ASIC Miner

ترى آنا جهاز تعدين صغيرًا بجانب حاسوب وتتساءل إن كان حاسوبها المحمول يستطيع أداء العمل نفسه. يستطيع الحاسوب العادي إجراء الحسابات المطلوبة، لكن ASIC مصمم خصيصًا لها، ولذلك ينجز عادة محاولات أكثر بكثير بالطاقة نفسها. والاختصار يعني Application-Specific Integrated Circuit، أي دائرة متكاملة لتطبيق محدد. وفي الاستخدام اليومي يُطلق ASIC أيضًا على جهاز التعدين الكامل الذي يضم هذه الشرائح. يستخدم جهاز تعدين بيتكوين SHA-256 للبحث عن بصمة رقمية مناسبة، تُسمى hash. لا يعرف الإجابة الصحيحة مقدمًا؛ بل يغير بيانات الإدخال ويحاول مجددًا. هذا التخصص أزاح تدريجيًا المعالجات العادية CPU ومعالجات الرسوميات GPU والدوائر القابلة للبرمجة FPGA من التعدين القادر على المنافسة. لكن شريحة تعدين SHA-256 لا يمكن تحويلها ببساطة إلى حاسوب عام الاستخدام. [6] [8]

لنفترض جهازًا بقدرة 100 TH/s واستهلاك قدرة كهربائية قدره 3 000 W. هذه أرقام توضيحية وليست مواصفات منتج بعينه. تعني TH/s تريليونات عمليات الهاش في الثانية؛ أي إن الجهاز يجري مئة تريليون محاولة كل ثانية. يسمى هذا المعدل Hashrate. أما عداد الكهرباء فيقيس الطاقة: عند قدرة ثابتة تبلغ 3 kW يستهلك الجهاز 72 kWh خلال 24 ساعة. نضرب هذه الكمية في سعر وحدة kWh لحساب تكلفة الكهرباء. تُستخدم أيضًا وحدة J/TH، أي الطاقة بالجول لكل تريليون محاولة. في المثال: ⁦3 000 / 100 = 30 J/TH⁩. الرقم الأقل يعني طاقة أقل للعمل نفسه. لكن المقارنة تتطلب طريقة قياس وإعدادات متكافئة. فلا يصح أن نقارن مباشرة كفاءة الشريحة وحدها باستهلاك الجهاز كاملًا من المقبس. [7] [8]

تتحول تقريبًا كل الطاقة التي يستهلكها الجهاز في النهاية إلى حرارة. لذلك على آنا أن تفكر في إخراج الحرارة، وفي ضجيج المراوح بحسب تصميم الجهاز. وقد تختلف احتياجات جهاز منزلي صغير كثيرًا عن آلة صناعية. اسم ASIC وحده لا يحدد الحجم أو القدرة الكهربائية. إلى جانب الشرائح توجد وحدة تغذية ومنظمات جهد ووحدة تحكم ولوحات تحمل شرائح التعدين، تسمى hashboards. تتولى المراوح أو منظومة التبريد السائل نقل الحرارة. وقد يؤدي الغبار أو تعطل مروحة أو التغذية غير المناسبة أو الإعدادات المبالغ فيها إلى أخطاء وتوقفات. لذا فإن متابعة التشغيل الكامل أنفع من الاكتفاء بأكبر رقم في إعلان الشركة. [7] [8]

بعد الاتصال بـ Mining Pool، يتلقى جهاز آنا مهام من خدمة تنسق عمل المعدّنين. للمجمع برمجيات ومشغّل مستقلان؛ وهو ليس جزءًا من الشريحة. وللتعدين المنفرد تحتاج آنا إلى توفير البنية المناسبة. أما firmware، وهو برنامج التحكم بالجهاز، فيمرر المهام إلى الشرائح ويرسل النتائج. يجب أولًا أن يجمع أحدهم معاملات في مقترح كتلة يسمى Block Template. يوفره Full Node أو مزوّد آخر للقوالب. وFull Node برنامج يتحقق بصورة مستقلة من الكتل والمعاملات وفق قواعد بيتكوين. يصف BIP22 واجهة getblocktemplate، ويضيف BIP23 امتدادات للمجمعات. يفصل Stratum V2 بين Mining Protocol للمهام، وJob Declaration لاقتراح عمل خاص، وTemplate Distribution لتوفير القوالب. تعتمد قدرة المعدّن على اختيار المعاملات على بنية النظام ودعم هذه المكونات؛ فالشريحة نفسها لا تختارها. [1] [2] [4] [5] [9]

ترى آنا shares مقبولة في لوحة المجمع، رغم أن جهازها لم يجد كتلة بيتكوين. Share نتيجة تستوفي شرطًا أسهل وضعه المجمع، وتقدم دليلًا إحصائيًا على العمل المنجز. يستخدم المجمع ذلك العمل في حساب المدفوعات وفق قواعده. وليست share عملة إضافية أو جزءًا من كتلة تلقائيًا. فقط نتيجة أندر بكثير تستوفي أيضًا الشرط الأصعب لشبكة بيتكوين. تتيح هذه النتيجة تقديم كتلة، لكنها ما تزال مطالبة باجتياز بقية الفحوص. تغيير صعوبة shares يغير معدل إرسالها إلى المجمع، ولا يزيد وحده القدرة الحقيقية للجهاز أو يغير صعوبة التعدين في الشبكة. [4] [6]

النتيجة التي يعثر عليها المعدّن اقتراح للشبكة وليست أمرًا للآخرين. يتحقق Full Node بنفسه من قواعد بيتكوين، ويرفض الكتلة غير الصالحة حتى لو جاءت من معدّن قوي جدًا. لا يتيح ASIC إنشاء مكافأة تتجاوز الحد، أو إنفاق عملات الآخرين دون صلاحية، أو إجبار العقد على قبول قواعد مختلفة. مع ذلك، يقرر المشغّل أمورًا مهمة: البرنامج الثابت والمجمع، والمعاملات التي يدرجها في الكتلة عندما تدعم المنظومة ذلك. يفيد مقارنة الأداء الذي يعرضه الجهاز بتقدير المجمع على فترة أطول، ومراقبة shares المرفوضة والحرارة والاستهلاك الفعلي. ولا تثبت تقلبات تقدير المجمع القصيرة وحدها وجود عطل. [5] [10]

قد يختلف العائد المالي لجهازين متماثلين كثيرًا. يعمل أحدهما بتبريد جيد وكهرباء أرخص، بينما يتوقف الآخر كثيرًا ويدفع أكثر للطاقة. تؤثر أيضًا تكلفة الشراء وانخفاض قيمة الجهاز ورسوم المجمع وسعر بيتكوين وصعوبة الشبكة ورسوم المعاملات في الكتل المعدّنة. لذلك لا تعد الكفاءة التقنية باسترداد التكلفة. رفع التخصص أيضًا متطلبات تصنيع الشرائح وتشغيل منشآت التعدين الكبيرة. وعند الحديث عن التركّز يجب التمييز بين مصنّعي الشرائح ومالكي الأجهزة ومواقعها والمجمعات. الحصة الكبيرة لمجمع واحد لا تثبت أن شركة واحدة تملك جميع الأجهزة المتصلة به. [6] [8]

يحدد التردد وتيرة عمل الشريحة، ويساعد الجهد في الحفاظ على موثوقية الحسابات. قد تحتاج شريحتان من النوع نفسه إلى إعدادات مختلفة، لأن التصنيع يسبب فروقًا كهربائية صغيرة. ويمكن للبرنامج الثابت البحث عن إعداد مناسب لكل شريحة أو لوحة؛ وتسمى هذه العملية Autotuning. قد يؤدي خفض التردد مع جهد مناسب إلى تحسين J/TH، حتى مع انخفاض Hashrate الكلي. وبالعكس، قد يرفع كسر السرعة الأداء مقابل زيادة أكبر نسبيًا في استهلاك الطاقة والحرارة. يعتمد الأمر على الجهاز والتبريد والإعدادات. لذا ليست أعلى قدرة ممكنة بالضرورة أنسب وضع للتشغيل الطويل. [7]

يبدأ الحساب من رأس كتلة بحجم 80 بايت، وهو سجل مختصر لبياناتها الأساسية. يحتوي على الإصدار وهاش الكتلة السابقة وMerkle Root الذي يلخص المعاملات والطابع الزمني وهدف الصعوبة المرمّز في nBits وحقل Nonce بطول 32 بت. تعني ⁦SHA-256(SHA-256(header))⁩ تطبيق SHA-256 مرتين؛ وheader هنا هو رأس الكتلة. تُفسّر قيمة الهاش الناتجة بوصفها عددًا. ولتحقيق إثبات العمل المطلوب يجب ألا تتجاوز الهدف: ⁦hash ≤ target⁩. تستطيع الشريحة تسريع الحساب بإعادة استخدام نتائج وسيطة للأجزاء الثابتة من المدخلات. لكن العقد تفحص النتيجة والهدف الصحيح، لا ترتيب دوائر الشركة المصنّعة. وتبقى قواعد صلاحية الكتلة الأخرى لازمة. [6] [10]

يقدم Nonce عددًا من القيم الممكنة يبلغ ⁦2^32⁩. يجربها الجهاز السريع في وقت قصير، فيحتاج النظام إلى تغيير بيانات أخرى. Extranonce قيمة مساعدة في Coinbase Transaction، المعاملة الأولى الخاصة التي تتضمن مكافأة الكتلة. يؤدي تغييرها إلى تغيير المعاملة وMerkle Root الناتج، ومن ثم مدخلات الجولة التالية. يمكن أيضًا تغيير حقل الوقت nTime ضمن الحدود المسموحة أو استخدام بتات إصدار مناسبة. يصف مقترح BIP320 حجز بعض البتات للاستخدام العام، ولا يمنح إذنًا بتجاهل قواعد الشبكة. ويتطلب Stratum V2 توزيع العمل بحيث لا تهدر الأجهزة جهدها على مرشحين متطابقين. الهدف من هذه الآليات توفير إمكانات جديدة للشرائح، لا زيادة المكافأة عن الكتلة الواحدة. يقترح BIP323 الأحدث أن يحل محل BIP320 وأن يخصص 24 بت من حقل الإصدار لهذا الغرض. وتشير مواصفات Stratum V2 الحالية بالفعل إلى BIP323، لكن حالته ما تزال Draft، أي مسودة. فنشر المقترح وحده لا يغير قواعد بيتكوين. [3] [4] [11]