Rodzaje układów obliczeniowych: CPU, GPU, FPGA, ASIC.

Wydobywanie kryptowalut wciąż pozostaje enigmatyczną dziedziną. W dziesięcioletniej historii cyfrowego górnictwa pojawiło się kilka rodzajów urządzeń, za pomocą których możemy wydobywać kryptowaluty. W celu przybliżenia tego zjawiska skoncentrujemy się na czterech najbardziej popularnych typach urządzeń: CPU, GPU, ASIC, FPGA.

Niezależnie od rodzaju urządzenia, każde z nich wyposażone jest w moc obliczeniową, która w procesie wydobycia zostaje zaprzęgnięta do pracy na rzecz sieci blockchain. Dzięki tym obliczeniom wszelkie zarejestrowane transakcje w sieci zostaną zwalidowane (zweryfikowane), a każdy z użytkowników będzie mógł czuć się bezpiecznie. Górnicy za udostępnianie mocy obliczeniowej otrzymują wynagrodzenie. Więcej o tym przeczytasz tutaj.

Kopanie CPU

Pierwszym rodzajem urządzeń jest CPU (Central Processing Unit). Ta nazwa to nic innego jak dobrze znany procesor. Procesory były pierwszymi urządzeniami wykorzystywanymi do wydobywania bitcoina, ponieważ każdy komputer osobisty posiada CPU. Umożliwiało to udział w wydobyciu szerokiej gamie osób bez potrzeby inwestowania w specjalistyczny sprzęt. Dzięki tak mało wygórowanym wymaganiom w początkowej fazie rozwoju projektu możliwe było rozpowszechnienie się cyfrowego górnictwa. Jeżeli ktoś wydobył znaczne ilości bitcoina na swoim komputerze, to mogło to mieć miejsce tylko w początkowej fazie oraz za pomocą procesora zamontowanego w komputerze. Procesory posiadają kilka lub kilkanaście rdzeni.

Każdy z rdzeni jest zaawansowaną strukturą posiadającą zespół rejestrów do przechowywania danych, jednostki arytmetyczne itd. Obsługują zestawy instrukcji jak np. SEE, AVX, które umożliwiają umieszczenie odpowiednich optymalizacji w kodzie programu przyspieszając w ten sposób jego szybkość działania. Z biegiem czasu zaczęto stosować inne układy obliczeniowe, które dysponowały większą mocą obliczeniową i stopniowo zaczęły wypierać CPU. Po wielu latach obserwujemy trend powrotny i dzisiaj wydobywanie na CPU to jedna z najdynamiczniej rozwijających się technologii. Wiele kryptowalut decyduje się na stworzenie algorytmów hashujących zoptymalizowanych pod obliczenia wykonywane na procesorach.

Główną motywacją jest powrót do korzeni cyfrowego górnictwa – łatwego poziomu wejścia, dzięki czemu wydobycie ma stać się wysoce rozproszone na wielu indywidualnych użytkowników w opozycji do dużych zcentralizowanych kopalni wydobywczych. Najbardziej znaną krytpowalutą, która opiera swoje wydobycie na mocy obliczeniowej procesorów jest obecnie Monero. Topowe modele procesorów zapewniające efektywne wydobycie to koszt 2000-3000zł. Niemniej najzwyklejszy procesor o skromnej mocy wystarczy do rozpoczęcia przygody z miningiem.

Koparki GPU

Kolejnym krokiem milowym w historii urządzeń do wydobywania są układy obliczeniowe GPU (Graphics Processing Unit) – czyli karty graficzne. Wykorzystanie w obliczeniach procesorów strumieniowych znajdujących się na kartach graficznych zapewniło znaczne przyrosty mocy obliczeniowej.

Zamiast kilku rdzeni w CPU, w przypadku GPU obliczeń dokonują tysiące prostszych w konstrukcji jednostek cieniujących. Pozwala to na przetwarzanie setek a nawet tysięcy wątków równolegle. W przeszłości dzięki tym rozwiązaniom osiągnięto ogromny przeskok w uzyskiwanych prędkościach obliczeniowych. Karty graficzne niezmiennie od samego początku zastosowań w cyfrowym górnictwie cieszą się ogromną popularnością wśród górników. W swojej historii były wiodącymi urządzeniami do wydobycia dla takich walut jak: bitcoin, litecoin, dash, monero, zcash, ethereum. Powodem popularności GPU jest wysoka elastyczność, karty graficzne generują wysoką prędkość obliczeniową na wielu algorytmach hashujących, ich rekonfiguracja jest bardzo prosta i nie przysparza większych problemów.

Podobnie jak w przypadku CPU układy GPU są zaliczane do grupy łatwo dostępnych jednostek obliczeniowych, wystarczy posiadać jedną kartę graficzną by móc stać się górnikiem. Koszt zakupu karty graficznej to wydatek rzędu 500-4000zł. Typowa koparka kryptowalut składa się z od 6 do 12 kart graficznych. Obecnie najpopularniejszą kryptowalutą, na której można spotkać układy obliczeniowe oparte na mocy kart graficznych to Ethereum.

Koparki FPGA

Trzecim rodzajem układów obliczeniowych jest FPGA. Bezpośrednio programowalna macierz bramek FPGA (Field Programmable Gate Arrary), czyli programowalne układy logiczne składają się z macierzy bloków logicznych. FPGA mogą być wielokrotnie programowane tak aby wykonywały w sposób optymalny powierzone zadanie, takie jak linie traktów połączeniowych oraz programowalne klucze połączeniowe. Niewątpliwymi zaletami układów FPGA jest relatywnie krótki czas projektowania i przygotowania układu do wykonywania powierzonego mu zadania oraz niskie koszty produkcji.

FPGA są używane między innymi w fazie prototypowania układów ASIC. Pomimo posiadania gorszej energoefektywności od układów ASIC, są istotnym w miningu układem obliczeniowym ze względu na łatwość rekonfiguracji. FPGA bardzo dynamicznie rozwijają się w ostatnim czasie, w przeciwieństwie do CPU i GPU wymagane jest posiadanie dedykowanego urządzenia typu FPGA. Trudno także wskazać inne zastosowania niż zaprogramowane funkcje obliczeniowe. Z popularnych kryptowalut stosujących FPGA można wskazać RavenCoin oraz Nervos. Koszt zakupu urządzenia FPGA to wydatek rzędu 5000-12000zł.

Koparki ASIC

Ostatnią, czwartą postacią mocy obliczeniowej jest ASIC. Specjalizowany układ scalony ASIC (Application Specific Integrated Circuit), jest to układ zaprojektowany do wykonywana jednego z góry określonego zadania.

Posiada największą moc obliczeniową ze wszystkich przedstawionych powyżej układów, bezapelacyjną wydajność przy wykonywaniu powierzonego mu zadania. To niekwestionowane atuty ASIC, jednak to co jest największa zaletą jednocześnie jest także największą wadą. Niewątpliwie za wadę takich układów należy uznać brak możliwości wykorzystania ich do innych zadań niż tylko zaprogramowana funkcja. Układy ASIC są najbardziej ryzykowną formą mocy obliczeniowej, dzieje się tak ze względu na bardzo dynamiczny rozwój nowszych generacji urządzeń charakteryzujących się coraz to większą mocą obliczeniową.

Cechą charakterystyczną ASIC jest również wysoka głośność urządzenia oraz duże zapotrzebowanie na energię elektryczną. Technologia do wytwarzania układów ASIC jest bardzo zaawansowana i dostęp do niej na świecie posiada tylko kilku producentów, którzy kontrolują produkcję urządzeń typu ASIC. Najlepiej rozpoznawalnym producentem ASIC jest chiński Bitmain, twórca serii Antminer do wydobycia bitcoina. ASIC poza bitcoinem zaopatruje w moc obliczeniową takie waluty jak litecoin, zcash, dash, bitcoin cash,. Aby zostać górnikiem ASIC trzeba nabyć specjalistyczne urządzenie. Koszt takiego urządzenia to 2000-10000zł.

Autor: Marcin Żywica / ŻET Technologies