A ascensão dos ASICs: uma história passo a passo da mineração de Bitcoin

Na última década, as máquinas que mantêm a rede Bitcoin passaram por um rápido desenvolvimento tecnológico.

Equipamentos de mineração são uma característica fundamental para o sucesso da rede Bitcoin porque essas máquinas determinam se é ou não lucrativo para os mineradores fazer o que eles fazem – isto é, processar os cálculos necessários para incorporar blocos de transações no blockchain.

Embora um tanto esquecida, a história deBitcoinequipamento de mineração também é uma explicação chave para o porquê da atividade de mineração ter evoluído ao longo dos anos para uma indústria multibilionária. A indústria de mineração continua a evoluir hoje, embora haja sinais que sugerem que seu desenvolvimento está desacelerando.

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Abaixo, daremos uma olhada na história completa da Tecnologia de mineração de Bitcoin e para onde as inovações podem estar indo.

Mineração de CPU

Em 3 de janeiro de 2009, o criador pseudônimoSatoshi Nakamoto minerou o primeiro bloco de Bitcoin . Como o único minerador na rede Bitcoin na época, Nakamoto T precisava de equipamento especializado para lançar o blockchain Bitcoin . Ele foi capaz de criar blocos Bitcoin usando um computador pessoal comum.

Os computadores usados para navegar na internet, iniciar o Microsoft Word e uma série de outros inúmeros aplicativos contêm o que é chamado de unidade central de processamento (CPU). Esses dispositivos controlam como os comandos em um computador são processados e executados. Devido à falta de competição de mineradores nos primeiros dias do bitcoin, a energia computacional necessária para criar novos blocos e ganhar recompensas de mineração poderia ser facilmente processada em dispositivos de CPU.

O hardware necessário para minerar novas moedas evoluiu ao longo do tempo, à medida que novos mineradores se juntaram à rede Bitcoin e começaram a competir por recompensas em bloco.

Mineração de GPU e FPGA

A primeira grande inovação no hardware de mineração de Bitcoin ocorreu logo após o estabelecimento de um valor de mercado para o Bitcoin .

Em 22 de maio de 2010, o programador de computador Laszlo Hanyecz pagou10.000 BTC para duas pizzas Papa John's. As pizzas valiam cerca de US$ 25. De acordo com o provedor de dados de Criptomoeda Coin Metrics, o preço de mercado do Bitcoin então se apreciou em julho para cerca de 8 centavos. Quando o preço do Bitcoin atingiu 10 centavos em outubro de 2010, o primeiro dispositivo de mineração alavancando unidades de processamento gráfico (GPUs) foi desenvolvido.

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Ao contrário das CPUs, os dispositivos GPU são otimizados para executar uma gama estreita de tarefas computacionais. Originalmente construídas para aplicativos de jogos, as GPUs se destacam na computação de operações matemáticas simples em paralelo, em vez de uma de cada vez, para gerar milhares de pixels de imagem sensíveis ao tempo. Esses dispositivos também podem ser reprogramados para calcular outras operações matemáticas, como as necessárias para minerar novos Bitcoin.

A inovação da mineração de GPU, ou seja, minerar Bitcoin em um dispositivo de GPU, tornou a produção de blocos de Bitcoin e o ganho de recompensas de bloco em média cerca de seis vezes mais eficiente, de acordo com a análise feita pelo CEO da empresa de consultoria de mineração Navier, Josh Metnick. Para esses ganhos de eficiência, um dispositivo de GPU médio custa apenas o dobro do que um dispositivo de CPU médio.

Esses ganhos de eficiência foram rapidamente ofuscados no ano seguinte, em 2011, quando os conjuntos de portas programáveis ​​em campo (FPGAs) também foram remodelados para minerar Bitcoin.

De acordo com os cálculos de Metnick, os FPGAs são capazes de computar as operações matemáticas necessárias para minerar Bitcoin duas vezes mais rápido que a GPU de mais alto grau. No entanto, esses dispositivos exigem mais trabalho para serem construídos. Os FPGAs exigem configuração tanto em nível de software quanto de hardware, o que significa que os dispositivos devem ser programados para executar código personalizado, bem como arquitetados para executar esse código de forma eficiente. É a capacidade de ajustar componentes de hardware em um FPGA que torna esses tipos de dispositivos mais otimizados para mineração de Bitcoin do que uma GPU.

Mineração ASIC

A terceira grande inovação na mineração de Bitcoin provavelmente exigiu a maior quantidade de recursos dedicados, tempo e desenvolvimento para ser alcançada. Em vez de redirecionar os parâmetros de software e hardware das máquinas existentes, os esforços para criar uma máquina inteiramente nova que mineraria apenas Bitcoin finalmente valeram a pena. Em 2013, um fabricante de hardware de computador com sede na China chamado Canaã Criativo lançou o primeiro conjunto de circuitos integrados específicos para aplicações (ASICs) para mineração de Bitcoin .

Esses dispositivos, diferentemente de CPUs, GPUs e FPGAs, foram projetados desde o início para minerar Bitcoin. Isso significava que todos os componentes de hardware e software desses dispositivos ASIC vinham pré-projetados e otimizados para computar estritamente aqueles cálculos necessários para criar novos blocos de Bitcoin . Os ganhos de eficiência dos ASICs não podiam ser igualados por nenhum dos dispositivos de propósito mais geral que os precederam.

Embora a Canaan Creative tenha sido a primeira fabricante de ASICs para Bitcoin , outras, como a Bitmain e MicroBT também surgiu com novas versões de dispositivos de mineração de Bitcoin ASIC com hardware cada vez mais avançado. Um dos desenvolvimentos mais notáveis ​​na Tecnologia de mineração ASIC desde 2013 foi uma redução constante no tamanho do chip. O tamanho dos chips ASIC que começou com um tamanho de 130 nm em 2013 encolheu consideravelmente para ser tão pequeno quanto 7 nm nos modelos de hardware mais recentes.

Sem uma nova Tecnologia radical e inovadora, os mineradores de Bitcoin logo deixarão de competir principalmente com base em hardware e equipamento, como foi o caso na última década.

A importância do tamanho do chip retorna à eficiência da mineração. Quanto mais larga a superfície de um chip ASIC, maiores seus canais de comunicação e, portanto, mais eletricidade é necessária para transmitir dados em sua superfície. De acordo com os cálculos de Metnick, um dispositivo de mineração de Bitcoin ASIC hoje é 100 bilhões de vezes a velocidade da CPU média em 2009.

Rakesh Kumar, professor associado de Engenharia Elétrica e de Computação na Universidade de Illinois, acredita que um forte fator motivador da evolução do hardware de mineração ao longo dos anos desde a criação do bitcoin tem sido o aumento do valor em dólar do Bitcoin, o que tornou a mineração uma atividade cada vez mais lucrativa. Quanto maior o valor de mercado das recompensas em bloco, maior o retorno para inovações em Tecnologia de mineração que aumentam as margens de lucro do minerador enquanto diminuem os custos operacionais.

O futuro da mineração de Bitcoin

Desde 2015, a redução do tamanho do chip em dispositivos de mineração de Bitcoin ASIC tem sido mais lenta e menos drástica do que em 2013 e 2014. Além disso, desde o primeiro minerador de Bitcoin ASIC, não houve uma nova Tecnologia para superar os ganhos de eficiência de mineração da mesma forma que a mineração de GPU teve para a mineração de CPU ou a mineração de FPGA teve para a mineração de GPU.

“Estamos atingindo limites fundamentais”, disse Kumar. “É um problema com toda a indústria, não apenas a mineração [de Bitcoin], mas toda a indústria de semicondutores… Precisamos de um novo tipo de dispositivo.”

Sem uma nova Tecnologia radical e inovadora, os mineradores de Bitcoin logo deixarão de competir principalmente com base em hardware e equipamento, como foi o caso na última década. Se o hardware de mineração de Bitcoin se tornar uma commodity, onde os ganhos de eficiência de um modelo diferem minuciosamente de um modelo mais novo, os mineradores serão forçados a considerar outras áreas nas quais obter uma vantagem competitiva. Isso pode se enquadrar em inovações em fornecimento de energia, planejamento financeiro ou mesmo diversificação de produtos.

Embora a evolução do hardware de mineração de Bitcoin tenha sido historicamente a fonte de grandes ganhos de eficiência do minerador, isso pode não ser o caso no futuro, especialmente porque as inovações tecnológicas com base em hardware se tornam cada vez menos frequentes. A competição por recompensas de mineração de Bitcoin continuará a estimular a evolução tecnológica. No entanto, não está claro como será o próximo grande salto na Tecnologia de mineração.