过去十年来，比特币挖矿技术经历了快速发展与迭代。

矿机是比特币网络成功的基础，矿工会根据出块奖励来决定是否继续参与网络。而矿工参与的方式就是通过“挖矿”，即运行出块所必要的计算。

虽然，比特币矿机的发展史常被人们所忽视，但是它很好地解释了，为什么矿业能在这些年里发展成一个数十亿美元规模的产业。矿业仍在持续发展，不过有一些迹象表明，它的发展有所放缓。

我们将在下文完整回顾比特币挖矿的发展史，以及未来的创新方向。

CPU 挖矿

在 2009 年 1 月 3 日，网名为中本聪（Satoshi Nakamoto）的比特币之父挖出了第一个比特币区块。作为当时比特币网络上唯一一位矿工，中本聪可以通过普通的个人计算机，而无需通过专用设备来进行比特币挖矿。

所有用来浏览互联网、启动 Word 文档和大量应用程序的计算机都包含一个叫作中央处理器（CPU）的设备。这个设备能够处理并执行计算机上的指令。由于早期的比特币矿工少且缺乏竞争，CPU 设备满足矿工挖出新区块并赚取挖矿奖励的算力需求。

随着新的矿工加入比特币网络，并开始竞争区块奖励，比特币挖矿所需的硬件标准在不断提高。

图 | 比特币挖矿难度历年来的变化情况及新型挖矿技术的推出日期（来源：CoinDesk Research）

GPU 与 FPGA 挖矿

在比特币市值到达一定规模后不久，比特币挖矿硬件迎来了第一次重大升级。

在 2010 年 5 月 22 日，一个名叫拉斯洛·汉耶兹（Laszlo Hanyecz）的程序员支付了 1 万个比特币购买了两个“棒！约翰（Papa John’s）”披萨。这两个披萨的价格大约是 25 美元。据加密货币数据提供商 Coin Metrics 显示，比特币的市场价格在 7 月涨到了 8 美分左右。到 2010 年 10 月，比特币的价格已经达到了 10 美分。这时，首个利用图形处理器（GPU）的矿机被开发了出来。

不同于 CPU ，GPU 设备经过了优化，用来执行有限的计算任务。GPU 最初是为游戏应用创建的，擅长并行计算简单的数学运算，而非一次只计算一个，从而生成上千个具有时间相关性的像素点。经过重新编程之后，GPU 可以用来完成数学运算，例如，挖矿所需完成的运算。

图 | GPU 加密货币矿机实物图（来源：DMG Blockchain）

根据挖矿咨询公司 Navier CEO 乔什·米特尼克（Josh Metnick）的分析，GPU 挖矿——使用 GPU 设备来挖比特币——这一创新将创建比特币区块并赚取区块奖励的效率平均提升了 6 倍左右。为了实现效率提升，普通 GPU 设备的成本大约是普通 CPU 设备的两倍。

2011 年，这时，现场可编程门阵列（FPGA）也被重新改造，用来挖比特币。GPU 挖矿设备与之相比，黯然失色。

据米特尼克计算，FPGA 计算比特币挖矿难题的速度是最高级 GPU 的两倍。但是，制造 FPGA 设备的人力成本更高。FPGA 设备需要从硬件和软件层面进行配置。也就是说，这类设备需要经过编程来运行自定义代码，并通过架构设计来有效地运行代码。正是 FPGA 所具备的调整硬件组件的能力，使得这类设备相比 GPU 能够更好地优化来进行比特币挖矿。

ASIC 挖矿

比特币矿机的第三次创新需要耗费最多的专用资源、时间和发展来实现。第三次创新不再是重新调整现有设备的软件和硬件参数，而是创建了一个只用于挖比特币的矿机。在 2013 年，位于中国的计算机硬件制造商嘉楠科技（Canaan Creative）发布了第一套用于比特币挖矿的专用集成电路（ASIC）。

与 CPU、GPU 和 FPGA 不同，ASIC 从最初就是为挖比特币而设计的。也就是说，ASIC 设备的所有硬件和软件组件都是预先设计好且经过优化的，专门用来完成创建比特币区块所必需的计算。ASIC 带来的效率提升是之前所有通用类设备都无法媲美的。

虽然嘉楠科技是第一家比特币 ASIC 生产商，但是比特大陆（Bitmain）和比特微（MicroBT）等其他生产商也开发了硬件更加先进的 ASIC 比特币矿机。自 2013 年以来，ASIC 挖矿技术最显著的进步就是芯片尺寸在不断缩小。自 2013 年以来，ASIC 芯片的尺寸大幅缩小，从 130 纳米降至现在的 7 纳米。

芯片尺寸与挖矿效率息息相关。ASIC 芯片的表面越宽，其通信信道越大，传输其表面数据所需的电力也越多。据米特尼克计算，ASIC 比特币矿机的速度是 2009 年普通 CPU 速度的 1000 亿倍。

伊利诺伊大学电气与计算机工程副教授拉克什·库玛（Rakesh Kumar）认为，自比特币诞生以来，不断攀升的币价是推动比特币矿机发展的强大动力，因为比特币挖矿的利润越来越高。随着区块奖励的提高，挖矿技术创新所带来的回报也越高，因为这样可以同时到达降本增效的目的。

（来源：Coin Metrics）

比特币挖矿的未来

自 2015 年来，比特币 ASIC 矿机芯片尺寸不再像 2013 和 2014 年那样急剧缩小。更重要的是，自首个比特币 ASIC 矿机出现以来，还没有哪种新技术能像 GPU 取代 CPU 或 FPGA 取代 GPU 那样大幅提升挖矿效率。

图 | 新款比特大陆蚂蚁矿机 S17 Pro （来源：Navier）

“我们正在接近极限。”库玛说，“这是全行业面临的问题，不只是比特币挖矿，而是整个半导体行业……我们需要一种新型设备。”

如果没有一种具有突破性的新型技术，比特币矿工很快就会像过去十年那样，停留在硬件和设备的竞争上。如果比特币矿机实现商品化，且新旧迭代对于效率的提升微乎其微的话，矿工就会被迫考虑转移到其他可以获得竞争优势的领域。

历来，比特币矿机硬件的发展都是为了大幅提升挖矿效率，但是未来留给硬件创新的空间越来越有限了。矿工之间竞争出块也将推动技术的发展。挖矿技术的下一个重大突破仍是未知数。