矿机学堂：阿瓦隆矿机带你揭开算力之谜
在上期《矿机课堂：认识阿瓦隆矿机——什么是ASIC矿机》中我们以阿瓦隆矿机A841为例讲解了什么是ASIC专业矿机。上期我们提到，对于一台矿机来说，最核心的两个指标就是算力和功耗。
如果说算力代表了一台矿机的生产力指标，那么功耗则代表了一台矿机的硬成本指标。只有算力与功耗比达到一定值，挖矿才能盈利。在今天的《矿机学堂》中，我们也将以阿瓦隆矿机A841为例，为大家讲解专业矿机算力的奥秘。
什么是算力？比特币网络在计算什么？
如果要说算力是什么，那就得从比特币发明者中本聪的论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》说起。这篇论文描述了一种他称之为“比特币”的电子货币以及它的算法。2009年，他发布了第一个比特币软件，正式推出了比特币，目前被公认为比特币的源头。
中本聪论文《比特币：一种点对点的电子现金系统》（图片来自网络）
如果我把整篇论文都抄在这里，恐怕你们没有耐心看完。但你们应该听说过，区块链的核心本质之一就是去中心化和分布式记账，而比特币网络的所有计算其实都是基于此。我们用支付宝跟卖家交易，所以支付宝是一个中心。在比特币网络中，你跟卖家的交易会被广播到全世界，无法篡改（很难被篡改），但交易并不总是局限于你和唯一的卖家，而是环环相扣，这就产生了大量的计算需求。
在这个过程中，需要算力来保证区块的信息无法被改变。怎么实现的呢？工作量证明是基于随机哈希的，然后形成一条链。这条链有一个特点，如果你想开始，就需要找到一个解，只要你先找到这个解，你就会得到比特币的奖励。如果你想修改一个现有的区块，你就得选择最长的链重新计算，这需要巨大的算力。这使得矿工得不偿失，最好计算出一条新的链，这就保证了比特币网络的最长链极难被篡改，确保了安全。
简单来说，矿工利用算力挖比特币的本质其实就是不断解决问题。如果你努力了，自然会得到比特币作为奖励，但这个网络中的语言是“算法的HASH值”。换句话说，整个比特币网络都在致力于解决算法的HASH值。
算法，了解比特币网络算力的由来
从前面的介绍中我们知道，整个比特币网络都在运行该算法的HASH值计算。说到HASH值，如果你是一个电脑爱好者，那你肯定在几年前就接触过它了。比如你想知道某个软件是不是正版，我们可以查看你下载的文件的MD5值，而MD5可以说是目前使用最为广泛的Hash算法应用了。
百度百科注：哈希函数（或称散列算法，又称哈希函数，英文：Hash）是一种从任何类型的数据中创建小的数字“指纹”的方法。哈希函数将消息或数据压缩为摘要，使数据更小并固定数据的格式。该函数将数据打乱并混合以重新创建称为哈希值（哈希、哈希码、哈希和或）的指纹。
比特币采用算法（图片来自网络）
SHA（Hash，译为安全哈希算法）是美国国家安全局（NSA）设计、美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的一系列加密哈希函数，经历了SHA-0、SHA-1、SHA-2、SHA-3系列的发展。比特币采用的算法，属于SHA-2系列。中本聪发明比特币时（2008年），它被公认为最安全、最先进的算法之一。比特币系统除了地址生成一个环节使用的REPID-160算法外，凡是需要进行哈希运算的地方，都会用到它。
看完这些你是不是还一头雾水？其实这个名词解释起来比较困难，会涉及到更多生僻的术语。如果你不想做技术研究，那么你只需要知道比特币网络运行的是算法的HASH值计算。正是因为这种独特的算法要求，才使得比特币网络拥有了独特的算力生态。
专为挖矿设计的 ASIC 芯片
由于算法专业性很强，这就导致了一个结果，算力超强的CPU或者GPU显卡瞬间被专用的ASIC芯片干掉，根本原因是专业的比特币矿机就是为了计算算法的HASH值而设计的，相反，用新型的ASIC矿机玩游戏是不可能了。
目前计算能力已经达到什么水平？
比特币挖矿大致可以分为三个阶段，最初人们使用 CPU 进行挖矿，后来 GPU 矿机开始流行。在 ASIC 矿机发明之后，这种新型算力庞然大物几乎瞬间占领了整个比特币挖矿市场，因为 ASIC 矿机的出现几乎可以说是算力大爆发的代表作品。在比特币计算过程中，矿工只能依靠计算机进行随机哈希碰撞，而一台矿机每秒能够进行的哈希碰撞次数就是其“算力”的代表，单位为 hash/s。这就是比特币中的工作量证明机制 POW。
GPU与CPU结构差异意味着挖矿更高效
CPU擅长逻辑控制和复杂计算，而GPU擅长大规模并发计算。举个简单的例子，CPU是高级医生，而GPU是成千上万的小学生。但是要求是进行大量重复的1+1=2的计算，那么很明显，不管医生的知识有多渊博，他都无法计算出那么多的小学生。如图所示，我们可以看到GPU的ALU数量比CPU多得多，这也是GPU挖矿效率更高的原因。
整个比特币网络的算力已经进入P算力时代，我们先来普及一下算力的计算单位吧！1P=1024T，1T=1024G，1G=1024M，1M=1024k。之前有人做过测试，目前顶级显卡GTX的算力只有1.8G左右，而阿瓦隆矿机A841的算力却达到了13T。这两款产品完全是两个数量级的产品，考虑到功耗因素，两者之间有1万倍的性能差距。
结论：矿机算力爆发，散户出局
随着比特币矿机的出现，全网算力瞬间被提升到前所未有的高度，比特币的数量和挖矿难度也得到了极大的提升。靠几张显卡进行挖矿的模式，已经没有盈利的可能了。或许我们应该怀念10年前比特币刚被发明的时代，比特币真的可以改写一个人的命运，现在专业化、规模化的矿工或许还有盈利的可能。