Täysin mukautetun ASIC-suunnittelun salaisuudet Bitcoin- ja kryptovaluuttakaivostoiminnalle

Tan Shuai
[email protected]
tanshuai.com

---

Tiivistelmä

Kryptovaluuttojen louhinnan kilpailukykyisessä maailmassa energiatehokkuus, hashrate-suorituskyky ja luotettavuus ovat ensiarvoisen tärkeitä. Tämä artikkeli pureutuu huipputason täysin räätälöityyn ASIC-suunnitteluun (sovelluskohtainen integroitu piiri), paljastaen alan salaisuuksia ja asiantuntijamenetelmiä, jotka ohjaavat huippuluokan Bitcoin- ja kryptovaluuttalouhintaa. Yksi huippu-ASIC-louhintayhtiön tekniikan asiantuntija on kirjoittanut tämän artikkelin, joka hyödyntää edistyneitä suunnittelutekniikoita, tarkkaa fyysistä asettelua ja kattavia verifiointiprosesseja esitellen täysin räätälöityjen ASIC:ien poikkeuksellisia kykyjä maksimoida louhinnan tehokkuutta ja kannattavuutta.

Johdanto

Kryptovaluuttojen louhinnan, erityisesti Bitcoin-louhinnan, kehitys on siirtynyt yleiskäyttöisten suorittimien, FPGA:iden ja GPU:iden käytöstä erikoistuneisiin ASIC-piireihin. Nämä ASIC-piirit tarjoavat vertaansa vailla olevaa suorituskykyä ja energiatehokkuutta. Täysin räätälöity ASIC-suunnittelu edustaa tämän kehityksen huippua, mahdollistaen räätälöityjä ratkaisuja, jotka vastaavat louhintaoperaatioiden erityisvaatimuksiin.

Suurin osa olemassa olevasta kirjallisuudesta, joka käsittelee ASIC-suunnittelua kryptovaluuttalouhintaan, tulee akateemisesta maailmasta tai ei-louhintayrityksistä, jotka usein puuttuvat käytännön sovellettavuudesta. Tähän mennessä vain muutamat yritykset, pääasiassa kiinalaiset (esim. MicroBT, Bitmain), ovat onnistuneet kehittämään markkinoitavia Bitcoin-louhintaan tarkoitettuja ASIC-piirejä. Tämä artikkeli pyrkii täyttämään tämän aukon tarjoamalla näkemyksiä, jotka perustuvat todelliseen teollisuuskäytäntöön ja tarjoavat näkökulman, joka on ankkuroitu louhintasektorin todellisuuteen.

Yli kymmenen vuoden kokemuksella teknologiateollisuudesta artikkelin kirjoittaja on kehittänyt maailman huippuluokan Bitcoin-ASIC-louhintalaitteen (WhatsMiner), LTC/DOGE- ja ETH-louhijalaitteita, ja toiminut keskeisissä tehtävissä yrityksissä kuten MicroBT, BTC.COM ja muissa julkisissa fabless-yrityksissä. Hän on toiminut avainasemissa yrityksissä, jotka ovat listattuja NASDAQ-, HKSE- ja NYSE-pörsseissä. Laajalla kokemuksella kumppanuuksien perustamisesta TSMC:n, Texas Instrumentsin, ARM:n ja Intelin kanssa, hän tuo mukanaan valtavan määrän tietoa ja käytännön asiantuntemusta räätälöityjen ASIC:ien suunnitteluun Bitcoin- ja kryptovaluuttalouhintaan.

Menetelmät ja suunnitteluprosessi

Suunnittelufilosofia

Lähestymistapamme täysin räätälöityyn ASIC-suunnitteluun perustuu PPA:n (teho, suorituskyky ja pinta-ala) maksimointiin erityisesti matalajännitekäyttöolosuhteissa. Tässä osiossa kuvataan suunnittelufilosofiamme ja -menetelmämme:

1. Putkistoarkkitehtuuri: Hyödynnämme putkistojen rakenteiden luontaisia etuja louhintalgoritmeissa, joita leimaavat rekisterit ja yhdistetyn logiikan vaiheet. Käyttämällä putkistoarkkitehtuuria voimme tehokkaasti käsitellä kryptovaluuttalouhinnan vaatimuksia korkean taajuuden operaatioissa.
2. Manuaalinen nettilistaus ja sijoittelu: Yksityiskohtainen käsikirjoitus nettilistojen luomiseksi ja manuaalinen solujen sijoittelu optimoidaksemme kriittisiä polkuja. Tämä mahdollistaa tarkan ajoituksen hallinnan ja vähentää parasiittisia vaikutuksia.
3. Räätälöidyt solukirjastot: Kehitämme erikoistuneita soluja optimoiduilla transistori määrillä ja dynaamisilla energiansäästöominaisuuksilla. Räätälöidyt solut on suunniteltu toimimaan mahdollisimman alhaisilla jännitteillä, mikä takaa minimaalisen energiankulutuksen.

PPA-etujen saavuttaminen

Yksityiskohtaisia strategioita PPA-etujen saavuttamiseksi räätälöidyn suunnittelun avulla:

1. Mukautettu rekisterisuunnittelu: Käyttämällä monibittisiä rekistereitä ja salpaan perustuvia suunnitelmia kellon virrankulutuksen vähentämiseksi ja ajoituksen lainaamisen parantamiseksi. Monibittiset rekisterit minimoivat kelloverkon virrankulutuksen ja vähentävät kokonaisaluetta.
2. Manuaalinen sijoittelu: Johtojen pituuden vähentäminen ja asetus- ja pidätysaikojen tasapainottaminen kokonaissuorituskyvyn parantamiseksi. Manuaalinen sijoittelu mahdollistaa paremman hallinnan yhdysviiveisiin ja ylityksiin, parantaen signaalin eheyttä ja vähentäen virrankulutusta.
3. Optimoitu solusuunnittelu: Räätälöidyt solut on suunniteltu toimimaan alhaisemmilla jännitteillä, mikä minimoi dynaamisen virrankulutuksen ja maksimoi tehokkuuden. Sovittamalla solusuunnitelmat kaivosalgoritmien erityistarpeisiin voimme saavuttaa merkittäviä parannuksia suorituskyvyssä.

Luotettavuus alhaisella jännitteellä

Räätälöidyn ajoituslogiikan luotettavuuden varmistaminen alhaisilla jännitteillä sisältää:

1. Tarkka simulointi: Piiritason simuloinnit mukautettujen solujen käyttäytymisen vahvistamiseksi tietyissä olosuhteissa. Työkalut, kuten SPICE, käytetään yksityiskohtaisiin sähköisiin simulointeihin varmistaakseen, että solut toimivat oikein kaikissa PVT (prosessi, jännite, lämpötila) kulmissa.
2. Sijoittelun johdonmukaisuus: Manuaalinen sijoittelu yhdenmukaisuuden varmistamiseksi ja vaihtelujen vähentämiseksi. Hallitsemalla fyysistä asettelua voimme minimoida prosessivaihteluiden vaikutuksen ja varmistaa johdonmukaisen suorituskyvyn.
3. Tarkka PVT-kalibrointi: Varmennus prosessi-, jännite- ja lämpötilavaihteluita vastaan. Laajat testaukset ja kalibroinnit suoritetaan suunnittelun kestävyyden varmistamiseksi eri käyttöolosuhteissa.

Tapaustutkimukset ja tulokset

Esitellään tosielämän tietoja ja tapaustutkimuksia täydellisistä maskinauhoituksista:

Projekti	Prosessisolmu	Jännite/Tehokkuus	Algoritmi
SC	TSMC 28nm	0.45V, 257J/T	Blake2b
DCR	TSMC 28nm	0.45V, 150J/T	Blake256
DASH	TSMC 16nm	0.38V, 6.2J/G	X11
BTC	TSMC 16nm	0.38V, 65J/T	SHA-256d
BTC	TSMC 7nm	0.30V, 37J/T	SHA-256d
BTC	Samsung 8nm	0.31V, 45J/T	SHA-256d
BTC	SMIC N+1	0.30V, 35J/T	SHA-256d

Nämä tulokset osoittavat merkittävät tehokkuuden ja suorituskyvyn parannukset, jotka ovat saavutettavissa räätälöidyn suunnittelulähestymistapamme avulla.

Integrointi ja varmennus

Sekasolujen hyväksyntä

• Mukautettujen solujen integrointi: Mukautetut solut integroidaan TSMC:n ja muiden valimoiden standardisolujen kanssa, varmistaen yhteensopivuuden ja suorituskyvyn. Mukautetut solut karakterisoidaan ja validoidaan vastaamaan standardisolukirjaston vaatimuksia, mahdollistamalla saumattoman integroinnin.
• Hyväksyntästrategiat: Strategioita yhteensopivuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi sisältävät yksityiskohtaiset DRC (Design Rule Check) ja LVS (Layout Versus Schematic) tarkastukset, sekä ajoitus- ja virheanalyysin käyttäen alan standardeja EDA (Electronic Design Automation) työkaluja.

Digitaalinen ja analoginen yhteissuunnittelu

• Integrointitekniikat: Digitaalisten ja analogisten komponenttien integrointi optimoi sirun suorituskyvyn kokonaisuudessaan. Integroinnin ja toiminnallisuuden varmistamiseen käytetään tekniikoita, kuten sekasignaalien verifiointia ja yhteissimulaatiota.
• Verifiointimenetelmät: Menetelmät, joilla varmistetaan kestävyys erilaisissa käyttöolosuhteissa, sisältävät kulmaanalyysin, Monte Carlo -simulaatiot ja luotettavuusverifioinnin vanhenemisen ja sähkömigraation huomioimiseksi.

Johtopäätös

Täysin kustomoitu ASIC-suunnittelu tarjoaa merkittäviä etuja Bitcoin- ja kryptovaluuttalouhintaan, tarjoten vertaansa vailla olevaa suorituskykyä, energiatehokkuutta ja luotettavuutta. Paljastamalla huipputason kustomoidun ASIC-suunnittelun salaisuudet, tämä artikkeli korostaa menetelmiä ja innovaatioita, jotka erottavat alan johtajat muista. Kun kryptovaluuttalouhinta jatkaa kehittymistään, kustomoidut ASIC-piirit tulevat olemaan keskeisessä roolissa seuraavan sukupolven korkean tehokkuuden ja suorituskyvyn louhintalaitteiden kehityksessä.

Artikkelin PDF-versio