Что такое асик? Зачем он нужен и какую роль играет в майнинге

ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) — специализированные интегральные схемы, которые разработаны для выполнения конкретных задач. Они используются в разных областях: майнинг криптовалюты, обработка изображений, медицинская техника. Асик — устройство, которое проводит эти вычисления. В этой статье рассмотрим особенности использования асиков и узнаем, как они используются майнинге и других сферах.

Зачем нужен и где используется 

Асики стали популярны благодаря своей эффективности в выполнении вычислений. Одно из основных преимуществ — высокая производительность. Асики оптимизированы для работы с определенными алгоритмами, что позволяет им работать быстрее, эффективнее, чем процессоры или видеокарты.

Асики пользуются популярностью в разных сферах:

• Майнинг криптовалюты. Асики используются для добычи разных монет: Bitcoin (BTC), Litecoin (LTC), Bitcoin Cash (BCH), а также других монет.
• Обработка изображений. Асик-аппараты используются для обработки изображений, видео в режиме реального времени, например, в системах видеонаблюдения, автомобильных камерах.
• Медицинская техника. Асики используются для обработки медицинских данных, а также диагностики. Например, для анализа ЭКГ и других медицинских исследований.
• Сетевые устройства. Asic-аппараты используются в сетевых устройствах. Например, в маршрутизаторах, коммутаторах, чтобы ускорить обработку сетевого трафика.
• Автомобильная промышленность.В этой сфере ASIC используются для управления системами безопасности, комфорта. Например, в антиблокировочных системах торможения (ABS), климат-контроле.
• Игровая индустрия. Асики используются в игровых консолях для ускорения графических вычислений, повышения производительности игр.

В контексте криптовалюты ASIC используется для майнинга — для вычисления хешей блоков транзакций, с целью получить вознаграждение за это.

Основное отличие ASIC-майнинга от других способов добычи крипты заключается в том, что он более эффективный, быстрый. Эти устройства созданы специально для выполнения конкретной задачи — генерации хешей блоков. Поэтому они работают быстрее GPU-оборудования.

Кроме того, использование асика позволяет повысить скорость работы всей сети криптовалюты за счет ускоренного решения математических задач. Но иногда ASIC может быть неэффективным. Например, если изменится алгоритм шифрования выбранной криптовалюты, то придется приобретать новое устройство.

Как производят асики и в чём принцип их работы

ASIC отличается от обычных микросхем тем, что архитектура нацелена на решение определенной проблемы.

Процесс производства ASIC начинается с создания дизайна чипа. Это можно сделать вручную или при помощи компьютерного программного обеспечения. Затем дизайн передается в фабрику по изготовлению полупроводниковых материалов.

В фабрике используются специализированные методы литографии, а также нанотехнологии для создания кремниевой подложки, которая будет использоваться как основа чипа. Направляющие слои проводятся через эту подложку при помощи светочувствительных материалов.

Затем следует этап формирования контактных площадок — зон соединений цепей друг с другом. Там послойно наносится защитный слои оксида и масла, которые защищают контактные площадки от коррозии, а также повышают надежность соединений.

Далее происходит этап напыления металла, который используется для создания проводников на чипе. Металлический слой формируется при помощи метода физического осаждения паров металла или химического осаждения из газообразной фазы. Затем следует шлифовка и полировка поверхности чипа.

После завершения процесса изготовления ASIC он тестируется на соответствие заданным параметрам, функциональности. Процесс включает в себя проверку электрических характеристик, скорости работы, надежности.

Внутренняя архитектура ASIC зависит от конкретной задачи или функции, которую он должен выполнять. Общая архитектура чипа состоит из нескольких блоков:

• управляющий блок (control unit); 
• вычислительный блок (arithmetic logic unit);
• память (memory); 
• интерфейсные модули для связи с другими устройствами.

Принцип работы ASIC заключается в выполнении определенной функции или задачи без возможности изменения программы после создания чипа. Минус — когда потребуется поменять функциональность чипа, то придется создавать новый дизайн, а потом производить новый экземпляр микросхемы.

Что такое консенсусы блокчейна и как они связаны с асиками

Консенсус блокчейна — процесс достижения единого мнения участников сети о состоянии блокчейна и его обновлении. Он нужен для поддержания целостности, безопасности блокчейна, а также для предотвращения возможных атак на сеть. Асик-оборудование использует разные алгоритмы консенсуса.

Разные типы консенсусов позволяют выбирать наиболее подходящий для конкретной сети, учитывая ее цели, требования. Кроме того, использование разных типов консенсусов повышает эффективность, безопасность работы блокчейна.

Существует несколько типов консенсусов:

• Proof of Work (PoW). Самый распространенный тип, которые используется в биткоине, а также других криптовалютах. В этом типе консенсуса майнеры решают сложные математические задачи, чтобы добавить новый блок в цепочку.
• Proof of Stake (PoS). В этом типе консенсуса участники сети предоставляют свои монеты на хранение — стейкинг, чтобы получить возможность создавать новые блоки и получать вознаграждение. Это позволяет снизить энергозатраты, а также повысить безопасность сети.
• Proof of Authority (PoA). Участники сети выбирают авторитетные узлы, которые будут создавать новые блоки.
• Byzantine Fault Tolerance (BFT). Используется в частных блокчейнах, где участники сети достигают консенсуса путем голосования.
• Federated Byzantine Agreement (FBA). Консенсус, который используется в блокчейне Stellar, где участники сети выбирают доверенные узлы, которые будут создавать новые блоки.

Популярные алгоритмы

Существует несколько популярных алгоритмов, которые используются при добыче монет:

• SHA-256. Это самый распространенный алгоритм в мире криптовалюты, используется для добычи Bitcoin, Bitcoin Cash, а также других монет, которые работают на этом алгоритме. 
• Scrypt. Альтернативный алгоритм, который запущен как ответ на недостатки централизации в более старых системах Proof-of-work (PoW). Он требует больше оперативной памяти по сравнению с SHA256.
• Ethash. Используется в сети Ethereum — это PoW консенсуса Ethereum. 
• X11 —  комбинированный алгоритм из 11 разных функциональных блоков или методов хэширования.
• CryptoNight. CryptoNight используется в криптовалюте Monero.

Для каждого вида алгоритма компании выпускают асики. Обычно, эффективность асика оценивается по хешрейту. Хешрейт — мощность вычислительной системы, измеряется в хешах в секунду (H/s). В майнинге хешрейт показывает количество хешей, которое оборудование рассчитывает за единицу времени. 

Чем выше хешрейт, тем больше возможность получить награду за блок. Хешрейт измеряется в хешах в секунду (H/s), килогешах в секунду (kH/s), мегагешах в секунду (MH/s), гигагешах в секунду (GH/s), терагешах в секунду (TH/s), петагешах в секунду (PH/s).

Сравним эффективность разных типов оборудования:

1. Antminer S19 Pro (SHA-256). Это мощный ASIC-майнер, который может генерировать до 110 терахешей в секунду. Минус в том, что цена на такие асики высокая и может быть экономически невыгодной для пользователей с дорогой электроэнергией.

2. Innosilicon A10 Pro (Ethash). ASIC-майнер, который используется для добычи Ethereum Classic, а также других криптовалют на базе Ethash. Один аппарат может генерировать до 500 мегахешей в секунду при потреблении электроэнергии около 1300 Вт.

3. Bitmain Antminer L3+ (Scrypt). Аппарат, который используется для добычи Litecoin,а также других криптовалют на основе Scrypt. Antminer L3+  может генерировать до 504 мегахешей в секунду при потреблении электроэнергии около 800 Вт.

4. Bitmain Antminer X3 (CryptoNight). ASIC-майнер специально разработан под CryptoNight альткоин Monero .Один аппарат может гененировать до 220Kh/s.

5. Baikal Giant N (X11). Один из популярных асиков на X11. У него хэшрейт 20 GH/s , а потребляет около 60 Вт энергии.

Преимущества и недостатки

Какие преимущества и недостатки у асик-устройств:

Достоинства:

• Эффективность. Асики работают на порядок быстрее, чем обычные процессоры или видеокарты, что позволяет майнерам получать больше монет за меньшее время.
• Надежность. Асики разработаны специально для майнинга, у них высокая надежность, долговечность.

Недостатки:

• Ограниченность. ASIC-устройства специализируются на выполнении только одной задачи и не могут использоваться для других целей.
• Высокая стоимость. Асик-аппараты стоят дороже, чем другие устройства для майнинга. Иногда это становится проблемой для тех пользователей, у кого ограничен бюджет.

Асики обладают высокой эффективностью, надежностью, экономичностью. Разные компании выпускают устройства для майнинга под все популярные монеты. Поэтому ваш выбор зависит от бюджета, криптовалюты, которую планируете добывать и доступной мощности электроэнергии.