Fpga устройства для майнинга

FPGA mining: расчеты, версии майнеров и разработка своими руками

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.

Читайте в статье

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%.

Источник

Что такое FPGA майнеры для добычи криптовалюты? Сравнение FPGA, ASIC и GPU

FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) – это оборудование для майнинга криптовалюты, которое очень похоже на ASIC за исключением одной ключевой особенности.

• ASIC – это чип, который жёстко запрограммирован для выполнения одноготипа вычислений (например, для майнинга Equihash).
• FPGA – это чип, который по желанию можно перепрограммировать для выполнения любых операций.

В области майнинга вы можете перенастроить FPGA с майнинга Cryptonight на майнинг Lyra2z за считанные секунды. С процессорами и видеокартами это тоже можно сделать, но по определённым причинам FPGA работает намного быстрее.

Известно, что определённые платы FPGA работают в 100 раз лучше, чем графические процессоры с таким же энергопотреблением. В зависимости от алгоритма FPGA может немного отставать или вообще не отставать от ASIC’ов.

Навигация по материалу:

Принцип работы FPGA-чипов

Для майнинга на FPGA пишется битстрим – прошивка чипа, в которой указано как FPGA должен решать задачу, необходимую для майнинга той или иной монеты. Программируются битстримы на языках Verilog или VHDL.

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

То есть, это микросхема с повторяющимися логическими блоками, соединенными в цепь. Их можно сконфигурировать по собственному усмотрению с учетом задач.

Оборудование на базе FPGA изначально предназначено для воздушного охлаждения. При нем рабочая температура чипа достигает 100 градусов. При эксплуатации чипов в таких условиях один из ведущих производителей – компания Xilinx – дает гарантию три месяца. Но при иммерсионном охлаждении температура чипа не превышает 80 градусов.

Благодаря этому, вся плата и все чипы, которые на ней находятся, работают в идеальных для них условиях. Это значительно увеличивает срок эксплуатации чипов и автоматически увеличивает скорость хеширования.

Плюсы FPGA:

• одна карта FPGA по производительности равна 20-40 видеокартам, при потреблении, как у 1-2 видеокарты;
• FPGA гибко переходит с одного алгоритма на другой, поэтому никакие программные форки не могут остановить работу майнинг-фермы;
• требуется в разы меньшие затраты на инфраструктуру (электрика, охлаждение и пр.)

Минусы FPGA:

• FPGA недоступны для массового майнинга, так как карт производится пока меньше, чем число желающих их приобрести;
• программирование карт – это трудоемкий процесс создания битстрима с нуля на непопулярных языках Verilog или VHDL, что обусловило высокую стоимость разработки;
• FPGA гораздо дороже по сравнению с GPU и ASIC, поэтому подходит скорее крупным майнинг-игрокам, нежели домашним фермерам.

Эволюция оборудования для майнинга — от CPU, GPU, FPGA, ASIC

История биткоин-майнинга начиналась с использования CPU (процессоров) в 2009 году. Летом 2010 года курс первой криптовалюты вырос до $0,08, тогда майнинг стал приносить доход, который спровоцировал рост конкуренции среди майнеров.

Это привело к переходу майнинга на промышленные рельсы — использованию GPU (видеокарт). Видеокарты имели в десятки раз большую скорость хеширования при меньшей стоимости. Явным преимуществом добычи монет как на CPU, так и на GPU была возможность переключаться с одной на другую – в зависимости от ситуации на рынке.

В 2011 году некоторые энтузиасты начали поиск менее энергозатратных девайсов для майнинга, и нашли FPGA. Фермы с FPGA-картами были в разы производительнее и энергоэффективнее, но дорогими и сложными в программировании. В 2013 году появились первые ASIC – заточенные под добычу одной монеты, мощные и простые в использовании.

Экономика майнинга менялась. К основным факторам изменений можно отнести медвежий рынок криптовалют и постоянно растущую сложность майнинга. Потому мощность хеширования и простота использования появившихся ASIC определили их популярность.

Рост числа ASIC привел к другой проблеме – централизации или, так называемому, риску «атаки 51%» многих крупных монет, который заставляет разработчиков менять алгоритмы хеширования.

Большой недостаток ASIC для майнеров в том, что в случае изменения алгоритма хеширования майнинг на них станет невозможен, так как расчетный алгоритм зашивается в «камень» и поменять его нельзя. Остается только купить ASIC и надеяться, что вложенные средства окупятся до того, как изменится алгоритм добычи монеты или сложность майнинга этой монеты не вырастет до небес.

GPU-майнинг по-прежнему является рабочим вариантом, но высокое энергопотребление видеокарт делает майнинг бессмысленным занятием во многих регионах, где стоимость 1 кВт/ч электроэнергии выше 7-12 центов при нынешней рыночной ситуации. Разумеется, производители оборудования для майнинга задумались о том, есть ли альтернатива ASIC и GPU? Решение нашли – вернулись к FPGA-чипам.

Сравнение FPGA майнеров с ASIC и GPU

FPGA (англ. Field Programmable Gate Array) или программируемая пользователем вентильная матрица – одна из разновидностей ПЛИС (программируемых логических интегральных систем) – интегральная микросхема, которую можно реконфигурировать под любые сложные вычислительные задачи.

Первые FPGA для коммерческого использования были разработаны в 1985 году, их применяли в научных расчетах, военной электронике, телекоммуникации, обработке видеопотоков, медицине, промышленности и т.д. В этих сферах FPGA используются и по сей день. В области добычи криптовалют FPGA можно настроить на майнинг разных монет в течение секунды.

В отличие от CPU и GPU, FPGA-карту можно перепрограммировать под решаемую на ней задачу. Одна из самых важных особенностей FPGA для майнинга – пониженное энергопотребление в расчете на единицу вычислительной мощности.

Если FPGA такие универсальные, то почему они до сих пор не вытеснили ASIC с рынка? Широкое применение это оборудование не получило по нескольким причинам.

Причина первая: FPGA нелегко настроить из-за гибкости и архитектуры карты. Их можно запрограммировать на что угодно, но для этого необходимо знание непопулярных низкоуровневых языков – Verilog или VHDL. И если видеокарту можно настроить с помощью BIOS и майнера, то плата FPGA должна быть запрограммирована с нуля, а для этого требуется время.

Из этой причины проистекает и вторая – появление на рынке асиков. ASIC не нужно настраивать, он прост в использовании, и это то, в чем нуждается большинство майнеров. Для прототипирования ASIC используются FPGA, но их программирование — задача производителя, а не майнера.

Однако с ростом числа ASIC в крупных майнинг-пулах появилась, так называемая, угроза «атаки 51%» для различных монет. Тогда создатели этих монет стали менять алгоритмы в борьбе за децентрализацию блокчейна, о чем уже упоминалось выше.

Теперь FPGA становятся все более интересными для среднего майнера, из-за рисков, связанных с использованием ASIC. Потому ASIC Antminer S9, которые на пике популярности стоили на вторичном рынке $5000 долларов, сейчас можно приобрести за $200 с блоком питания.

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».

FPGA vs видеокарт (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.

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

Где можно купить FPGA в 2019 году?

Основные производители FPGA — Xilinx и Altera (Intel) — находятся в США, от чего купить карту становится сложнее. Поскольку производителей этих карт единицы, то напрямую приобрести их розничному покупателю невозможно.

Крупные майнеры Европы и Азии также могут заказать карты через американскую компанию SQRL или кипрскую COMINO, но это также сопряжено с рядом трудностей, например, оформлением таможенных документов.

Еще одно решение — CrystalCore на базе FPGA Xilinx UltraScale Plus — предлагают инженеры белорусской компании AETTECH. Оборудование представляет собой ячейку с иммерсионной жидкостью, в которую погружены от трех до девяти чипов FPGA и прочие электронные компоненты, которые обслуживают работу этих чипов.

Средняя стоимость FPGA-чипов варьируется в пределах $3000-6000. Цена решения CrystalCore начинается от $19 200 с учетом всех комплектующих.

Заключение

FPGA способны обеспечить гибкость и вернуть майнинг обратно обычным людям, таким как мы с вами. FPGA-чипы позволят в любой момент выполнять майнинг практически любого алгоритма.

В отличие от ASIC’ов, которые требуют, чтобы вы инвестировали несколько тысяч долларов в майнинг по единственному алгоритму, FPGA могут стать универсальным комплексным решением для майнинга (каким в прошлом являлись GPU).

Всегда проводите собственные исследования и инвестируйте только на свой страх и риск. Мы приложили максимум усилий, чтобы рассказать обо всём, что нам известно по этой теме. Возможно, мы слишком упростили некоторые аспекты, однако надеемся, что эта статья стала хорошей презентацией майнинга с помощью FPGA.

Хотелось бы узнать ваши мысли, которыми вы можете поделиться в блоке комментариев, расположенном ниже.

Источник