将GPU和FPGA拉下神坛的国产比特币芯片

比特币（BitCoin）的概念最初由中本聪于2009年提出，根据中本聪的想法，设计并发布了开源软件，并在其上构建了P2P网络。 九年前，2009年1月3日，比特币区块链网络诞生了“创世区块”（genesis block），被称为“创造世界的#0区块”，区块0。

九年后，比特币创始人中本聪刚刚开采了 2008 年白皮书最初设定的 2100 万比特币总供应量的 80%。 全球比特币“矿工”挖出超过1680万枚比特币，进入市场流通。 现在，全世界的算力都在争夺最后的20%，也就是420万个比特币。

比特币诞生之初，“矿工”使用普通电脑的CPU进行挖矿，只需要下载软件即可自动“解决问题”。 然而，比特币价格在2017年飙升了1300%，一度逼近2万美元，极大地激发了人们的挖矿热情。 随着比特币玩家的涌入，全网算力不断增长，挖币难度也大幅提升。 数字加密货币带动算力市场爆发式增长。 比特币矿机芯片经历了从CPU到GPU再到ASIC专用芯片工艺。 尤其是2016年，随着先进的14/16nm工艺和更强的架构，算力逐渐逼近甚至超过10TH/s的门槛。

矿机芯片的强劲需求有望成为中国封测行业的新兴驱动力。 矿业热潮造就了中国的芯片设计黑马。 全球三大矿机厂商比特大陆、嘉楠耘智、亿邦科技均诞生于中国。

比特大陆BM系列

2013年4月，比特大陆开始筹备研发以获得天使投资。 10月，公司成立。 11月，首款55nm芯片BM1380正式发布，蚂蚁S1矿机量产销售。 2013-2017年，比特大陆成功研发并量产多款ASIC定制芯片和整机系统，拥有28nm、16nm、12nm工艺先进的全定制设计集成电路量产经验——比特大陆ASIC矿机芯片迭代7次（从最早的BM1380到最新的BM1680）； 芯片制程从最初的55nm升级到最新的16nm； 比特币挖矿运行速度从Antminer S1的180Gh/s提升到最新的Antminer S9 13.5Th/s（提升近75倍）。 最具代表性的是用于加密数字货币矿机的BM芯片系列。 比特大陆每年销售超过数十万台矿机，每台矿机使用数百颗ASIC芯片。 例如，其中一款 Antminer S9 使用 189 ASIC 芯片。

第五代芯片BM1387是全球功耗最低、性能最高的计算加速芯片。 量产规模达数十亿。 单芯片每秒可完成800亿次算法计算，量产规模达数十亿。 采用台积电16nm工艺，比特大陆已成为台积电前五大客户之一，也是16nm高端产品的最大用户之一。

最新的BM1680芯片微架构支持FP32浮点预算，浮点峰值性能2TFlops，峰值功耗41W，平均功耗25W。 其具体定位为“面向深度学习的张量计算加速处理器”，适用于CNN/RNN/DNN等人工神经网络的预测和训练。 该芯片由64个NPU组成。 特别设计的NPU调度引擎（Scheduling Engine）可以为神经元核心（Neuron Processor Cores）提供强大的数据吞吐量和输入数据。 BM1680采用了改进的脉动阵列结构。 单芯片可提供2TFlops的单精度加速计算能力。 片内32MB SRAM带宽高，片外有DDR4内存接口。 单颗芯片最高可支持16GB DDR内存。

BM1680芯片架构图（摘自BM1680 DATASHEET文档）

迦南创意KPU

2013年至2017年，嘉楠耘智成功研发并量产110nm、55nm、28nm、16nm芯片，应用于全球区块链基础设施层（节点计算）； 不仅是全球首个研发区块链芯片的团队，还带领行业进入了ASIC时代。 截至2016年12月底，嘉楠耘智基于28nm和16nm工艺的芯片设备累计销售量占全球市场份额的50%。 截至2017年4月底，公司已售出约16万台阿瓦隆系列矿机，占全球比特币算力市场的22%。

2017年12月19日，嘉楠耘智预发布了全球最早的人工智能边缘计算芯片KPU。 新发布的KPU芯片集成了人工神经网络和高性能处理器比特币挖矿专用芯片，将应用于自动驾驶、语音交互、智能家居物联网终端和图像识别等领域，为未来社会生活提供全方位的人工智能应用服务。 使云端的计算能力在边缘完成，节省带宽和能源，实现计算本地化保护隐私。 高难度的人工神经网络将不再是云计算的专利。 嘉楠耘智A741矿机采用88颗ASIC芯片。 嘉楠耘智A741矿场集中88颗ASIC芯片。

其代表矿机为AvalonMiner741，采用Avalon自研A321288片，16nm工艺，算力7.3TH/s。 另外，为了降低产品成本，Avalon是为数不多的顶级产品没有控制电路的厂商，基础门槛比较高，需要额外配置控制器或者Raspberry Pi，配合AUC3转换器和AUC3数据线。

亿邦科技DW系列

2016年，亿邦科技发布亿比特E9矿机，采用最新自研14nm DW1227芯片（96颗），算力6.3TH/S，能耗比140W/T。

2017年，亿邦发布了新的比特币矿机Ebit E9++和E10。 据悉，E9++和E10采用三星10nm工艺，自主研发的DW1228芯片比特币挖矿专用芯片，E10性能可达18TH/S。 采用DW1228芯片的翼比特E10平均算力可达18TH/S，能耗比为90W/T（-10%~+15%）。 低功耗，高计算能力，独立散热片，散热更好。

钻头弹簧

Bitspring自成立以来专注于SHA-256专用芯片和比特币矿机产品的研发、销售和算力部署。 目前的重点仍然是芯片技术、部署与控制技术、板级设计技术等核心技术。 烤猫做的矿机可以说是业界的一个奇迹。 只比U盘大一点点的矿机就可以达到300MH/S的算力，和中端显卡差不多，但功耗可以忽略不计。 如果是直接插在电脑上的USB，那么每台USB矿机的电流必须低于400mA。

（烤猫USB矿机）

然而，由于比特币极其复杂的密码系统，除了烤猫等替代矿机外，“挖”一个比特币所需的电力消耗是惊人的，电力消耗也因此成为比特币挖矿的最大成本。 . 据统计，截至2017年底，全球比特币挖矿电力需求已上升至20.5太瓦时，相当于全球总用电量的0.13%。 这个数字已经超过了159个国家每年的用电量。 .

虽然国产比特币芯片支持矿机，但从各种数据可以看出，制造工艺是比特币芯片成功的关键。 在这场挖矿淘金的热潮中，我们看到的是一场半导体争夺战。