Mineração FPGA: Como funcionam as matrizes de portas programáveis ​​em campo

guia de mineração fpga

A mineração FPGA no mundo da criptomoeda é uma nova tendência emergente para mudar a forma como as moedas e tokens baseados em blockchain são extraídos devido a ser muito eficiente em comparação com o desempenho de mineração da GPU e CPU.

FPGA, ou Field Programmable Gate Array, é um tipo integrado exclusivo de um circuito digital vazio usado em vários tipos de tecnologia e produz maior taxa de hash com menores quantidades de energia e eletricidade quando comparado ao hardware de unidade de processamento gráfico (GPU).

Você pode encontrar FPGAs em sistemas de processamento de imagem e vídeo, por exemplo. Ele também é usado para cálculos de algoritmos criptográficos de ponta e é conhecido por dar a você mais controle do hardware FPGA.

Como o nome sugere, os arranjos de portas programáveis ​​em campo são programáveis ​​no campo. Depois que um cliente compra o FPGA, ele pode personalizá-lo para atender a qualquer necessidade computacional.

É importante notar que os especialistas em Field Programmable Gate Arrays recomendam pensar em FPGAs como blocos de Lego:

“Você pode pensar nos FPGAs como blocos de Lego. Legos autônomos permitem que você construa muitas coisas diferentes usando as mesmas peças reconfiguráveis. Uma peça pode ser usada para fazer o telhado de uma casa, e a mesma peça pode ser posteriormente adaptada para fazer o chassi de um carro. ” #BlockBaseMining

Assim como os blocos de Lego, os FGPAs, cujos chips foram criados em 1985, podem ser usados ​​para construir virtualmente qualquer circuito digital com alta adaptabilidade e versatilidade para alterar algoritmos facilmente. FPGAs podem executar diferentes softwares e são essencialmente um kit de engenharia LEGO em comparação com GPUs sendo uma mistura de ferramentas aleatórias em uma caixa de ferramentas.

Como os FPGAs são dispositivos reprogramáveis ​​de baixo custo e personalizáveis, eles podem operar usando diferentes algoritmos, mas apresentam uma experiência de usuário mais difícil e exigem que o design do software e do circuito digital seja configurado corretamente. Esta função é importante para a mineração de moedas de criptomoeda porque criptoassets diferentes usam algoritmos diferentes para mineração. FPGAs podem ser facilmente ajustados para atender a todas as diferentes necessidades de mineração, já que a taxa de eficiência de velocidade de hashing e consumo de energia é muito favorável para FPGAs vs GPUs (ou ASICs).

Vamos revisar a indústria de mineração de criptografia FPGA e mapear as vantagens de velocidade e flexibilidade das matrizes de portas programáveis ​​em campo.

Como funciona a mineração FPGA?

Antes de falarmos sobre como funciona a mineração FPGA, precisamos explicar os fundamentos da mineração de criptografia.

Bitcoin e a maioria das outras criptomoedas são formadas por blocos de dados. Esses blocos estão ligados uns aos outros – em uma cadeia – por strings exclusivas de números e letras conhecidas como hashes. A criptografia garante que apenas um hash específico possa ser usado para vincular o bloco atual de dados no blockchain ao próximo.


Quando um computador “extrai” bitcoins e outras criptomoedas, o computador está simplesmente adivinhando trilhões de hashes diferentes. É um processo de tentativa e erro. Eventualmente, o computador adivinha o hash certo e o novo bloco é adicionado à cadeia.

Digamos que você seja o professor na frente de uma sala de aula. Você diz às 25 crianças de sua classe para adivinharem um número entre 1 e 1.000. A primeira pessoa que adivinhar o número correto ganha $ 5. Você continua andando pela sala até que, finalmente, uma criança adivinha a resposta correta.

Agora, imagine a mesma situação, exceto que é uma pessoa falando em um estádio enorme na frente de 80.000 pessoas. O palestrante pede ao estádio que adivinhe um número entre 1 e 1 trilhão. Todos gritam números aleatórios até que, eventualmente, uma pessoa adivinha o número correto. Isso está mais perto de como funciona a mineração de bitcoin.

Com a mineração de bitcoins, os mineiros precisam dedicar tempo, energia e recursos para encontrar o número certo. Este é o ‘trabalho’ que deve ser realizado para extrair bitcoin. O número correto que os mineiros finalmente chegaram, entretanto, é a “prova” desse trabalho. Qualquer outro minerador pode comparar esse número com o número correto escrito pelo palestrante para verificar se o minerador fez o trabalho.

Com a mineração de bitcoin, você não está pedindo a uma sala de aula que adivinhe um número entre 1 e 1.000. Em vez disso, você está pedindo a milhões de mineiros em todo o mundo que adivinhem um número de 64 dígitos. Chegar a essa resposta exige muito poder de computação. Esses computadores estão constantemente adivinhando números com 64 dígitos. Eventualmente, chega-se à resposta correta. O bloco é adicionado ao blockchain, o mineiro recebe a recompensa do bloco e os cálculos para o próximo bloco começam.

Como os FPGAs extraem criptomoedas

Explicamos como funciona a mineração de criptografia. Mas como os arranjos de portas programáveis ​​em campo aprimoram a mineração? Como eles exploram criptomoedas com mais eficiência?

Bem, FPGAs são uma das várias opções disponíveis para criptomoedas. Hoje, os mineiros podem usar CPUs, GPUs, FPGAs ou ASICs para minerar criptomoedas. Nos primeiros dias do bitcoin, qualquer pessoa com uma GPU de jogos de última geração podia extrair bitcoin de um computador comum. Hoje, você precisa dos ASICs mais recentes para pensar em lucrar com bitcoin.

A mineração FPGA oferece aos usuários uma solução diferente das alternativas acima. Pode ser mais barato ou mais caro, embora seja certamente mais flexível do que GPU, CPU e configurações de mineração ASIC. As plataformas de mineração FPGA são conhecidas por terem eficiência de energia ideal e hashes mais altos por segundo do que as GPUs.

Para configurar um sistema de mineração FPGA, você precisará instalar chips especiais em sequências e matrizes específicas para aumentar a capacidade do seu computador de adivinhar hashes.

Uma das melhores coisas sobre a mineração FPGA é que é a opção mais flexível; em vez de comprar um ASIC de mineração de bitcoin que extrai apenas bitcoin, por exemplo, sua configuração FPGA pode ser personalizada para extrair qualquer criptomoeda.

Muitos mineiros novatos começam com a mineração FPGA antes de passar para a mineração ASIC, por exemplo. Depois de ter experiência e entender como funciona a mineração de criptografia, você estará bem equipado para administrar uma lucrativa fazenda de mineração ASIC.

FPGAs são muito personalizáveis

Quando você compra um minerador ASIC, ele é realmente bom em minerar uma criptomoeda específica. Essa máquina foi construída para dedicar todos os recursos possíveis à mineração de bitcoins. É uma ferramenta única que é projetada do zero até a mineração de bitcoin da forma mais eficiente possível.

FPGAs, no entanto, são diferentes. Eles consistem em vários blocos de construção que podem ser colocados juntos para extrair várias criptomoedas.

Para esta analogia, pense em um ASIC como um cortador de grama. O cortador de grama é realmente bom para realizar uma tarefa específica: cortar a grama. É a melhor maneira de cortar a grama.

Os FPGAs, por sua vez, são como um kit de ferramentas de opções que podem ser organizadas para cortar a grama de várias maneiras. Você tem uma chave de fenda, um martelo, um facão e uma tesoura, por exemplo. Você também tem uma mangueira para regar o gramado após o corte, sprinklers, fertilizantes Em vez de apenas um cortador de grama – como um ASIC – você tem várias ferramentas que pode usar para cortar e cultivar o gramado de várias maneiras com vários níveis de eficiência. É uma grande variedade de ferramentas que oferece aos mineiros muitas opções diferentes.

Quando você configura todas essas opções para funcionarem de forma otimizada, seu FPGA fornecerá os maiores lucros e a melhor eficiência possível.

Benefícios da mineração FPGA

Existem vários benefícios cruciais para a mineração FPGA, incluindo:

Menos consumo de energia: FPGAs são projetados para consumir menos energia do que outros circuitos integrados. Menos consumo de energia significa mais lucro para os mineiros. Os mineradores de criptografia já se mudaram para países ou regiões onde os preços da eletricidade são baixos. Mineiros em certas partes do Canadá e dos Estados Unidos, por exemplo, pagam menos de US $ 0,05 por kWh pela hidroeletricidade, o que torna muito mais fácil ter lucro do que alguém que paga, digamos, US $ 0,40 por kWh na Alemanha.

Costumização: FPGAs podem ser personalizados para atender a todos os diferentes tipos de necessidades. Você pode configurar FPGAs para calcular diferentes algoritmos para diferentes criptomoedas, por exemplo. Você pode mudar para a criptomoeda que é mais lucrativa hoje, por exemplo, e então personalizar seus FPGAs para extrair uma criptomoeda diferente e mais lucrativa no futuro. O melhor de tudo é que essa mudança pode ocorrer com tempo de inatividade limitado.

Ideal para Hobbyists ou Server Farms: Você pode usar FPGAs para extrair criptomoedas de forma lucrativa em casa. Você também pode usar FPGAs como parte de um farm de servidores. Quer você seja um aquarista em casa ou um minerador com um enorme espaço de armazenamento, FPGAs podem funcionar para você.

Acessível: Você pode comprar FPGAs de baixo custo como o F1 Mini + por menos de $ 200. Se você é um minerador amador interessado em explorar a mineração de criptografia pela primeira vez, a mineração FPGA é certamente uma opção. A mineração FPGA não é amigável para iniciantes, mas certamente pode ser acessível.

Rentável: em meados de 2019, a mineração FPGA pode facilmente ganhar US $ 12 de lucro por dia.

FPGA Versus ASIC Versus GPU

Os três tipos mais populares de mineração de criptografia disponíveis hoje incluem mineração FPGA, ASIC e GPU:

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Mineração GPU (Unidade de Processamento Gráfico)

A mineração de GPU é como uma caixa de ferramentas que oferece muitas opções diferentes. Você pode usar essas ferramentas para várias tarefas, embora não seja a opção mais eficiente para qualquer tarefa. Em vez de ter um cortador de grama para cortar a grama, por exemplo, você tem um facão. Faz o trabalho, mas um cortador de grama seria melhor.

A mineração de GPU depende da unidade de processamento gráfico (GPU) do seu computador. O objetivo principal de uma GPU é renderizar gráficos. Ele produz hashes mais rápido do que uma CPU, embora ainda seja muito mais lento do que a mineração FPGA e ASIC porque, novamente, o objetivo principal de uma GPU é processar gráficos e não minerar criptomoeda.

A principal vantagem da mineração de GPU é que ela é adaptável. Você pode alterar os algoritmos. As GPUs também são fáceis de obter: qualquer pessoa com um computador para jogos já possui uma GPU com potência decente. Os mineradores de GPU também podem ter dupla finalidade: você pode jogar durante o dia e, em seguida, minerar criptografia à noite.

Mineração FPGA (Field Programmable Gate Array)

FPGAs, como GPUs, podem alterar algoritmos, tornando-os adaptáveis. Ao contrário da mineração de GPU, no entanto, você precisará construir o design do circuito digital e o software. Não é fácil de usar e pode levar semanas ou até meses para construir seu sistema. FPGAs também costumavam ser difíceis de adquirir. Hoje, no entanto, você pode encontrar todos os tipos de modelos e tamanhos de chips FPGA, variando de opções baratas ($ 200) a caras ($ 6.000), tornando a mineração FPGA acessível.

Mineração ASIC (Circuito Integrado Específico de Aplicação)

ASICs são projetados para executar apenas um algoritmo específico. Esses mineradores executam esse algoritmo muito rápido, mas o algoritmo não pode ser alterado (ou, pelo menos, o ASIC não será tão eficiente se você estiver minerando uma criptomoeda diferente). ASICs são caros, embora sejam lucrativos e fáceis de usar.

Os melhores FPGAs disponíveis hoje

Alguns dos FPGAs mais populares disponíveis hoje incluem:

  • F1 Blackminer: $ 1.350
  • F1 + Blackminer: $ 2.199
  • BTU9P recondicionado: $ 1.999
  • BCU1525 remodelado: $ 1.999
  • F1 Mini +: $ 189

FPGA Mining: Best Coins and Algorithms to Mine

Uma das melhores partes da mineração FPGA é que você pode alternar entre as moedas à medida que uma moeda se torna mais lucrativa. Em vez de ficar preso a uma moeda específica, você pode escolher aquela que lhe dará mais dinheiro hoje, esta semana ou este mês.

Alguns dos algoritmos e moedas mais populares atualmente em uso na comunidade FPGA incluem:

  • Algoritmo: Moeda mais lucrativa de Keccak-ZP: Protocolo Zen
  • Algoritmo: 0xToken Most Profitable Coin: 0xBitcoin
  • Algoritmo: Moeda mais lucrativa Lyra2z: Gentário
  • Algoritmo: Tribus Most Profitable Coin: Denarius
  • Algoritmo: Moeda mais lucrativa de Keccak: MaxCoin
  • Algoritmo: Moeda mais lucrativa do Nexus: Nexus
  • Algoritmo: CryptoNightV7 Moeda mais lucrativa: Monero

Alterne entre moedas e algoritmos para maximizar sua lucratividade de mineração FPGA.

Como configurar FPGAs

FPGAs devem ser programados usando um tipo especial de linguagem de programação. Os dois idiomas mais populares são Verilog e VHDL. Eles são chamados de “linguagens de descrição de hardware” ou HDLs.

Quando você programa um FPGA em um Linguagem de descrição de hardware, você está fazendo o que é chamado de “Programação RTL ”ou“ Programação de Nível de Transferência de Registro”. Isso significa que o programador que está programando o FPGA no nível RTL é capaz de controlar totalmente cada item individual dentro do FPGA para máxima personalização e desempenho.

É aqui que os FPGAs diferem dos processadores de uso geral, como CPUs e GPUs. CPUs e GPUs podem ser programadas usando linguagens de nível superior como C, C ++, Java e Python.

Como as linguagens de alto nível são muito mais fáceis de aprender e usar, muitas pessoas tentaram criar um sistema que permite programar FPGAs usando linguagens de alto nível. Um projeto universitário chamado Handel-C tentou criar um sistema como este no final dos anos 1990. Hoje, esse sistema evoluiu para vários pacotes de software, incluindo Vivado HLS (síntese de alto nível) e uma linguagem chamada OpenCL.

Essas linguagens FPGA de alto nível funcionam para algumas aplicações – como inteligência artificial – embora não funcionem bem para mineração de criptografia.

Para minerar criptomoeda competitivamente, seu FPGA deve ser configurado no nível mais baixo possível, que é o nível de transferência de registro (RTL) usando linguagens de descrição de hardware como Verilog e VHDL.

Hoje, os mineiros FPGA estão divididos entre Verilog e VHDL. As duas são linguagens de programação estruturalmente semelhantes, embora sua sintaxe varie dramaticamente. VHDL é normalmente usado em ambientes acadêmicos, enquanto Verilog é usado no mundo real por programadores e empresas.

Uma das vantagens do Verilog é que ele possui a mesma sintaxe da linguagem de programação C. Além disso, um programa Verilog ocupa menos da metade do espaço de texto que um programa semelhante em VHDL ocuparia. Por causa dessas vantagens, o Verilog é mais popular entre as implementações FPGA do mundo real.

Mineração FPGA e fluxos de bits

Você verá o termo “bitstreams” aparecer com frequência ao olhar para a mineração FPGA. Uma vez que um programa foi escrito para um FPGA, o FPA deve ser ‘carregado’ com esse programa.

Este programa é essencialmente apenas uma configuração dos vários elementos lógicos dentro do FPGA. A configuração diz a esses elementos lógicos o que fazer. O arquivo de configuração é chamado de bitstream.

Para carregar o programa no FPGA, você deve ter o fluxo de bits correto. Você também deve ter um programa especial em seu PC que carregue o fluxo de bits no FPGA.

É importante lembrar que a configuração do FPGA é volátil: assim como a RAM, os FPGAs irão descartar suas configurações quando a fonte de alimentação for perdida. É por isso que a maioria das placas FPGA tem uma memória flash que fica bem ao lado do FPGA. Esta memória flash contém o arquivo de configuração de fluxo de bits, e o cartão pode ser configurado para carregar automaticamente o arquivo de fluxo de bits na inicialização.

Existem também dois tipos diferentes de fluxos de bits ou arquivos de configuração, incluindo um fluxo de bits padrão e um arquivo de configuração de memória:

Bitstream padrão: Um fluxo de bits padrão é uma configuração que perderá seu conteúdo quando a unidade perder energia – assim como a RAM despeja seu conteúdo após perda de energia.

Arquivo de configuração de memória: Um arquivo de configuração de memória é projetado para ser carregado, do PC, por meio do FPGA, na memória flash vizinha para que o FPGA possa se configurar automaticamente ao ser ligado.

Muitos mineradores usarão um arquivo de configuração de memória para máximo tempo de atividade. Os arquivos de configuração de memória são particularmente úteis para aqueles que executam farms de mineração remotamente. Se houver uma queda de energia na fazenda de mineração, o FPGA pode voltar a ficar online imediatamente.

Se houver uma queda de energia e você não tiver um arquivo de configuração de memória, será necessário usar um programa de terminal remoto (como o TeamViewer) para reprogramar manualmente o FPGA.

Palavra final

Por fim, a mineração FPGA ganhou as manchetes em 2018 após um tópico do fórum Bitcointalk se tornou viral. Desde então, a mineração FPGA tem sido uma maneira popular e poderosa de extrair todos os diferentes tipos de criptomoedas.

FPGAs podem ser personalizados para extrair todos os diferentes tipos de criptomoedas. Eles não são tão poderosos quanto os ASICs, mas são mais personalizáveis. Você obtém a personalização de um minerador de GPU com a alta potência e eficiência de um ASIC. Continuaremos a atualizar esta revisão de mineração FPGA com novos produtos, anúncios e avanços no mundo de Field Programmable Gate Arrays.

Mike Owergreen Administrator
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