تاریخچه کامل فناوری استخراج بیت کوین و آینده آن

در طول یک دهه گذشته، دستگاه های استخراج بیت کوین دستخوش پیشرفت سریع فناوری بوده اند. دستگاه های استخراج یکی از مولفه های اصلی موفقیت شبکه بیت کوین هستند، زیرا آنها تعیین می کنند که آیا عملیات استخراج سودآور هستند یا نه.

اگر چه دستگاه های استخراج بیت کوین تا حدودی نادیده گرفته شده اند، تاریخچه آنها بیان می کند که چرا فعالیت استخراج طی سال ها به یک صنعت چند میلیارد دلاری تبدیل شده است. امروزه این صنعت به پیشرفت خود ادامه می دهد. اگرچه نشانه هایی مبنی بر کند شدن روند توسعه آن دیده می شود.

در زیر تاریخچه کامل فناوری استخراج بیت کوین و آینده آن را بررسی خواهیم کرد.

استخراج با CPU

در تاریخ 3 ژانویه 2009 میلادی، ساتوشی ناکاموتو، خالق بیت کوین، اولین بلاک را استخراج کرد. ناکاموتو در آن زمان اولین استخراج کننده بیت کوین بود و برای راه اندازی بلاک چین این ارز به تجهیزات خاصی نیاز نداشت. او با استفاده از یک رایانه شخصی معمولی توانست بلاک های بیت کوین را ایجاد کند.

رایانه هایی که برای جستجو در اینترنت، راه اندازی مایکروسافت وُرد و برنامه های نرم افزاری بیشماری استفاده می شوند، دارای یک واحد پردازش مرکزی (CPU) هستند. این دستگاه ها نحوه پردازش و اجرای دستورات در رایانه را کنترل می کنند. در اوایل، رقابتی در بین استخراج کنندگان بیت کوین وجود نداشت، به همین دلیل قدرت محاسباتی مورد نیاز برای ایجاد بلاک های جدید و دریافت پاداش ها از طریق CPU پردازش می شد.

با پیوستن استخراج کنندگان جدید به شبکه بیت کوین و آغاز رقابت برای دریافت پاداش بلاک ها، سخت افزارهای لازم برای استخراج ارزهای جدید نیز در طول زمان پیشرفت کردند.

استخراج با GPU(واحد پردازش گرافیکی)  و FPGA (آرایه درگاه قابل برنامه‌ریزی)

اولین نوآوری مهم در مورد سخت افزار استخراج بیت کوین اندکی پس از تعیین قیمت بازار بیت کوین عرضه شد.

لازلو هانیکز، برنامه نویس رایانه، در 22 مه سال 2010 میلادی مقدار 10000 بیت کوین را بابت خرید دو پیتزا به فست فود پاپا جان پرداخت کرد. قیمت پیتزا در آن زمان حدود 25 دلار بود. طبق داده های ارائه شده توسط کوین متریکس، قیمت بیت کوین در ماه ژوئیه همان سال حدود 8 سنت بود. همزمان با رسیدن قیمت به 10 سنت در اکتبر سال 2010 میلادی، اولین دستگاه استخراج GPU تولید شد.

بر خلاف CPU ها، دستگاه های GPU برای انجام تعداد محدودی از عملیات محاسباتی ساخته شده اند. در ابتدا، GPU را برای برنامه های بازی طراحی کرده بودند، آنها در عملیات ساده ریاضی به طور موازی، نه یکی یکی، جهت تولید هزاران پیکسل تصویر حساس به زمان عالی بودند. این دستگاه ها همچنین می توانند برای محاسبه سایر عملکردهای ریاضی مانند برنامه های لازم جهت استخراج بیت کوین جدید، دوباره برنامه ریزی شوند.

طبق تحلیل های انجام شده توسط جاش متنیک، مدیر عامل شرکت مشاوره استخراج Navier، استخراج بیت کوین با GPU باعث شد تا بازدهی تولید بلاک ها و دریافت پاداش بلاک به طور متوسط تقریبا شش برابر سریع تر و کارآمدتر شود. قیمت متوسط یک دستگاه GPU تنها دو برابر یک CPU است.

این افزایش بازدهی، در سال 2011 با بازسازی آرایه درگاه قابل برنامه‌ ریزی (FPGA) برای استخراج بیت کوین، تحت الشعاع قرار گرفت.

طبق محاسبات متنیک، FPGA می تواند عملیات ریاضی لازم برای استخراج بیت کوین را دو برابر سریعتر از بهترین GPU ، محاسبه کند. با این حال، ساخت این دستگاه ها دشوارتر است.  FPGA برای پیکربندی به نرم افزار و سخت افزار نیاز دارد، به این معنی که باید دستگاه ها برای اجرای کد، سفارشی برنامه ریزی شوند و همچنین برای اجرای این کد به طور کارآمدتر طراحی شوند. قابلیت ارتقا قطعات سخت افزاری در FPGA باعث شده تا این دستگاه ها عملکرد بهتری نسبت به GPU داشته باشند.

دستگاه استخراج اسیک

سومین نوآوری جدید و مهم در زمینه استخراج بیت کوین احتمالا به بیشترین میزان منابع اختصاصی، زمان و توسعه نیاز دارد. به جای تغییر هدف در پارامترهای نرم افزاری و سخت افزاری دستگاه های موجود، تلاش ها برای تولید یک دستگاه کاملا جدید که فقط بیت کوین استخراج کند، به نتیجه مطلوبی رسید. در سال 2013، شرکت تولید کننده سخت افزار چینی به نام Canaan Creative اولین دستگاه مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) را برای استخراج بیت کوین، روانه بازار کرد.

این دستگاه ها بر خلاف CPU ، GPU و FPGA، از همان ابتدا برای استخراج بیت کوین طراحی شده اند. به این معنی که تمام مولفه های سخت افزاری و نرم افزاری دستگاه های اسیک از قبل طراحی و بهینه سازی شده اند تا فقط محاسبات لازم برای ایجاد بلاک های جدید بیت کوین را به طور دقیق انجام دهند. میزان بازدهی این دستگاه ها با دستگاه هایی که دارای کاربردهای متعدد هستند، قابل مقایسه نیست.

در حالی که شرکت Canaan Creative اولین تولید کننده دستگاه استخراج اسیک بود، برخی شرکت های دیگر نظیر بیت مین و میکروبی تی، نیز نسخه های جدیدی از دستگاه های اسیک را با سخت افزار پیشرفته به بازار عرضه کرده اند. یکی از بارزترین پیشرفت ها در این دستگاه ها از سال 2013 تاکنون، کاهش مداوم اندازه تراشه ها بوده است. در سال 2013، اندازه تراشه های اسیک 130 نانومتر بود ولی در جدیدترین مدل ها این اندازه به 7 نانومتر کاهش یافته است.

اهمیت اندازه تراشه به بازده استخراج باز می گردد. هرچه سطح تراشه پهن تر باشد، کانال های ارتباطی آن بزرگتر می شوند. بنابراین برای انتقال داده ها بر روی سطح آن به برق بیشتری نیاز است. طبق محاسبات متنیک، سرعت یک دستگاه استخراج اسیک، 100 میلیارد بار بیشتر از CPU های سال 2009 است.

راکش کومار، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه ایلینوی، معتقد است یکی از فاکتورهای قوی و تحریک کننده که موجب پیشرفت سخت افزارهای دستگاه استخراج از زمان پیدایش بیت کوین تاکنون شده، افزایش ارزش دلاری بیت کوین بوده که عملیات استخراج را به یک فعالیت سودآور تبدیل کرده است. هرچه ارزش بازار پاداش های بلاک بیشتر باشد، بازده پیشرفت های صورت گرفته در فناوری استخراج که مارجین سود استخراج کننده را افزایش و هزینه های عملیات را کاهش می دهند نیز بیشتر می شود.

آینده استخراج بیت کوین

از سال 2015 تاکنون، کوچک تر شدن اندازه تراشه در دستگاه های استخراج اسیک کندتر از سال های 2013 و 2014 بوده است. بعلاوه، از زمان عرضه اولین دستگاه استخراج اسیک تاکنون، فناوری جدیدی برای افزایش بازده استخراج، شبیه به آن چه در مورد GPU و CPU یا FPGA و GPU رخ داد، ارائه  نشده است. کومار گفت:

ما با محدودیت های اساسی روبرو هستیم. این مشکلی است که تمام این صنعت، از استخراج بیت کوین گرفته تا کل صنعت نیمه هادی، با آن مواجه است. ما به نوع جدیدی از دستگاه نیاز داریم.

بدون داشتن یک فناوری جدید، استخراج کنندگان مانند یک دهه گذشته، به زودی رقابت خود بر پایه سخت افزار و تجهیزات را متوقف خواهند کرد. وقتی بازدهی یک دستگاه با دستگاه جدیدتر متفاوت باشد، استخراج کنندگان مجبور می شوند دیگر حوزه ها را برای بدست آوردن مزایای رقابتی در نظر بگیرند. این حوزه ها می توانند نوآوری هایی در حوزه منابع انرژی، برنامه ریزی مالی و یا حتی تنوع محصول باشند.

در حالی که پیشرفت سخت افزارهای استخراج بیت کوین از لحاظ تاریخی، منشا دستاوردهای بزرگ در بهره وری استخراج کنند گان بوده است، اما ممکن است در آینده چنین نباشد. به ویژه نوآوری های فناورانه بر پایه سخت افزار خیلی کم شده اند. رقابت برای دریافت پاداش های استخراج بیت کوین محرکی برای پیشرفت فناوری در این زمینه است. با این حال، مشخص نیست که جهش بزرگ بعدی در فناوری استخراج به چه صورت خواهد بود.