撰文：YanXin，作者就职于区块链投资机构FundamentalLabs?
来源：链闻
随着Nervos这样全新的热门PoW公链主网上线，让ASIC矿机出现之前PoW公链算力竞争和平衡的过程再次受到关注。通常而言，挖矿算法与矿机器件特性的匹配程度影响着某一种矿机市场占比。而在Nervos主网上线的过程中，FPGA矿机的表现颇为显眼。
尽管屡屡在挖矿产业史中被提及和讨论的FPGA矿机实际上从未被大规模生产和销售过，但是FPGA矿机对PoW公链的生态影响不容忽视。在我看来，FPGA矿机极有可能大规模侵蚀GPU在ASIC出现之前的算力占比，成为最有力的算力打新工具。
1.什么是「FPGA」
让我们不妨从简单普及一下什么是「FPGA」、什么是「ASIC」这样基本的概念开始。
FPGA是「FieldProgrammableGateArray」的缩写，即「可编程的逻辑门阵列」，是一种半定制电路。
而ASIC则是「ApplicationSpecificIntegratedCircuit」的缩写，即「专用集成电路」，是对于某一固定算法的最优解决方案。不过，ASIC生产成本昂贵，一次投片的成本在千万人民币左右，只在成熟稳定、需求量较大的应用场景中才能体现出其成本优势。
观点：机构投资者不会以特定价格购买BTC，而是以美元购买一定数量:1月5日，Blockstream首席战略官Samson Mow发推表示，机构投资者不会决定以特定价格购买比特币。他们会决定以美元购买一定数量的比特币，通常价值数亿美元，然后在一段时间内购买，不管比特币价格走势如何。[2021/1/5 16:29:27]
对于运算逻辑需要经常改变，或者芯片需求量较小的加密货币挖矿或机器学习等场景，FPGA以其可以媲美ASIC的运算速度，以及算法可更新的特性保有一席之地。FPGA也经常用于验证正在设计的ASIC中的运算逻辑。
从某种角度上讲，FPGA是ASIC出现之前的替代品，在不确定性强的场景中发挥着独特的作用。
FPGA内部结构
FPGA与GPU同样可通过编程执行各种不同的运算任务，但FPGA的运算逻辑通过基于查找表实现的逻辑门阵列实现，不依赖于冯诺依曼结构，一次运算得到的结果被直接馈送到下一个运算的输入，无需在主存储器临时保存，因此不仅对内部存储器的带宽需求比GPU低很多，而且还具有响应迅速和功耗更低的特点。因此，FPGA对于一些内存需求量较小、可流水处理的算法可以表现出GPU无法比拟的优势。
观点：推特采取的措施不足以防止再次发生黑客攻击事件:针对推特发生的大规模攻击事件，恶意软件实验室Emsisoft的威胁分析师Brett Callow表示，Twitter随后采取的安全措施可能还不足以防止将来再次发生此类事件。
他说：“毫无疑问，尽管Twitter将致力于改善其安全性，但事实是，还没有一种完全确定的方法来防止帐户被接管，并且类似的事件几乎肯定会再次发生。”（Cointelegraph）[2020/7/21]
2.??从「ASICResistant」到「ASICFriendly」
如果想更深入讨论FPGA矿机的未来趋势，不妨让我们从矿机发展的整个历程和脉络开始。
在比特币被各种专用计算设备垄断算力之后，莱特币等一众早起的「altcoin」开始在挖矿算法设计中体现「Anti-ASIC」的思想。这种设计利于让更多爱好者用普通电脑参与到新的加密货币挖矿之中，从而推进新的加密货币的去中心化。但这种「Anti-ASIC」每每都被证明无法长期持续，其中微妙的平衡很容易在某种加密货币繁荣之后崩溃。在利益的驱使下，对应于Anti-ASIC的专用矿机很快被推出。
尽管Anti-ASIC本身确实是一个无法持续的过程，但这一逐渐失效的过程为非常多加密货币的发展带来益处，因此，在相当长的一段时间内被争相效仿，各种Anti-ASIC算法被设计出来。
观点：围绕区块链等核心技术深化改革 尽快落实央行数字货币:6月16日消息，中国人民大学国发院金融科技研究中心、未来法治研究院研究员杨东刊文《以民法典为契机构建数字经济竞争规则》。文章中表示，以区块链、大数据、人工智能等为代表的科技正在深刻变革着传统经济业态，塑造着数字经济。对于新技术特别是区块链技术，要从经济治理层面充分理解其对生产关系的变革作用，其最大的意义在于调整各生产要素间的利益分配关系。
而基于区块链的共票能够改变过去由股东垄断利润的局面，让更多的消费者、普通的劳动者等提供数据、参与数据价值创造的有关主体能够获得合理的利益分配。因此，应当充分注意到区块链带来的制度革新前景。应围绕区块链等自主创新核心技术不断深化改革，真正释放区块链的巨大潜能，赢得数字时代的领先契机。
文章中还建议，要尽快落实央行数字货币DCEP，推动人民币跨境支付。以区块链技术为代表的金融科技的交易系统采取了更多的技术协议代替人工监督和执行，如以智能合约为代表的区块链“协议”能够便捷地实现清算、资金交割的程序而无须人工干预。此外，文章中还提到，应该认识到区块链和金融的融合创新发展是大势所趋，应尽快改变当前互联网平台的数据和发展红利被美国等国所垄断所独享的局面，进行全面突围。（经济参考报）[2020/6/16]
一般而言，Anti-ASIC算法的设计思路主要有三种：
内存依赖型算法，例如CuckooCycle、Equihash和Scrypt。这些算法通过增大运算输入的体积，使得FPGA和ASIC必须在已有的运算单元之外增加额外的内存，提升FPGA和ASIC的设计难度，并降低其相对优势。
观点：机构投资者中家族理财室投资加密的可能性最高:Coinbase的金融战略分析师Nick Prince表示，尽管一些机构已经投资了加密资产，但其它机构可能永远不会这么做。Prince列出了机构投资者投资加密的可能性，按照可能性从高到低排列为：1.家族理财室；2.捐赠基金和基金会；3.养老基金；4.主权财富基金；5.银行/保险公司。（Cryptocurrency News）[2020/5/4]
多算法杂糅，例如X11、X13和X16R。这些算法通过同时引入若干种串联的哈希算法，增加FPGA和ASIC的复杂程度，后期又衍生出了多算法随机次序串联的算法，进一步增加FPGA和ASIC的设计门槛。
定期更换算法。某些加密货币定期更换一次挖矿算法或者算法的参数，使得专用挖矿设备定期被淘汰，被认为是根本性的Anti-ASIC方法。
Anti-ASIC算法的发展给予GPU挖矿极大的空间，并使其逐渐成为了主要的Altcoin挖矿设备，但其副作用也逐步显现：
首先，GPU矿工没有忠诚度，多数GPU矿工选择挖矿标的的唯一标准是当日产出，一旦某加密货币价格大幅下跌，相随而来的即是算力的大幅下跌，对于依赖算力维持网络安全的工作量证明区块链，在算力下跌之后其网络健壮程度快速下降，极其容易遭受51%攻击。
其二，无法为其矿工提供超额收益。由于GPU存量极大，任何一个加密货币的挖矿收益超过以太坊的部分，将会被涌入的算力快速摊平，因此矿工无法获得相应的激励，成为该币种的积极建设者。
声音 | 观点：去中心化的加密货币不能代替法定货币:Cointelegraph对几位专家就在加密货币存在的情况下是否还需要央行数字货币（CBDC）的原因进行了采访。区块链研究所联合创始人Alex Tapscott对此表示，问题不在于我们是否需要数字法定货币，而在于政府是否会为控制其货币主权而采取行动，在未来10年内，预计世界上所有主要的法定货币都将成为区块链上的数字货币。国际清算银行支付与市场基础设施委员会秘书处主任Morten Bech表示，去中心化的加密货币在大多数情况下并不适用，人们需要的是（数字）资金，该技术尚未解决。瑞典和乌拉圭都没有选择区块链作为其数字货币试点计划的基础。 金l融创新与稳定中心执行董事Larry D. Wall表示，去中心化的加密货币不能代替法定货币，在挑战政府发行的货币之前需要克服各种障碍。[2019/9/2]
GPU挖矿标的以单日收益从高到低排序，ETH名列第三位，与前两名差距很小
其三，GPU挖矿的成熟使得Anti-ASIC最初的目的失效，即无法使更多普通爱好者参与到挖矿之中，挖矿完全被GPU矿工垄断。
其四，GPU本身存量巨大，除去已经投入挖矿的GPU矿机之外，仍有大量GPU在MSP手中闲置，在国家战略背景下，发改委从《产业结构调整指导目录》中的淘汰产业中删除虚拟货币挖矿等内容，未来真正的GPU算力巨头入场不再遥远，GPU挖矿相对社会平均投资回报率的超额收益将在GPU算力暴涨的过程中被无限稀释。
除以上四点之外，定期分叉或更改算法会带来社区的分裂，长此以往，社区难以壮大。
越来越多的开发者对于Anti-ASIC更加保守，或者设计规则，引导算力有规律地逐渐过渡到ASIC。Grin就是一很好的例子，但由于CuckooCycle算法本身对内存的要求仍然非常高，矿机生产企业目前也并未成功地按照计划推出产品。
近期上线的Nervos设计了ASICFriendly的基于SHA3的Eaglesong算法，该算法无大内存需求和复杂的算法杂糅，主要内容即是一简单哈希算法的多次迭代，便于在FPGA和ASIC中流水处理。
EaglesongHash的核心是变换函数f的42次迭代
综上，从ASICResistant到ASICFriendly完全可能是一个新方向的开启，而FPGA将在这个方向中替代GPU成为ASIC出现前最好的挖矿工具。
3.Altcoin的ASIC矿机为何总是难产？
今年以来，比特大陆、嘉楠耘智和比特微等主流矿机公司不再横向拓宽Altcoin的ASIC矿机产品线，风险收益不相称是最简单的解释。
ASIC的挖矿能效比与GPU相比较，动辄拥有10倍的绝对优势。由于边际成本递减效应，ASIC生产者将不可避免地倾向于过量生产ASIC以抢占算力份额，推高难度，将GPU矿工快速挤出。而小币种矿机本身由于容量小、矿机可生产和发售数量有限，不可避免地造成中心化的问题。而FPGA在此处则更像GPU，拥有根本性的优势，即FPGA本身由Xilinx和Intel等大厂生产，各家FPGA矿机无非是选购不同地已经生产出的FPGA进行电路板级的硬件设计和软件算法优化，而这两块内容均不像ASIC版图那样封闭和「高精尖」，各家的产品也并不会出现太大的差别，可以更好地推动去中心化。
据MRFR统计，在FPGA主要厂商中，Xilinx和Intel的市占比累计为72%
ASIC是一个赢家通吃的游戏，不同Foundry、不同工艺，或者不同设计方法设计出针对同一算法的ASIC可能存在若干倍的性能差异，由于区块链网络难度自适应调节，性能处于劣势的计算设备可能面临残酷的淘汰，因此各个生产商互相严格保守产品参数的机密，更加增大了资金投入的风险。
而FPGA作为可编程器件，即使被淘汰的二手FPGA，仍被广泛地应用在爆破等无需考验起耐久性的场景之中，不会像被淘汰的ASIC一文不值。
拥有了ASIC即拥有了算力的话语权，但不等同于社区治理的话语权，如果一款ASIC使得多数社区成员利益受损，该币种很有可能通过分叉修改挖矿算法而将ASIC设计者完全排除在外。比如说，10月初时，Ravencoin?进行了挖矿算法升级，将挖矿算法更改为X16R的升级版「X16Rv2」，以阻止Ravencoin网络上ASIC矿机继续挖矿。这次的算法更改让很多ASIC团队无所适从，而FPGA矿机作为算法更改最为灵活的矿机很快涌入算力市场。
4.FPGA并非GPU的替代品，而是更适应ASICFriendly算法的新选择
本质上，挖矿是一个通过区块奖励提升网络算力，从而提高攻击成本的过程。一个有益的挖矿算法应该是一个可以激励矿工稳定地为网络提供服务的算法。在这个问题上，ASIC永远拥有不可替代的作用，但在某种加密货币的体量还无法支撑ASIC矿机之前，FPGA和GPU实质上发挥着相同的作用，两者的不同即是存量的不同和本身特性与算法设计理念匹配度的不同。
就目前而言，GPU算力的可获得性远远超过FPGA算力，但如果ASICResistant到ASICFriendly的趋势成立并持续发展，FPGA必将撬动流动算力的天平，成为新币种算力打新的利器。
参考资料
1.https://www.crypto51.app/
2.https://whattomine.com/
3.https://miningpoolstats.stream/
4.https://www.marketresearchfuture.com/reports/field-programmable-gate-array-market-1019
5.https://github.com/nervosnetwork/rfcs/blob/master/rfcs/0010-eaglesong/0010-eaglesong.md
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