者と工業用地はさまざまな制約を最適化

現代の家庭指向のマイナーは専門化の歴史を逆転させません。 ASIC を低電力またはより静かなシステムにパッケージ化します。産業用水力設計および浸漬設計も ASIC システムのままです。冷却は、チップが実行できるアルゴリズムではなく、熱の移動方法を変更します。低騒音要求を完全な設置計画として扱う前に、 ASIC 冷却および換気ガイド 低騒音の主張を完全な設置計画として扱う前に。

102026 年の鉱山ハードウェアを評価する方法

履歴は、現在の決定を改善する場合にのみ役立ちます。マイナーを購入または再導入する前に、アルゴリズムから電気インフラストラクチャに至る完全なチェーンを確認してください。

• 正確なアルゴリズムとバリアントを確認してください。 類似した名前は互換性を保証しません。
• ターゲット ネットワークがまだ Proof of Work を使用していることを確認してください。 コンセンサス アップグレード後は古いマイニング リストに依存しないでください。
• アクティブなプール、サポートされているプロトコル、支払いルール、地理的な遅延を確認します。
• 同じ動作モードで定格ハッシュレートと効率を比較します。
• 壁面電力、毎日の kWh、回路ヘッドルーム、プラグ、電圧、および PSU 要件を計算します。
• 完全な熱とノイズの経路を計画します。 消費される各ワットは、内部で約 1 ワットの熱になります。サイト。
• ファームウェア ソース、リモート アクセス制御、アップデート ポリシー、および監視サポートを確認します。
• 保証、状態、修理部品、配送リスク、および販売者の証拠を検査します。
• モデルのマイナス面のケース。 難易度の高さ、コイン価格の低下、ダウンタイム、手数料、再販価値が含まれます。

中古機器の場合、使用年数だけでは十分ではありません。ログ、ハッシュボードの健全性、腐食、ファンまたはポンプの状態、PSU の動作、修復履歴、バーンイン結果を比較します。 新しい ASIC と使用済みの ASIC ガイド では、より詳細な検査フレームワークが提供されています。

11第一次 ASIC 時代のその後は何ですか?

将来の進歩は、ASIC を 1 つの汎用的な新しいカテゴリに置き換えることよりも、特殊なシリコンを中心としたシステムの改善に重点が置かれる可能性があります。半導体プロセスの進歩は続いていますが、ケンブリッジの調査では、ハードウェアが物理的および製造上の制約に近づくにつれ、ビットコインのマイニング効率向上のペースが鈍化していると指摘しています。

次の競争力のある層には、より優れた電圧制御、より信頼性の高いファームウェア、より高密度な電力供給、保守可能なモジュール設計、液体および浸漬冷却、廃熱の利用、需要応答、およびより強力なフリートテレメトリが含まれます。一部のマイニング企業は、ハイ パフォーマンス コンピューティングのために電力とデータセンター インフラストラクチャを再利用していますが、マイニング ASIC 自体を一般的な AI アクセラレータに変換することはできません。

ハードウェアの集中も進化の一部です。ケンブリッジの 2025 年の業界レポートでは、SHA-256 ASIC 製造市場が非常に集中している一方で、ファームウェアは依然として多様であることがわかりました。同じ調査では、使用されなくなったハードウェアの多くが再販、再利用、またはリサイクルされたことが報告されており、デバイスが最初のオペレーターを離れたときに必ずしも経済的寿命が終わるわけではないことが示されています。

12よくある質問

13主要および研究参考文献

• ビットコイン: ピアツーピア電子キャッシュ システムビットコインのコンセンサス設計におけるプルーフ オブ ワークと CPU パワーの元の説明。
• ビットコイン開発者ガイド: マイニングブロック テンプレート、ヘッダー、ノンス
• ケンブリッジ: ビットコインの電力消費 - 改善された評価CPU、GPU、FPGA、および ASIC タイムラインとハードウェア ライフサイクル分析を文書化。
• ケンブリッジ デジタル マイニング産業レポート効率、ハードウェアの集中、運用、および設備の再利用。
• Canaan Form 20-F: 会社と Avalon の歴史Avalon ASIC マイニング マシンの 2013 年 1 月の出荷を文書化した会社の歴史。
• Ethereum.org: EthashEthash メモリ硬度、GPU マイニング、およびその後の ASIC の歴史的説明開発.
• Ethereum.org: マージイーサリアム メインネットの 2022 年のマイニングからプルーフ オブ ステークへの移行に関する公式記録。
• Monero: RandomX Proof of Work についてMonero の CPU フレンドリーで ASIC 耐性のあるマイニング設計の公式概要。