Fpga модуль для майнинга

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;

Источник

FPGA mining: расчеты, версии майнеров и разработка своими руками

Производство оборудования для майнинга криптовалют – бурно развивающаяся отрасль, которая за относительно недолгое время существования прошла определенные этапы развития. Одним из таких этапов было использование FPGA, или ПЛИС, для создания аппаратных майнеров. Первые подобные устройства само собой предназначались, для добычи биткоина и просуществовали недолгое время, после чего были вытеснены ASIC-майнерами. Одно из подобных устройств было рассмотрено например тут.

Однако эра FPGA майнинга на этом не закончилась. За прошедшие годы существенно возросло число криптовалют, а также число алгоритмов хэширования. Производители оборудования реагируют на изменение ситуации на этом рынке, выпуская все новые и новые устройства для майнинга на базе ASIC.

Однако современные чипы ASIC создаются только под один алгоритм и при изменении алгоритма криптовалюты модифицировать чип под новый алгоритм невозможно. А подобное изменение алгоритма достаточно частое явление. Достаточно вспомнить хотя бы непрекращающуюся борьбу Monero с ASIC-майнерами, или Vertcoin, создатели которого изменили алгоритм, уведя свою монету из сферы ASIC-майнинга. В отличии от ASIC, чип FPGA обладает огромным неоспоримым преимуществом – адаптивностью и программной гибкостью, так как его можно перепрограммировать и продолжить использовать на изменившемся алгоритме.

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.

Физическое устройство и характеристики

Рассматриваемый майнер состоит из двух частей. Лицевая часть предназначена для установки охлаждения, которому ничего не должно мешать. Именно поэтому на лицевой части практически нет электронных компонентов.

Под желтой предупреждающей наклейкой скрывается FPGA чип.

В майнере используется FPGA от Xilinx семейства Kintex-7, модель XC7K325T. Это достаточно мощный и производительный чип на 326080 логических ячеек. Подробные характеристики выглядят следующим образом:

В семействе Kintex-7 данный чип относится к среднему сегменту как по своим техническим характеристикам, так и по цене.

Тыльная сторона майнера несомненно более интересна по своему содержимому.

В правой нижней части платы находится коннектор для подключения питания 12V стандарта PCI-e. Слева от него переключатель «ВКЛ-ВЫКЛ», разъем для подключения питания от DC 12V блоков и в левом нижнем углу кнопка сброса. В верхней части платы слева расположены два 4-pin разъема красного цвета, для подключения вентиляторов активного охлаждения. В центре композиции гордо красуется черная плата с белой надписью «Antminer». Многие владельцы ASIC-майнеров производства Bitmain искренне считают, что эта плата ни что иное, как контрольная панелька для Bitmain Antminer. Однако, эта черная плата — всего лишь одноплатный компьютер BeagleBon Black версии 2.5 или в простонародье BBB.

Как бы то ни было, наличие на самом одноплатнике клейма от Bitmain удивляет, однако не удивляет тот факт, что в качестве контрольной платы для майнера был использован именно BBB. Для этого одноплатника имеется достаточное количество готовых системных решений, в том числе и в открытом доступе.

Как было отмечено выше, майнер отправляется покупателям без системы охлаждения и без блока питания. В качестве охлаждения подойдет башенный кулер для семейства Intel CPU LGA115X. Для его установки на лицевой стороне платы имеются четыре отверстия. Однако обращает на себя внимание тот факт, что около чипа FPGA есть еще четыре отверстия. То есть существует возможность установить на чип небольшое пассивное охлаждение. Такое охлаждение целесообразно ставить, если планируется размещать плату в замкнутом, хорошо продуваемом корпусе.

На торце платы два сигнальных светодиода. Логика их работы стандартная, применяемая во многих ASIC майнерах. Если медленно, с частотой примерно раз в секунду моргает зеленый светодиод, то все хорошо, если красный — значит, есть какие-то проблемы.

Не рекомендуется включать майнер без охлаждения. В настройках майнера по умолчанию уже прописаны пулы и алгоритм хэширования. Поэтому при подключении питания и включении в сеть с DHCP майнер сразу начнет работу.

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.

Changelog (Relaeses) CGMiner:

Version 4.11.1

CGMiner 4.11.1 (NoDevFee): GPU/FPGA/ASIC mining

• Alias T1factory option to noauto.
• sem_timedwait needs to use CLOCK_REALTIME.
• Conditional timedwaits need to use CLOCK_REALTIME.
• Remove unused abstime.

Version 4.11.0

• Disable implicit fallthrough warning for newer GCCs.
• Alphabetical options.
• Cope with abs timeouts not working on some OSs, fixing a logic error on cgsem_mswait.
• hash table: use lookup instead of iteration
• Do away with useless factory tune.
• Keep diff low for accurate hashrates.
• Take an optional fanspeed target allowing for quiet operation.
• Change default pll back to 1332.
• Set lastshare on successful reinit and sleep longer for each retry.
• Allow much tighter temperature control if temperature is unchanged for a longer period, allowing temps to get to 75 degrees and have optimally low fanspeed.
• Use clock_gettime instead of gettimeofday to not be burnt by ntp changes.
• Remove useless variables.
• Should be 390k.
• Set lower spi speed to allow ultra low frequencies on shutdown.
• Re-initialise chains first if possible instead of shutting down cgminer.
• Abstract out prepare T1.
• Abstract out start t1 chain.
• More reliably shut down cgminer from the driver thread.
• Import SPI fixes.
• Import dev fixes.
• Speed up mcompat_find_chain_vid since we are just going to lower voltage during tuning it doesn’t need to be very accurate.
• Fast start/restart with clean shutdown to lower power but powered on mode.
• Import Dragonmint T1 driver and version rolling AKA asicboost support.
• Do not give out API description to random probes to inappopriately open ports.
• Use system provided uthash and libjansson if provided preferentially now.
• Update uthash to version 2.0.2
• Avoid potential buffer overflows in api.c
• Fix write config with enable-icarus changes.
• Sleep if btcd isn’t immediately available and try again when attempting to decode a coinbase.
• Elaborate what type of pool coinbase transactions to decode and do not print a warning if no devices are attached when decoding.
• Add a –decode option that decodes a pool’s coinbase transactions and exits.
• Set up gbt_curl before setting gbt_solo flag to prevent gbt_curl deref in longpoll_thread.
• remove cgminer-api libusb dependency
• Update jasson library in gitignore
• Fix compile guide for api-example.c
• Cleanup libusb-1.0 in gitignore
• Remove AVA7_FREQ_CUTOFF_MODE for Avalon7
• Initialize default temp in detect_modules for Avalon7
• Remove AVA7_FREQ_TEMPADJ_MODE for Avalon7
• Fix build with disable-libcurl.

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».

Типы консенсусных алгоритмов

Консенсусный алгоритм – основа функциональности любой криптовалюты. Он заставляет ее работать за счет сетевого эффекта, который строится вокруг него. Ниже приведена классификация основных, наиболее распространенных консенсусных алгоритмов, используемых сегодня популярными цифровыми валютами.

Основная их цель — подтверждение транзакций и защита от двойного расходования (повторного использования одних и тех же монет).

Доказательство работы (PoW)

Используется в криптовалютах: Биткон, Эфириум, Лайткоин, Догекоин и др.

Минусы: медленная пропускная способность, очень высокое потребление электроэнергии.

Это первый консенсусный алгоритм, разработанный Сатоши Накамото для блокчейна Биткоина. Он требует от майнеров решения сложных криптографических задач для создания блоков. PoW работает по принципу «самая длинная цепь побеждает». Таким образом, если большинство майнеров работают в одной и той же цепочке, то она будет расти быстрее всего, будет самой длинной и надежной. Следовательно, Биткоин безопасен, если более 50% работы, выполняемой майнерами, является честной.

Доказательство ставки (PoS)

Используется в криптовалютах: Decred, Ethereum (в ближайшее время), Peercoin и др.

Плюсы: более высокая защита от атак, повышенный уровень децентрализации, низкое энергопотребление.

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.

Заказ и доставка

По старой доброй традиции специально для пользователей нашего ресурса производитель подготовил скидочный код для получения скидки на F1 Mini — bits.media. Код нужно либо ввести в окне заказа, либо изначально пройти по ссылке.

Доставка в РФ осуществляется через службу «EMS Express». Использование EMS в качестве курьерской компании удобно производителю, так как другие курьерские компании в настоящее время проходят серьезный досмотр и оформление на таможне РФ. В другие страны майнер будет отправлен через UPS.

Упаковка вполне стандартная для подобных отправлений. В таможенной декларации FPGA майнер указан как «development board».

Под упаковкой скрывается достаточно твердая картонная коробка:

В самой коробке плата майнера упакована в антистатический пакет, который уложен в специальный ложемент, сформированный из вспененного полиэтилена. Сверху пакет с платой накрыт крышкой из такого же материала. Подобное тщательное упаковывание исключает возможность повреждения платы майнера при транспортировке.

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.

Оборудование для майнинга биткоинов прошло определенную эволюцию. При этом развитие не останавливается, поскольку хэшрейты растут. И теперь, чтобы понять, как майнить биткоины на видеокарте, недостаточно просто воткнуть компьютер в розетку и скачать нужные программы.

Определенные устройства (FPGA-майнеры) уже не столь полезны в криптодобыче и проиграли эволюционную гонку. На свалку отправилось и множество устаревших видеокарт, мощности которых уже не хватает для добычи криптовалюты.

Майнинг в домашних условиях требует инвестиций, тщательной калькуляции расходов и необходимых знаний – какое оборудование эффективнее подходит для домашней майнинг-фермы.

Другие важные тонкости

Начинающему майнеру рекомендуется заранее зарегистрировать криптовалютный кошелёк для криптовалюты и выбрать сервис для вывода дохода. Пример такого сайта — localbitcoins. Еще нюансы:

1. Расходы на помещение для фермы. Установки для майнинга нужно разместить в сухом, проветриваемом помещении, следует позаботиться о шумоизоляции.
2. Расходы на доступ к Сети. Процесс добычи «цифрового золота» требует стабильного соединения с Интернетом. Требования к скорости минимальны (достаточно 1 Мегабита в секунду).
3. Постоянный мониторинг фермы. Программы-клиенты для добычи монет меняются, уровень сложности майнинга (на примере Bitcoin) возрастает, поэтому рекомендуется установить программы для удалённого доступа к оборудованию.

Добыча Ethereum и других популярных монет целесообразна, если вовремя выводить заработанное и выгодно продавать криптовалюту на бирже. BTC и ETH отличаются высокой волатильностью, алгоритмы совершенствуются каждый день, поэтому пользователю следует отслеживать новости (например, на бирже Binance) и оперативно продавать устаревшее оборудование.

Затраты электроэнергии

Основная статья расходов при добыче криптовалют — оплата счетов на электроэнергию, поэтому перед началом работы следует оценить тарифы в регионах. Например, в РФ самая низкая стоимость электричества в Иркутской области (1,01 рубль за киловатт) и республике Хакасия (1,99 руб. за киловатт). Установка двухфазного счётчика позволит снизить расходы в ночной период, тарифы в сельской местности сравнительно ниже городских.

Наиболее эффективны с точки зрения электроэнергии в РФ установки FPGA и мощные видеокарты для майнинга. Добыча BTC экономически нецелесообразна ввиду возрастающей сложности и обилия промышленных ферм.

Почему видеокарты эффективнее процессоров

Рост популярности майнинга как способа дохода привёл к усложнению алгоритмов добычи монет, увеличению конкуренции. Например, до 2011 года добыча BTC проводилась на мощных процессорах, установленных на большом количестве домашних компьютеров. Однако процессоры предназначены для разнородных задач, поэтому хуже адаптируются к непрерывному потоку однородных задач. Когда число майнеров возросло, CPU заменили видеокарты.

Модуль GPU (графический процессор или видеокарта), установленный в настольном ПК, планшете или ноутбуке, создан для выполнения типовых задач — представления графических элементов на экране устройства. Майнинг представляет собой обработку типовых запросов, поэтому добыча криптовалюты на GPU проходит быстрее, чем на обычных процессорах.

Как выбрать — пошаговая инструкция

Вложение в оптимальные майнинговые платы — гарантия выгодной добычи:

1. Оценка бюджета и технических возможностей. Сборка собственной фермы актуальна в регионах с небольшой стоимостью электроэнергии. Оборудование лучше устанавливать в отдельном помещении, потребуются затраты на его обслуживание и вывод доходов. Если бюджет ограничен, лучше остановиться на облачном майнинге — такой сервис предлагает, например, портал Hashflare.
2. Сравнение характеристик и стоимости моделей. С помощью онлайн-калькуляторов следует измерить производительность всех комплектующих фермы или ASIC-установки, выбрать лучшее оборудование для майнинга.
3. Выбор конкретных моделей. При покупке ASIC-майнеров или сборке стандартных ферм ключевым параметром выступает энергоэффективность, возможность перепродажи или апгрейда оборудования. Рекомендуется приобретать известные модели с обилием отзывов, по возможности — с гарантийным обслуживанием. Подержанные платы или АСИКи могут быстро устареть или выйти из строя.

Источник