第一節 比特幣挖礦

第一章我們介紹過比特幣的本質是一個相互驗證的公開記賬系統，而挖礦的本質就是爭奪記賬權，因為有效記賬將會獲得比特幣作為獎勵。每當有未確認交易被廣播給全網，所有愿意參與驗證交易的節點（比特幣礦工）每10分鐘都可以選擇一些未確認的交易對照歷史區塊鏈驗證并打包成一個“區塊”，但并非所有比特幣礦工打包的區塊都是有效區塊，而是需要參與一場難度不斷調整的計算競賽，即通過哈希碰撞來求得一串頭部為若干個零的特殊哈希值。

在中本聰設置的比特幣網絡協議中，設定每挖出21萬個區塊（總供應量的1%）“挖礦”獎勵會減少一半。隨著時間的推移，比特幣產生數量將會越來越少。2009年的“創世區塊”給予礦工的獎勵是50個比特幣，而今天挖出新區塊的礦工獎勵已經降至12.5個比特幣。加上越來越多的人參與挖礦，得到比特幣的難度也大大增加。

一、礦工挖礦

比特幣是通過硬件的計算產生的，而在理論上CPU和顯卡都可以挖礦。但是比特幣的計算系統會根據硬件的計算性能控制計算難度，顯卡因為速度較快，淘汰了CPU，后又被其他硬件替代。

總體來說，比特幣挖礦一共經歷了以下五個時代：CPU挖礦→GPU挖礦→FPGA挖礦→ASIC挖礦→大規模集群挖礦。

從個人到大規模集群，比特幣挖礦越來越趨于專業化、規模化。

二、礦機產業

礦機產業具有完備的上下游企業，生產一款礦機大概需要涉及以下幾個環節：芯片設計、芯片生產、封裝、礦機設計、礦機加工等。它們的終端消費者是市場上大量存在的礦工。

（一）芯片設計

芯片設計的流程與許多產品的設計流程相似，是一個不斷細化和明確產品功能的過程。芯片設計企業負責芯片的研發，甚至也包含基本礦機方案的設計。芯片設計頗具技術含量，能否成功設計出芯片，很大程度上取決于設計團隊的技術和經驗。但是，我們也注意到芯片設計的成本實際上并不高，十幾個人工作3～6個月，就可以完成設計。

（二）流片與封裝

芯片設計的最后一步是流片，流片需要交給芯片廠來完成。值得注意的是，流片分兩種，一種叫多項目晶圓（Multi Project Wafer, MPW），就是將多個具有相同工藝的集成電路設計放在同一晶圓片上進行流片。流片后，每種設計可以得到數十片芯片樣品，實驗費用就由所有參加MPW的項目按照芯片面積來分攤。另一種是單項目晶圓（Full Mask），一個晶圓上只有一種芯片。

芯片設計完成之后，誰也不能保證它會正常工作。所以第一步一般是MPW流片，在拿到樣片進行測試沒問題后，才會進行Full Mask流片。而且第一次Full Mask流片也只會少量生產，等封裝測試證明芯片確實能夠工作了，才會量產，量產之后再交由封裝廠封裝。

芯片流片和封裝的價格非常昂貴，生產工藝越先進價格越昂貴。同時，價格也與出貨量有關。如果設計團隊在芯片流片后，發布ICO募集資金，就可以全部用投資人的錢與芯片廠簽訂合同，這個過程可以說是把所有風險都轉嫁給了投資人。如果設計團隊自己投資與芯片廠簽訂合同，那么這個過程，他們將自行承擔所有的風險。

（三）礦機設計和加工

礦機設計可以與芯片設計同時進行，也可以由同一個團隊來完成。一般情況下，芯片設計團隊也會提供基本的礦機設計方案。在拿到樣片之前，團隊可以用芯片的仿真參數開展版型、散熱和供電方面的設計。等拿到樣片之后，需要進行測試，如果樣片和預期存在較大差異，可能還需要重新部署礦機的設計方案。

礦機設計和加工成本與芯片生產成本比起來相對較低，但仍需要采購配件甚至芯片。因此不少礦機銷售商采用預售的方式來減輕資金壓力。如果生產出來的礦機賣不出去，礦機商可以進行預挖，只要采礦的電力成本相對低廉，就可以通過這種方式收回一定的成本。

三、礦場

隨著設備的更新，專門用于挖礦的“礦機”被制造出來，于是挖礦進入大規模集群化階段。大量礦機被集群部署在機房里形成礦場。由于對電力的巨大需求，礦場通常臨電站而建。由于礦機工作時噪聲較大且產生的熱量較多，并不適合長期放在辦公室或家中，因此很多礦機所有者會將礦機直接托管到礦場進行挖礦。

礦場的贏利模式并不復雜。代挖礦業務可通過出售礦機或算力的方式進行，對每臺礦機收取礦機托管服務費。在礦機沒有百分之百被出售的情況下，礦場也會自行進行挖幣并通過交易獲得挖礦收益。成本主要是電費、廠房租賃費用和運維人員的人力成本。

幣價是挖礦收益的最大影響因素之一。一旦幣價跌破挖礦成本，許多礦場會選擇暫停挖礦。2018年新年伊始，比特幣價格震蕩下行，一度從11000美元大跌至6000美元，于是在2018年2月6日，幣網就發出了多個云算力合約暫停公告。公告顯示，合約礦機挖礦日耗電費4.32元/T，當時比特幣挖礦每T算力日收益約為0.00009660BTC，當比特幣單價低于4.32元/0.00009660=44720.49元時，云算力合約收益將低于電費支出。需要指出的是，隨著挖礦難度不斷上升，比特幣價格需不斷提高才能滿足挖礦電費支出。

四、礦池

比特幣的PoW共識機制決定了組合算力聯合挖礦具有更大優勢。為了提高采礦的穩定性，礦池產生了。礦池的商業模式比礦場輕很多，礦池自身并不會投入礦機進行挖礦，而是提供對外開放的采礦服務器，專門為礦工和礦場提供礦池接入及派幣服務，賺取服務收入。目前國內較為著名的比特幣商業礦池有F2Pool, BTCC Pool, AntPool, BW Pool等。

圖1.65展示了2018年1月8日至2月7日的全球比特幣算力分布，全球算力達到9211434TH/s，其中AntPool以17%的市場份額成為當期算力最大的礦池，BTC.com和BTC.TOP位列其后。值得一提的是，AntPool, BTC.com, BTC.TOP, ViaBTC, BTCC, BW.com,1Hash和BATPool都是由中國團隊組建的礦池，如果接入算力均來自中國，那么參與全球比特幣挖礦的中國算力總和占全球算力的比重將超過65%。

挖礦產業的興起與礦機銷售市場的火爆，對國內電子產業鏈帶來的機會也不容小覷。不管是上游芯片制造業，還是封測、EMS廠商、被動原件，PCB產業鏈都受益頗豐。海通證券在一份研究報告中測算2017年礦機芯片封測市場總量在9億～11億元人民幣，預計2018年礦機芯片封測市場規模將會達到36.3億～99.8億元人民幣，中值約為60億元人民幣。