ASIC チップ設計のコストを詳しく調べるために、ProgPow コア開発チームに 9 つの質問をしました。
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概要
概要
ProgPow および Ethash アルゴリズムに関連している限り、市場のマイニング マシンのハードウェア設計と開発コストについてさまざまな推測があり、通常はその後に権威ある声明が続きます: その予測を発表した著者を信じてください。 /彼女は関連業界に所属しており、その分野で豊富な経験を持っています。これらの憶測は、暗号通貨 ASIC チップの製造に関連する場合もあれば、集積回路設計に関連する場合もあります。
コードには詳しいが、ファンアウトと立ち上がり時間についてはあまり知らない読者にとって、この記事は ProgPow アルゴリズムを深く理解するのに役立つかもしれません。
(Odaily Jun o-daily 注: Ethash は現在、プルーフ・オブ・ワークに基づいたイーサリアムのマイニング コンセンサス アルゴリズムであり、ProgPow は ASIC マイニング マシンの利点を弱めようとするマイニング アルゴリズムです。ファンアウトは、単一のマイニング マシンが何を意味するかを定義するデジタル信号です。論理ゲートは駆動可能 専門用語を最大量入力してください。ほとんどの TTL 論理ゲートは 10 個の他のデジタル ゲートまたはドライバーに供給できるため、一般的な TTL 論理ゲートには 10 個のファンアウト信号があります。立ち上がり時間はパルス技術の用語で、2 つの瞬間の間の時間間隔です。電圧上昇の時間はネットワークトランスの立ち上がり時間です。)
プログラマーは、スクリプトの作成から iPhone アプリの開発、組み込みシステムから Windows オペレーティング システムに至るまで、常に人々に全能感を与えます。ただし、コードを書いてアプリケーションを開発できることは、APP Store のバックエンドの権威になれる (またはシステム効率を向上できる) ことを意味するものではなく、リアルタイム マルチタスク オペレーティング システム (RTOS) を開発できることは、それを意味します。 Windows オペレーティング システムのコストを拡張する専門家になれるという意味ではありません。その分野の専門家を比較検討してください。
もちろん、ProgPow アルゴリズムの中核開発チームである IfDefElse は、Windows デザイナーが「優秀なプログラマー」ではないと言っているわけではありませんが、人によって技術的背景が異なるため、理解と理解に差異が生じやすいことを説明する必要があります。さまざまな分野の理解 仮定バイアス、特に規模の経済の話題を議論する場合。
同様に、ハードウェア設計者は、電動歯ブラシ用のチップの設計や、ネットワーク機器用のチップ アーキテクチャ (シリコン アーキテクト) の構築など、さまざまな分野に手を付けることもあります。家庭用電動歯ブラシ チップを 10 万個製造するエンジニアは、100 万個のチップを製造するネットワーク エンジニアが考えるような規模の経済を理解していない可能性があり、仮想通貨 ASIC チップ設計者は GPU-ASIC チップ設計についてほとんど知らないかもしれません。業界間には多くのつながりがあり、国間にギャップがある場合もあります。
概要で最後に述べたいのは、プログラミングとエンジニアリングは実際には一種のスキルであるということです。毎日プログラミングしてコードを書いていないと、すぐに遅れをとってしまい、権威になることはできません。これは、この知識の更新が繰り返されるためです。エリアは非常に難しいです。おそらくこれが、新しい暗号通貨 ASIC メーカーが SHA-256 アルゴリズムに基づくマイニング市場に参入するのが難しい理由です。結局のところ、初心者のプログラマーが SHA-256 に取り組んできたエンジニアに追いつく可能性は低いのです。アルゴリズムを6年間使用しました。
一部の「ハードウェア ブリック」は、仮想通貨エコシステムに勝てるとソフトウェア エンジニアを安心させるためにわざわざ手を出していますが、これはすでに Monero、Bitcoin、ZCash などの仮想通貨で見られているようです。しかし現実には、この挑戦はこれまでのところ起こっていません。考えてみましょう。Bitmain や Innosilicon が CPU を作ろうとしたら、Intel や AMD に勝てると思いますか?
副題
ASICチップ設計コストの分析
コストの観点から見ても、エクスペリエンスの観点から見ても、規模の経済は常に普及しています。 ASIC チップ設計のコストについては、チップ設計者の間で常に大きな議論が巻き起こっているようですが、Odaily 氏 (WeChat: o-daily) が業界の注目を集めている 9 つの問題を皆さんに見てもらい、分析してもらいましょう。
質問 1: マイニング アルゴリズムが ProgPow であっても ETHash であっても、ハッシュ値は外部ダイナミック ランダム アクセス メモリ (DRAM) のストレージ帯域幅によって決定されますが、これは本当ですか?
しかし実際にはそうではありません。 ProgPow のハッシュ値は、次の 2 つの要素によって決定されます。
1. コンピューティングコア
2. メモリ帯域幅
以下の図 1 と図 2 に示すように、Ethash と ProgPow の間に違いがあるのはこのためです。
図 1: Nvidia チップ製品のマイニング ハッシュ レートの比較
図 2: AMD チップ製品のマイニング ハッシュ レートの比較
現段階では、ETHash マイニングの方が収益性が高いです。このアルゴリズムのメモリ需要は大幅に増加しています。高帯域幅メモリの需要の高まりにより、GDDR6 (帯域幅を備えた) などの次世代高速メモリ テクノロジの開発も促進されています。 768 GB/秒の速度）およびHMB2（最大256 GB/秒の帯域幅速度）。
高帯域幅メモリの需要のすべてが「Ethash」から来ているわけではなく、高帯域幅メモリ市場全体は 150 億ドルに達しており、そのうち鉱山産業からの需要はほんの一部に過ぎません。高帯域幅メモリに対する主要な市場要件には、主に GPU、フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA)、人工知能 (AI)、ハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC)、およびゲームが含まれます。 1.2兆ドルの人工知能市場、300億ドルのPCゲーム市場、350億ドルの携帯ゲーム機市場、290億ドルのハイパフォーマンスコンピューティング市場と比較すると、鉱業の高帯域幅メモリ要件は本当に「無視できる」ものです。
質問 2: ProgPow の既存のアーキテクチャとアルゴリズムは ETHash に似ているため、Innosilicon の次の ASIC チップは ProgPow に合わせて調整されるのでしょうか?
実際、ProgPow と ETHash の唯一の類似点は、グローバル メモリでの非巡回グラフ (DAG) の使用です。計算の観点から見ると、ETHash には固定の「keccak_f1600」コアとモジュロ関数のみが必要です。一方、ProgPow は、高帯域幅の L1 キャッシュにアクセスしながら、16 レーン幅のランダム演算シーケンスを実行できる必要があります。 ProgPow 数学的シーケンスを実行できる計算カーネルを設計することは、「keccak」のような固定関数ハッシュを実装できる計算カーネルを設計するよりもはるかに困難です。
もう 1 つ注意すべき点は、ETHash のハッシュ値はメモリ帯域幅のみに依存するのに対し、ProgPow アルゴリズムはメモリ帯域幅とランダム数学的シーケンスのコア計算の両方に依存するということです。これは理解することが非常に重要です。
Proof of Work (PoW) の本質は、ハードウェアとエネルギー コストを消費して数学的計算を証明することですが、ETHash はアルゴリズムとして、数学的証明にハードウェア コスト (コンピューティング エンジン) のほとんどを消費しません。それどころか、ETHash はメモリ インターフェイスのみをキャプチャするため、暗号通貨マイニングに ASIC チップを使用して、キャプチャされない数学的計算の部分を排除できます。
質問 3: GPU は汎用アクセラレーション チップであるため、GPU の設計、製造、テストのサイクルには通常約 12 か月かかり、さまざまなコンピューティング シナリオをカバーできるようにするには、多くのハードウェア シミュレーションとソフトウェア開発作業が必要です。そしてシナリオ。
ProgPoW は、ハードウェア コスト全体を (可能な限り) 把握できることを望んでいます。アルゴリズムの更新された部分は、アーキテクチャの折り目 (アーキテクチャのしわ) まで、さまざまなコンピューティング シナリオを実行しているコンピューティング ハードウェアをキャプチャできるため、ASIC の場合は可能です。チップ設計には3～4ヶ月以上かかります。
タイムスパンが長いため、浮動小数点演算がなぜ省略されるのかという別の疑問が生じます。この質問に対する答えは実際には非常に簡単です。浮動小数点演算はチップ間で移植可能ではなく、異なるチップはエッジ ケース (コーナー ケース) を処理する傾向があります。病理学的ケースとも呼ばれるコーナーケースは、動作パラメータが正常範囲外である問題または状況を指し、ほとんどの場合、いくつかの環境変数または条件が極端な値にある場合であり、たとえこれらの極端な値がまだ範囲内にある場合でも（または、境界) パラメーターの仕様。最大の相違点の 1 つは、非数値 (NaN) の処理です。これは、Wikipedia ページで説明されているように、ランダム入力を使用するときに自然に発生します。
複数の非数 (NaN) 入力がある場合、ペイロード結果は NaN 入力の 1 つから取得される必要がありますが、標準ではそれが指定されていません。
これは、基本的にすべての浮動小数点は、浮動小数点演算を使用するかどうかの「if (is_special(val)) val = 0.0」チェックと組み合わせる必要があることを意味します。これは通常ハードウェアで実行できるため、ASIC チップでも暗号通貨マイニングはこれによって恩恵を受けます。
次に、ハッシュレート（Hashrate）と「hash-per-watt」とは何でしょうか？
ハッシュ レートはエネルギー コストの尺度であり、誰もが同じ方法で測定する限り、単位あたりのエネルギー消費量はそれほど重要ではありません。マイナーはマイニングに可能な限り多くのエネルギーを注ぎ続けるだけです。しかし、測定単位を 1 ETHash (ジュールなどの小さい単位) から 1 ProgPow-hash (カロリーなどの大きい単位) に切り替えても、運用コストの経済性は実際には変わりません。グローバル ハッシュレートは、ネットワーク シェアを確保するために全員の経済的重みの合計を評価し、全員の貢献が公平かつ同じ単位で測定される限り、ProgPow アルゴリズムに切り替えると、平均的なマイナーにはコストがかかりません。
もちろん、イーサリアムが ProgPow アルゴリズムを実装すれば、ハイエンド GPU を備えた大規模なマイニング ファームにマイナーが集中するのに役立つかもしれないし、マイニング ファームが GPU を最新モデルにアップグレードする刺激にもなるだろうと言う人もいるでしょう。しかし、ProgPow アルゴリズム開発チームである ifDefElse は、規模の経済は常に存在し、それは現実の世界では避けられない事実であることを繰り返し強調する必要があります。
質問 4: GPU と比較して、ASIC チップ メーカーはより小型の GDDR6 メモリを使用してコスト上の利点を得ることができます。 16 個の GDDR6 4GB スティックを使用すると、メモリのコスト レベルを維持しながら帯域幅の 2 倍の利点を実現できますね。
まず、帯域幅の利点が 2 倍になると計算が 2 回必要になりますが、これは実際には一種の線形スケーリングであり、利点とは見なされません。
第二に、GDDR6 用の 4GB メモリ チップを製造する準備がまだ整っていないはずです。世界第3位のメモリチップメーカーであるマイクロン（米マイクロン）は8Gバイトチップのみを生産しているが、サムスンは8Gバイトと16Gバイトのチップを生産している。メモリチップの場合、GDDR6 IOインターフェース領域は非常に高価であり、ポート物理層（PHY）がメモリセルのようにプロセスを通過できないため、各世代のインターフェースはメモリセルよりも実際のメモリダイを占有することを意味します。
メモリ市場を実際に動かしているのは、ゲーム機や GPU などの一部の「長期購入者」であることは否定できません。彼らもまた、より大容量のメモリをサポートする傾向があります。実際、今日のメモリ サプライヤーには 4GB メモリを大量生産するインセンティブがありません。結局のところ、このメモリ容量に対する市場の需要は大きくありません。
質問 5: RTX2090 チップには、PCIE、NVLINK、L2Cache、3072 スライス ユニット、64 ROP、192 時間測定ユニット (TMU) など、大量のチップ領域を占有し、ProgPow には役に立たないモジュールが多数あります。この問題を見てますか？
RTX2080 は、この問題を議論するための良い参考資料ではありません。いくつかの新機能により、Nvidia の RTX シリーズ チップの一部のモジュール (レイ トレーシング コアなど) がチップ領域の大部分を占有します。 ProgPow 設計は、Nvidia および AMD エコシステムの標準チップ製品と組み合わせて使用されるため、新しい Nvidia および AMD チップ製品の新機能は使用できません。
より適切な例えが必要な場合は、AMD RX 5xx シリーズまたは Nvidia GTX 1xxx シリーズが良い参考になるかもしれません。前に述べたように、浮動小数点ロジック、レベル 2 (L2) キャッシュ、テクスチャ キャッシュと ROP など、ProgPow によって利用されない GPU の機能もいくつかあります。スライス ユニットはベクトル計算が実行される場所であり、これは間違いなく ProgPow に必要なものです。暗号通貨マイニング用の ASIC チップには、「keccak」機能を有効にする領域の追加も期待されています。 ProgPow アルゴリズムの背後にあるチームとして、ProgPow ASIC チップのダイ面積は同等の GPU よりも 30% 小さくなりますが、消費電力は、最良の場合でも最大 20% 少ないだけであると推定しています。対照的に、GPU 上の一部のロジック モジュールは完全には利用されず、チップ ダイ領域が無駄になりますが、消費電力は最小限に抑えられます。
質問 6: 小型チップは大型チップよりも収益性が高くなりますか?Compare Logic-Array To ASIC-Chip Cost per Good Dieなんというか、これはチップ製造の知識を普及させるようなもので、「チップ製造 101」のトレーニング ドキュメントを作成する必要があるかもしれません。なお、収入の計算式については、2006年に公開された記事「
」では、13 年前にはチップの収益とプロセス制御が大幅に革新されていたことがわかります。
単一の機能ユニットを備えたチップの場合、ダイ面積が小さいチップの方が、ダイ面積が大きいチップよりも高い歩留まりが得られます。しかし、最新の GPU では、これは当てはまりません。現在の GPU はほぼ任意に復元して組み合わせることができ、小さな複製ユニットの欠陥は基本的に無視できるほどです。圧縮可能な各機能ユニットが十分に小さい限り、GPU チップは、より大きな機能ブロックを備えたチップとほぼ同じ (またはそれ以上) の歩留まりを実現できます。
この概念をよりよく説明するために、簡単な頭脳ホール実験を行うことができます。
1. ウェハ全体を占める大きなチップ「Giant ChipA」があるとします。この「Giant ChipA」は 100,000 個の取り外し可能なサブアセンブリで構成されていますが、「Giant ChipA」が正常に動作するためには、サブアセンブリの 80% に欠陥がないことを確認する必要があり、埋め込みプロセス中に不良サブアセンブリが発生する可能性があります。 -アセンブリはバイパスされます。
2. さらに、1 つの機能モジュール (組み込み不可) のみで構成される小型チップ「Tiny ChipB」もあるとします。ただし、この小型チップは、同じチップ上に 100,000 個のサブコンポーネントを組み立てるのに十分な大きさです。この場合、1 つのサブコンポーネントが壊れている限り、「Tiny ChipB」チップ全体が不良であることを意味します。
3. 20,000 個の欠陥サブアセンブリが各ウェーハ上に均等に分布している場合、「Giant ChipA」は欠陥サブアセンブリの 20% を除去できるため 100% の利益を得ることができますが、「Tiny ChipB」は欠陥サブアセンブリを除去できないため、利益は 80% のみになる可能性があります。サブアセンブリ。
AMD の Polaris 20 シリーズ製品と Nvidia の GP 104 製品を見ると、これらの GPU が、多数の小さな「取り外し可能な」サブモジュールで構成されるシミュレーション レンズの下に展開されていることがわかります。
質問 7: ASIC マイニング マシンの電圧は、GPU のわずか 1/2 である 0.4V まで簡単に下げることができます... このような低電圧 ASIC 設計は、ビットコイン マイニング機器の ASIC マイニング マシン メーカーによって採用されているため、現在はありません。彼らがこの戦略を ProgPow ASIC マイナーに適用しないと信じる理由はありません。この問題について話してもらえますか?
チップが計算のみで構成されている場合は、SHA256d マイニング アルゴリズムの計算専用の ASIC マイニング マシンなどの低電圧設計が機能します。 ProgPow データ キャッシュにも必要な SRAM などの他のコンポーネントを統合することは非常に困難であり、低電圧で動作させることは不可能です。
質問8: LPDDR4x DRAMでも同様の省エネ効果が得られ、GDDR6よりも消費電力が低いのですが、この点についてお話しましょう。
エネルギー消費だけを考慮することはできません。LPDDR4x の帯域幅は GDDR6 の帯域幅よりもはるかに低く、前者の各ピンの帯域幅は 4.2Gb/s、後者の帯域幅は 16Gb/s です。 LPDDR4x コンピューティング チップが GDDR6 と同じパフォーマンスを実現するには、4 倍のメモリ チップと 4 倍のメモリ インターフェイスが必要となり、実際にはコストが大幅に増加します。
高帯域幅のコンピューティング チップのインターフェイスは通常制限されていることに注意してください。つまり、チップ モジュールの領域が十分に大きくなければならず、周囲の領域では、信号がチップからプリント基板 (PCB) に落ちることはほとんどありません。 ). LPDDR4x 設計では、同じ帯域幅を実現するには約 4 倍のチップ周囲パッドの数が必要です、つまり、コストはメモリ チップだけでなく、チップ面積の計算コストもかかるため、総コストは次のようになります。実際には低くはありません。さらに悪いことに、どのチップも速度を重視しているため、チップモジュールの面積が大きくなると、無駄な電力も大きくなります。
では、なぜ現在の GPU が LPDDR4x で動作できないのかをもう一度考えてみましょう。まず第一に、LPDDR4x は帯域幅コストの点で期待ほどのパフォーマンスを発揮しません。特定の帯域幅レベル (チップ数の 4 倍) では、LPDDR4x のコストは 4 倍以上高くなり、その結果、大幅なコストが発生します。コストの増加 - 9W の LPDDR4x 高電力での 256 GB/s 帯域幅のコストは約 150 米ドルですが、11W 電力での GDDR6 の同じ帯域幅コストと比較すると、40 米ドル未満であるため、LPDDR4x はマイナーのコストをあまり節約しません(これはメモリ容量のコストではなく、帯域幅のコストに関するものであることに注意してください)。
質問 9: Nvidia のような GPU メーカーは GPU の開発に約 8,000 人を雇用しており、これらの GPU も非常に複雑ですが、LinZhi のような ASIC メーカーはわずか十数名しか雇用しておらず、ETHash マイニング アルゴリズム用の GPU のみを開発しています。これらの企業の人件費は 100 倍も異なるため、ASIC チップはコストと市場投入までの時間の点で GPU チップよりも有利であると言えます。
ここで重要なのは、規模の経済が重要な要素であるということです。 GPU 業界も世界中のさまざまな販売チャネルで償却が行われており、現在の市場規模は約 4,200 億ドルで、そのうち AMD の時価総額は約 116 億ドル、Nvidia の時価総額は約 1,545 億ドル、最大のインテルは約2,548億米ドルです。メモリ市場だけでも、5,000 億ドルの業界では物理ポート (PHY) とチップのコストを償却する必要があります。そのうち従業員数 320,671 人のサムスン電子の市場価値は約 3,259 億ドルであり、最も活発な特許出願人、2 番目は従業員 34,100 人の Micron Technology、市場価値は約 601 億米ドルだが、20Gbps 高速 GDDR6 メモリを開発した最初のチップ メーカー、Hynix は従業員 187,903 人、市場価値約568億ドルをかけて、世界初の1Ynm 16Gb DDR5 DRAMを開発した。これに対し、仮想通貨マイニングに使用される ASIC チップ業界の市場価値は 1,460 億ドルに過ぎず、そのうち 730 億ドルがビットコインに属します。
さらに、市場投入までの時間と技術受け入れモデル (TAM) も考慮する必要がありますが、ここでは、有名な S9 マイニング マシンの後継機の開発時間を参考にするとよいでしょう。完全に開発された SHA256d アルゴリズム コンピューティング チップを反復するのに 3 年かかり、計算の難易度がそれほど高くない場合、GPU と同様に ProgPow アルゴリズムをサポートする ASIC マイニング マシンを迅速に量産できるという保証は何でしょうか?最近では仮想通貨イーサリアムをマイニングするためのASICマイニングマシンの状況も分析できるが、GDDR6チップのサンプル試用期間は1年ほどで、まだ広く使える新バージョンは出ていない。
ProgPow コア開発チーム、IfDefElse からの最終的な考え
ProgPow は実際、規模の経済に支えられ、知名度が高く、大きな競争上の優位性を獲得しているタイプのマイニング ハードウェアをターゲットにしています。
