从开源项目探讨“FPGA挖矿”的本质

挖矿(下称WK)一直是2020~2021的热点话题，一直持续到今天，今天我们想聊聊用FPGA进行WK的核心是什么，以及为什么会现在鲜有用FPGA进行挖矿的了？

WK在挖什么？

大家都在聊WK，那么这个矿是什么？这个其实很多人都了解的，就是虚拟数字“币”，最著名的就是Bitcoin。

今天我们的主题并不是Bitcoin，也不是区块链这些，而是WK（以Bitcoin为例）。

WK实际上就是通过一系列算法，计算出符合要求的哈希值（HASH），从而争取到记账权。这个过程实际上就是试错的过程，一台计算机每秒产生的随机HASH碰撞次数越多，先计算出正确HASH的概率就越大。

这就是WK的本质。

关于比特币WK与HASH

今天第一个项目是一个介绍类项目，关于比特币WK与HASH。

https://github.com/ray33ee/BitcoinHash-Verilog

项目关于HASH组成以及在WK中的应用，作者很用心的手绘了很多框图帮助我们理解，同时也有Verilog描述。

关于比特币任务生成器

在使用FPGA集群进行挖矿需要使用CPU接收任务，所以需要一个任务接收的FPGA，现在一般使用ZYNQ，以前也有软核，下面这个项目就是关于比特币任务生成器。

https://github.com/Canaan-Creative/MM

Miner Manager 是一个比特币任务生成器固件，适合 FPGA 和更快的矿机，它内部有 LM32 CPU，适合 XC6SLX16 等小型 FPGA。

关于比特币矿工

一

https://github.com/teknohog/Xilinx-Serial-Miner

https://github.com/teknohog/Open-Source-FPGA-Bitcoin-Miner

这个是已经应用并淘汰的比特币WK程序，一个使用Xilinx FPGA实现，一个使用Altera实现的。

二

https://github.com/kmod/bitcoin_mining

一个简单的比特币挖掘系统，用于 Digilent Nexys 3 fpga 板上.

https://github.com/fpgaminer/fpgaminer-vanitygen

一个功能性的，实验性的项目，性能较低。

https://github.com/byingyang/mojo-miner

为 mojo fpga 开发板开发的比特币矿工

https://github.com/jackproudfoot/fpga-bitcoin-miner

ECE350 最终项目

https://github.com/dawood95/BitcoinMinerFPGA

ECE350 最终项目

https://github.com/jkiv/shapool-core

针对 Lattice iCE40 比特币矿工

https://github.com/xtrinch/fpga-bitcoin-miner

针对 Lattice ECP5

https://github.com/dawood95/BitcoinMinerFPGA

ECE 337 最终项目

https://github.com/ivandavid14/Bitcoin

EE454 最终项目

https://github.com/jesstherobot/llbitcoin

https://github.com/ailuropoda0/BitcoinMiningAlgorithm

三

https://github.com/WebKingdom/bitcoin_asic

这个就是今天的第三个主角ASIC，这是一个ASIC比特币矿工。

GPU、ASIC和FPGA算力对比

上面介绍的项目大家不用太在意，大部分都是落后的架构和算力（不然我也不敢介绍），主要是大家可以学习比特币SHA256算法实现原理，之前有个比较火的网站（https://fpga.guide/）现在也封掉了，FPGA挖矿基本也处于淘汰的状态了，所以我们再回头看看为什么FPGA被淘汰了？

通过以上的项目在Vivado中在XC7A200T上的算力及功耗如下：

功耗约为0.5W，算力功耗比约为200MHash/sW。

而GPU呢？

在https://technical.city/en/video/bitcoin-rating 算力榜很容易得到数据：

（较老的数据）算力功耗比最高不会超过6MHash/sW。

最后就是ASIC，以蚂蚁区块链运算机DR5 35T版本为例，其算力为35THash/s，功耗为1610W，算力功耗比约为21739MHash/sW。

经过以上对比，高下立判，不解释。

PS:GPU挖矿是最简单易行的，插上显卡，下载个软件就可以了。

总结一下：虽然ASIC已经淘汰了FPGA，但是FPGA真的一无是处吗？

通过对比我们发现FPGA其实在某些方面还是优于GPU的，但是为什么现在鲜有用FPGA WK呢？其实这是一个误区，一些好的币种肯定被ASIC取代了（第一个用FPGA挖矿的矿机是中国人制造的，创造者是中国人南瓜张（张楠赓，嘉楠耘智创始人））。在一些小众的币种里FPGA还是有一席之地的。

FPGA矿机的几个特点：

1、通过上面的对比，FPGA的算力功耗比比GPU低很多；

2、FPGA可以通过升级让矿机挖取不同算法的POW币种；

3、优化得当，算力比GPU高很多；

4、当算法内存需求小、并行性较高时，其优势较GPU更高；

5、风险较ASIC低，每个币种都有不同算法，ASIC更新周期较慢，而且一旦“币潮”前期的投入基本没了，对于一个小公司可能就GG了。

（上面的对比反正就是拿我的优势对比你的劣势，XX对比法则！@）

最后点缀一下主题：“FPGA WK”的本质是什么？

通过上面一些Bitcoin的WK算法，我们能看出WK的本质其实就是并行实现挖取不同币种所需要的算法，比如SHA256或者Scrypt等。不能说在WK领域FPGA被淘汰了，而是在受欢迎的币种里被淘汰了，在小币种里还是受欢迎的，由于其“可重构”的特点更适合在不同币种之间进行切换，硬件成本也低，或许哪一天这个领域突然就火起来了。或许你也可以先制作一个可以用FPGA进行WK的币种，让全世界为你疯狂~\

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