FPGA для майнинга: какие тренды будут преобладать в 2019 году

В майнинге намечается революция. Возможно очень скоро пользователи пересядут со считавшихся ранее непревзойденными ASIC на FPGA, а GPU будут использоваться только для игр и нейросетей. Увидим ли мы такой переход в нынешнем году?

Что такое FPGA

FPGA (Field-Programmable Gate Array) — это программируемая логическая интегральная схема, или ПЛИС. Главным её отличием является невероятная адаптивность и гибкость машинной логики. При этом не нужно проводить какие-либо электромонтажные работы, всё достигается на программном уровне. Большинство современных FPGA-устройств могут работать со сложными алгоритмами, что делает их отличным вариантом для майнинга.

На базе схемы создают многоканальные системы параллельных вычислений. Гарантия логической независимости процессов обработки данных и колоссальная надёжность чипов создают конкуренцию сигнальным процессорам DSP и ARM, а также позволяет масштабировать архитектуру.

Благодаря гибкости и настраивамости под разные задачи FPGA-матрицы применяют в аэрокосмической отрасли, медицине и вычислительной технике. Для некоторых приложений они подходят идеально, поскольку выполняют параллельно множество однотипных операций.

Этот тип оборудования сложно назвать инновационным. Первая FPGA схема была разработана нынешним лидером индустрии компанией Xilinx еще в 80-ых гг. XX века. До недавнего времени применительно к майнингу платы являлись переходным этапом на пути от GPU к ASIC и имели ряд недостатков.

Что не так с CPU, GPU и ASIC

FPGA появились как альтернатива центральным процессорам и видеокартам, которых поначалу хватало майнерам. Главным их плюсом было то, что ЦП или графический процессор можно было переключить на другой блокчейн-проект, не ограничиваясь одной «веткой». Майнер формировал инвестиционный портфель из нескольких криптовалют и чувствовал себя увереннее на штормящем и волатильном рынке крипто. Едва прибыльность монеты падала, можно было переключиться на другой блокчейн.

Усложнение вычислений привело к тому, что процессоры не могли обрабатывать такое количество операций в секунду. Например, ядро процессора способно обрабатывать 4/8 32-битных операций в секунду. Средняя видеокарта могла выполнять уже 3 000 операций в секунду. Конечно, до сих остаются монетки, которые выгодно добывать на ЦП или видеокартах, но производители предложили альтернативы в виде специализированных устройств.

Это привело к появлению ASIC. Мощные и узконаправленные устройства позволяли добывать больше токенов, но только в рамках одного алгоритма. В этом заключается их главный недостаток — жёсткая привязка к, скажем, алгоритму SHA-256. Если рентабельность крипты падает, вы ничего не можете сделать, остаётся надеяться, что она рано или поздно вернётся к вершинам. И произойдёт это раньше, чем асик устареет.

В короткий промежуток между двумя этими основными вариантами майнинга возникли FPGA. Они сочетали гибкость выбора блокчейнов (как GPU) и при этом обладали повышенной вычислительной мощностью (как ASIC). Основными игроками данного рынка стали уже знакомый нам Xilinx и Altera (ныне вошедшая в состав Intel). К 2020 году ёмкость рынка должна достичь 10 млрд долларов.

Преимущества и недостатки FPGA

Основных проблем для массового внедрения FPGA в майнинг две: сложность настройки и высокая стоимость по сравнению даже с самыми мощными ASIC.

Слишком высокая гибкость и специфика архитектуры платы отвернула от неё начинающих майнеров. Фактически, FPGA можно запрограммировать на выполнение любых операций. Но для этого нужно обладать определённым кейсом знаний и навыков. И если для начала работы с «нулевой» GPU у вас есть BIOS и утилита-майнер, то в случае с FPGA вы имеете дело с tabula rasa, «чистой доской». Причём написать программный код нужно на языке Verilog или VHDL.

ASIC в этом отношении оказались гораздо более дружелюбными. Достаточно было включить их в розетку, выбрать пул, провести настройку в веб-интерфейсе, создать воркер. Ограниченность блокчейнами одного алгоритма компенсируется простотой настройки и меньшей, по сравнению с FPGA, ценой.

Тем не менее, FPGA выглядят очень интересными и перспективными устройствами.

Преимущества FPGA в майнинге:

• вычисляют в 5-10 раз быстрее GPU при сопоставимом электропотреблении;

• сопоставим с ASIC по хешрейту в зависимости от алгоритма;

• абсолютная гибкость программных алгоритмов и настройки;

• компактные размеры;

• не устаревает в процессе эксплуатации.

Недостатки FPGA в майнинге:

• высокая стоимость;

• штучное производство;

• требуют подключения к ПК как и GPU;

• сложность настройки, выходящая за рамки компетенции обычного криптоэнтузиаста;

• появление мощных и недорогих асиков.

Программа Bitstream как основа FPGA

Программная оболочка Bitstream пишется на одном из языков программирования (Verilog или VHDL). Допустим, вы хотите подключиться к определённому алгоритму майнинга. Для этого нужен бит-поток, сообщающий FPGA как работать с алгоритмом. Битстримы загружают в устройство после загрузки системы в энергозависимую память ПЛИС. Они очень требовательны к объёму оперативной памяти, чем её больше, тем больше бит-потоков может хранить устройство (вплоть до сотни при 64 ГБ). Переключение между алгоритмами в случае правильно настроенной программной оболочки занимает доли секунды.

Важно учитывать, что распределить мощности вычислителя нельзя. То есть нельзя задействовать 60% для майнинга условной Monero и 40% оставить на Litecoin. Все доступные ресурсы задействуют для одного алгоритма.

Тренды FPGA 2019 года

В 2018 году майнеры задумались над тем, чтобы сделать шаг назад к более адаптивным, пусть и менее производительным устройствам. Это было связано с тем, что курсы основных криптовалют пришли в нисходящее движение, но майнеры ничего с этим поделать не могли — используя ASIC они вынуждены были оставаться в рамках выбранного алгоритма и стали заложниками купленного устройства.

В нынешнем году могут появится FPGA-устройства, которые будут избавлены от недостатков систем данного типа. Например, некоторые стартапы обещают устройства, чья скорость хеширования будет в 10 раз выше, чем у видеокарт, а скорость переключения на иные алгоритмы займёт считанные секунды.

Главным препятствием остаётся высокая стоимость устройств, ввиду монопольного положения на рынке основной компании Xilinx. Одно устройство стоит 4 тыс. долларов США, а ферма из 6-8 FPGA соответственно продаётся от 24 до 32 тыс. долларов. К тому же платы пока требовательны к конфигурации ПК. Однако выход устройств для среднего майнера наверняка произойдёт в этом году.

Какой FPGA купить

Пока энтузиасты в основном работают с платой Xilinx VU9P FPGA. Это наиболее универсальный продукт, который можно запрограммировать на ряд алгоритмов майнинга. Однако при работе в режиме майнинга, а это как правило 24/7, пока не протестировано ни одно устройство. Поэтому для майнеров, входящих в индустрию всерьёз и надолго, это также является проблемой.

Платы хотят сделать доступными для широкой аудитории майнеров. Тогда разработчики смогут писать программное обеспечение и формировать экосистему вокруг относительно незнакомого для майнеров оборудования. Отметим, что гарантия на поставляемые в розницу FPGA не такая продолжительная, как на видеокарты, поэтому их можно смело охлаждать альтернативными способами спустя несколько месяцев после покупки.

Коммерческими FPGA для майнинга в крупных масштабах занимаются Zethereon, Altera и Mineority, а также ряд более мелких групп разработчиков (ModMiner Quad, Icarus Project и пр). Плохая новость заключается в том, что пока на рынке дефицит подобных решений и спрос на них явно опережает предложение. Если же цена на FPGA пойдёт вниз, хотя бы до 3,5 тыс. долларов, это может спровоцировать новую волну ажиотажного спроса. И тогда Xilinx придётся открывать дополнительные подразделения для массового выпуска плат.

Недостатком продукта является плохая система охлаждения, поэтому плате нужна ручная настройка и легкий тюнинг. Одним из вариантов которого является иммерсионное охлаждение для FPGA. Оно равномерно отводит тепло от всех чипов ПЛИС и поддерживает стабильную температуру платы. Иммерсионное охлаждение позволяет «играться» с разгоном и повышать конкурентные преимущества в майнинге криптовалют.

Кроме того, использование иммерсионного охлаждения позволяет утилизировать выделяемое FPGA-майнерами тепло. Его можно направлять на бытовые и производственные нужды, отапливать дом, подогревать полы и обеспечивать горячим водоснабжением. Это компенсирует расходы на пока ещё дорогие FPGA и сделает устройства максимально прибыльными.

В любом случае пользователям нужно ещё немного подождать, пока выйдут коммерческие решения, способные изменить мир майнинга.

Поставляем свежие новости в нашем телеграм-канале!