مروری بر تاریخچه سخت‌افزارهای استخراج بیت کوین

طی یک دهه گذشته، دستگاه‌های استخراج یا به‌طور دقیق‌تر تجهیزاتی که به حفظ شبکه بیت کوین کمک می‌کنند، دستخوش تحولات فناورانه سریعی شده‌اند. ماینرها با استفاده از سخت‌افزارهای استخراج می‌توانند در کار تأیید تراکنش‌های بیت کوین شرکت کنند و با فعالیت آنها پاداش به ‌دست بیاورند. فرایند استخراج، انجام و پردازش محاسبات موردنیاز برای جای‌گذاری بلاک‌های تراکنش‌ها روی بلاک چین است.

همچنین بخوانید: استخراج بیت کوین یعنی چه؟ فرایند ماینینگ بیت کوین چگونه است؟

اگرچه این موضوع تاحدی نادیده گرفته شده است، اما تاریخچه دستگاه‌های استخراج بیت کوین هم می‌تواند توضیح دهد که استخراج چگونه به یک صنعت چند میلیارد دلاری تبدیل شد. صنعت استخراج هنوز هم در مسیر پیشرفت و تکامل گام برمی‌دارد، اگرچه نشانه‌هایی مبنی بر کُندشدن سرعت توسعه این صنعت دیده می‌شود. با استفاده از مقاله‌ا‌ی از وب‌سایت کوین دسک، تاریخچه فناوری استخراج بیت کوین و دورنمای نوآوری‌های جدید را در این حوزه بررسی خواهیم کرد. صنعت استخراج بیت کوین با واحد پردازش مرکزی (CPU) کار خود را آغاز کرد و در ادامه با واحد پردازش گرافیکی (GPU)، مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر (FPGA) و در نهایت مدار مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) متحول شد.

استخراج با CPU

روز ۳ ژانویه ۲۰۰۹ (۱۴ دی ۸۷)، ساتوشی ناکاموتو، خالق ناشناس بیت کوین، اولین بلاک بیت کوین را استخراج کرد. ناکاموتو به‌عنوان تنها ماینر شبکه بیت کوین در آن زمان، برای ساخت بلاک چین بیت کوین به تجهیزات تخصصی احتیاج نداشت. او می‌توانست با یک کامپیوتر شخصی معمولی بلاک بیت کوین را ایجاد کند.

رایانه‌های معمولی، همان‌هایی که که مرورگر اینترنت، مایکروسافت‌وُرد و بسیاری دیگر از برنامه‌ها را اجرا می‌کنند، همگی قطعه‌ای دارند که به آن واحد پردازش مرکزی (CPU) گفته می‌شود. وظیفه این قطعه‌ها کنترل چگونگی پردازش و اجرای دستورات در رایانه است. ازآنجاکه در روزهای اول عمر بیت کوین جز ساتوشی ماینر دیگری وجود نداشت که رقابتی بین آنها شکل بگیرد، انرژی محاسباتی موردنیاز برای ایجاد بلاک‌های جدید و کسب پاداش استخراج به‌راحتی با دستگاه‌های مجهز به CPU تأمین می‌شد.

با پیوستن ماینرهای جدید به شبکه بیت کوین و شروع رقابت برای پاداش بلاک، سخت‌افزارهای استخراج نیز در طول زمان تکامل پیدا کردند.

استخراج با GPU و FPGA

اولین بار که قیمتی برای بیت کوین تعیین شد، اولین نوآوری مهم در حوزه سخت‌افزارهای استخراجِ برترین ارز دیجیتال نیز به وجود آمد.

روز ۲۲ مه ۲۰۱۰ (۱ خرداد ۸۹)، لازلو هانیک (Laszlo Hanyecz)، برنامه‌نویس رایانه، برای خرید دو عدد پیتزا از رستوران پاپا جان، ۱۰,۰۰۰ بیت کوین پرداخت کرد. قیمت این پیتزا حدود ۲۵ دلار بود. طبق داده‌های کوین متریکس (Coin Metrics)، پلتفرم ارائه داده ارزهای دیجیتال، قیمت بازار بیت کوین در ژوییه آن سال (تیر ۸۹) حدوداً معادل ۸ سنت (حدود ۶۰ تومان) بود. در اکتبر ۲۰۱۰ (مهر ۸۹)، هنگامی که قیمت بیت کوین به ۱۰ سنت رسید، اولین دستگاه استخراج با استفاده از واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) تولید شد.

واحدهای پردازش گرافیکی یا همان کارت‌های گرافیک، برخلاف واحدهای پردازش مرکزی، به‌منظور انجام دامنه کمتری از وظایف محاسباتی بهینه‌سازی شده‌اند. GPUها در اجرای بازی‌ها نسبت به CPUها برتری دارند و برای ایجاد هزاران پیکسل تصویری که نسبت به زمان بسیار حساس‌ هستند، مناسبند. GPUها در محاسبه عملیات ساده ریاضی به‌صورت موازی (و نه پشت سر هم) عملکرد خوبی دارند. این دستگاه‌ها را می‌توان برای محاسبه سایر عملیات ریاضی، مانند عملیات مربوط به استخراج بیت کوین‌های جدید، دوباره برنامه‌ریزی کرد.

طبق گفته جاش متنیک (Josh Metnick)، مدیرعامل شرکت مشاوره استخراج ناویر (Navier)، نوآوری استخراج بیت کوین با استفاده از دستگاه‌های استخراج GPU باعث شد بهره‌وری ایجاد بلاک‌های بیت کوین و کسب پاداش بلاک به‌طور متوسط حدوداً شش برابر بیشتر شود. با وجود این میزان افزایش بهره‌وری، هزینه دستگاه‌های GPU تنها دوبرابر از دستگاه‌های معمول CPU بیشتر است.

خیلی زود و در سال ۲۰۱۱، این افزایش بهره‌وری تحت‌الشعاع عملکرد مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر (FPGA) قرار گرفت که برای استخراج بیت کوین دوباره مدل‌سازی شده بودند.

طبق محاسبات متنیک، توانایی FPGAها در محاسبه عملیات ریاضی موردنیاز برای استخراج بیت کوین دوبرابر سریع‌تر از بهترین نسل GPUها است. بااین‌حال، تولید این دستگاه‌ها دشوارتر است. پیکربندی FPGAها باید در دو سطح نرم‌افزاری و سخت‌افزاری صورت بگیرد، به این معنا که هم برنامه‌ریزی و هم ساختار این دستگاه‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که بتواند کد سفارشی‌شده را به ‌شکلی کارآمد اجرا کند. درواقع، توانایی تنظیم قطعات سخت‌افزاری FPGA برای استخراج بیت کوین، این دستگاه‌ را نسبت به GPU بهینه‌تر و مطلوب‌تر می‌کند.  

استخراج با ASIC

سومین نوآوری مهم در صنعت ماینینگ احتمالا حاصل بیشترین میزان منابع، زمان و توسعه بوده است. به‌جای تنظیم مجدد پارامترهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری دستگاه‌های موجود، تلاش‌ برای ایجاد یک دستگاه کاملا جدید که بتواند بیت کوین استخراج کند، بالاخره جواب داد. در سال ۲۰۱۳، کانان کریتیو (Canaan Creative)، یک تولیدکننده چینی سخت‌افزارهای رایانه‌، اولین مجموعه از مدارهای مجتمع با کاربرد خاص یا ای‌سیک (ASIC) را برای استخراج بیت کوین عرضه کرد.

این دستگاه‌ها، برخلاف CPUها، GPUها و FPGAها، از ابتدا برای استخراج بیت کوین طراحی شدند. این یعنی تمام اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری این دستگاه‌ها از ابتدا و به‌طور کاملا ویژه برای انجام محاسبات موردنیاز برای ایجاد بلاک‌های جدید بیت کوین طراحی و بهینه‌سازی شدند. میزان بهره‌وری این ای‌سیک‌ها قابل‌مقایسه با هیچ‌کدام از دستگاه‌های پیشین که برای اهداف مختلف کاربرد داشتند، نبود.

پس از کانان کریتیو که اولین تولیدکننده ای‌سیک بیت کوین بود، تولیدکننده‌های دیگر، از جمله بیت مین (Bitmain) و میکروبی‌تی (MicroBT) نیز با مدل‌های جدیدی از دستگاه‌های استخراج ای‌سیک با سخت‌افزارهای پیشرفته‌تر وارد صحنه شدند. از سال ۲۰۱۳ تاکنون، یکی از چشمگیرترین تحولات فناوری استخراج با ای‌سیک، کاهش مداوم اندازه تراشه‌ها بوده است. در سال ۲۰۱۳، اندازه اولین تراشه‌های ای‌سیک ۱۳۰ نانومتر بود؛ اما در جدیدترین مدل‌های سخت‌افزاری، اندازه این تراشه‌ها فقط ۷ نانومتر است.

اهمیت اندازه این تراشه‌ها مربوط به بهره‌وری استخراج است. هرچه سطح تراشه ای‌سیک پهن‌تر باشد، کانال‌های ارتباطی آن بزرگ‌تر و در نتیجه مصرف برق برای انتقال داده روی سطح آن بیشتر است. طبق محاسبات متنیک، در حال حاضر، سرعت پردازش یک دستگاه استخراج بیت کوین ای‌سیک ۱۰۰ میلیارد برابر بیشتر از یک CPU معمولی در سال ۲۰۰۹ است.

راکش کومار (Rakesh Kumar)، دانشیار رشته مهندسی الکترونیک و رایانه در دانشگاه ایلینوی در ایالات متحده، بر این باور است که عامل محرک قوی برای تکامل سخت‌افزارهای ماینینگ از زمان ایجاد بیت کوین تاکنون، افزایش بهای این ارز دیجیتال در برابر دلار بوده است که استخراج بیت کوین را به فعالیتی بسیار پرسود تبدیل کرده است. هرچه ارزش بازار برای پاداش بلاک بیشتر شود، نوآوری‌ها و ابداعات جدید در صنعت استخراج حاشیه سود ماینرها را افزایش داده و در عین حال هزینه عملیات استخراج را کاهش می‌دهد.

آینده استخراج بیت کوین

از سال ۲۰۱۵، روند کاهش اندازه تراشه در دستگاه‌های ای‌سیک استخراج بیت کوین نسبت به سال‌های ۲۰۱۳ و ۲۰۱۴ کُندتر و با تغییرات کمتری همراه بوده است. علاوه بر این، برخلاف نوآوری‌هایی که دستگاه‌های استخراج GPU نسبت به دستگاه‌های استخراج CPU یا دستگاه‌های استخراج FPGA نسبت به دستگاه‌های استخراج GPU به وجود آوردند، از زمان تولید اولین دستگاه استخراج ای‌سیک تاکنون، فناوری جدیدی برای افزایش شدید بهره‌وری استخراج ایجاد نشده است.

کومار در این خصوص اظهار داشت:

ما با محدودیت‌هایی اساسی مواجه هستیم. این مشکل تمام صنعت است. نه تنها صنعت استخراج بیت کوین، بلکه تمام صنعت ابزارهای نیمه‌رسانا به نوع جدیدی از این دستگاه‌ها احتیاج دارد.

بدون یک فناوری جدید، سنّت‌شکن و نوآورانه، رقابت بین ماینرهای بیت کوین برای سخت‌افزارها و تجهیزات که در دهه اخیر جاری بود، به‌زودی متوقف خواهد شد. اگر سخت‌افزارهای استخراج بیت کوین تبدیل به کالایی شوند که بهره‌وری مدل جدید فقط چند دقیقه نسبت به مدل قبلی متفاوت باشد، ماینرها باید سایر حوزه‌ها را نیز برای دستیابی به مزیت رقابتی در نظر بگیرند. این حوزه‌ها می‌توانند تحت‌عنوان نوآوری در منابع انرژی، برنامه‌ریزی مالی یا حتی تنوع محصول دسته‌بندی شوند.

تکامل سخت‌افزارهای استخراج بیت کوین در طول زمان باعث افزایش قابل‌توجه بهره‌وری استخراج‌کنندگان شده است. بااین‌حال، ممکن است این روند در آینده ادامه پیدا نکند؛ زیرا تعداد نوآوری‌های فناورانه سخت‌افزاری کمتر و فاصله بین این ابداعات نیز بیشتر شده است. رقابت برای پاداش استخراج بیت کوین باز هم تشویقی برای تکامل و پیشرفت فناوری در این حوزه است. با این همه، مشخص نیست که گام بزرگ بعدی در فناوری استخراج به چه صورت خواهد بود.