为什么最大的比特币挖矿企业在中国

比特币网络的计算能力有相当一部分都在这些架子上。

当我到达我的目的地内蒙古鄂尔多斯时才早上8点，但空气已经是沉闷和令人难以忍受的热。 主人载着我开车带我穿过一扇大门，经过一名睡眼朦胧的保安，进入一个工业庭院，在我能看到的范围内，这里一直延伸到干燥、贫瘠的乡村。

我面前是9个有着鲜艳蓝色屋顶的仓库，每个仓库都装饰着Bitmain的标志。Bitmain是一家总部位于北京的中国公司，可以说是比特币行业最重要的公司。 比特大陆出售比特币挖矿设备：一种专门的计算机，这类计算机用于保持加密货币的运行，并为其所有者生产或“挖矿”新的比特币。 它还使用自己的钻井平台来储存自己拥有或共同拥有和运营的设施。 比特大陆拥有这家公司20%的股份。

比特大陆首席执行官吴忌寒称，目前运行的比特币挖矿设备中，70%是由他的公司制造的。 而且，根据英国剑桥大学(University of Cambridge)去年冬天进行的一项研究，这些机器中的大多数很可能是插在中国某个地方的插座上的。

比特大陆几年前收购了内蒙古的这家挖矿设施，并将其变成了比特币网络上最强大的钱厂之一。它把电能转化为金钱。根据我自己的计算，当我访问比特币网络时，地面上的硬件：大约21000台计算机：占所有计算能力的4%左右。就像10吨重的镇纸一样，这些机器压在全球分布的比特币交易账本上，让它的页面永远不会倒退。这是现有比特币供应安全的地方。这里是新比特币的盛宴。

这些机器插入得越快，它们就能越早开始消耗电能并将其转化为金钱。比特币挖矿设备的货架相当于Bitmain鄂尔多斯工厂的7个仓库的长度，该工厂处于不断升级的状态。

挖矿挖取比特币的过程就像抽奖一样。比特币矿工正在竞相生产固定长度的哈希-字母-数字字符串，这些字符串是由任意长度的数据计算出来的。他们用三种数据组合产生哈希:新的比特币交易区块;区块链上的最后一个块;和一个随机数。这些统称为当前块的“块头”。每次矿工用一个新的随机数对区块头执行哈希函数，他们就会得到一个新的结果。要赢得彩票，矿工必须找到一个以一定数量的0开头的散列。需要多少个零是一个由比特币网络的计算能力决定的变化参数。平均每两周，挖掘软件就会根据新比特币交易区块的添加速度自动调整前导零的数量：也就是难度级别。该算法的目标是块与块之间的延迟为10分钟。当矿工提高网络上的计算能力时，他们会暂时提高块创建的速度。网络感知到变化，然后逐步提高难度。当矿工的计算机发现一个成功的散列时，它会将区块报头广播给比特币网络中的下一个同行，后者会对其进行检查，然后进一步传播。

然后发生了两件事。新的交易被添加到比特币区块链分类账中，获胜的矿工将获得新铸造的比特币奖励。矿商还向用户收取少量费用，这些费用是用户自愿附加在他们的交易上的，作为将他们推到队列前面的一种方式。这最终是一种以电力换取货币的交易，以大量的计算能力为中介。单个矿工中彩票的概率完全取决于该矿工生成新哈希的速度，相对于所有其他矿工的速度之和。在这种情况下，彩票更像是抽奖，相比于其他人，你买的彩票越多，你的名字就更有可能被抽中。

一堆杂乱的网络电缆证明了这座建筑是以惊人的速度建造和安装设备的。

这些动态导致了矿商之间争夺最快、最节能的芯片的竞赛。对更快设备的需求催生了一个全新的行业，专门用于满足比特币矿工的计算需求。直到2013年底，通用显卡和现场可编程门阵列(FPGA)的强大功能足以让你参与竞争。但就在同一年，一些公司开始销售被称为专用集成电路(ASIC)的计算机芯片，这是专门为计算比特币哈希算法而设计的。如今，ASIC已成为所有大型设施的标准技术，包括鄂尔多斯的矿山。当Bitmain在2013年开始生产ASIC时，这个领域充满了竞争对手——跨国ASIC制造商BitFury;在斯德哥尔摩KnCMiner;美国的蝴蝶实验室;北京迦南创意;以及分布在中国各地的大约20家其他公司。

比特大陆通过提供大量优质产品获得了优势，这是业内其他所有公司都无法做到的。鄂尔多斯的设施几乎全部配备了比特大陆表现最好的钻机——Antminer S9。根据该公司的规格，S9每秒能够产生14万亿哈希，同时每十亿哈希消耗约0.1焦耳的能量，总功率约为1400瓦(大约相当于一台微波炉的消耗)。

虽然BitFury声称正在生产性能与S9几乎相同的芯片，但该公司将其封装成一种非常不同的产品。它被称为BlockBox，是一个完整的比特币挖掘数据中心，BitFury将它放在一个存储容器中运送给客户。北京的迦南创意仍在向公众销售挖矿设备，但它只提供一种产品，AvalonMiner 741，它的功率只有S9的一半，效率略低。

在鄂尔多斯，比特大陆安装了其最先进的挖矿设备Antminer S9。

Antminer S9内置189块ASIC，由台积电制造公司(全球最大的代工公司)使用其16纳米制造工艺制造。

每个ASIC有超过100个核心，所有这些核心都独立运行，以运行比特币的SHA-256哈希算法。机器顶部的一个控制板负责协调工作，下载需要散列的区块头，并将问题分发给所有的散列引擎，然后这些引擎将反馈解决方案和用于获取这些数据的随机数。

比特大陆(Bitmain)集成电路设计总监彼得·霍尔姆(Peter Holm)透露了这个平台名字的灵感来源，他说:“它有点像蚁群，控制板是指导工人的女王。”

包括比特大陆在内的所有挖矿专用集成电路基本上都在执行相同的计算——SHA-256散列算法——尽管它们的运行方式略有不同。标准算法需要64步才能完成，但在比特币中，每个区块头需要运行两次，这意味着一个完整的一轮需要128步，而整数加法的工作量很大。“这就是整个设计的主导因素，”弦实验室(String Labs)的首席密码学家蒂莫·汉克(Timo Hanke)说，该实验室位于加州帕洛阿尔托，是一家专注于密码学的孵化器。这是我们大部分的工作所在。”

内蒙古的电价是世界上最便宜的(每千瓦时4美分，这是政府降低的电价)，这是矿工在这里设厂的主要原因。但这也有一个代价:比特大陆仓库之外的环境可能很恶劣，尤其是在夏季。

汉克说，尽管有类似的需求，但芯片设计师在构建哈希引擎的方式上存在很大差异。他还曾担任一家现已倒闭的挖矿钻机制造商CoinTerra的首席技术官。例如，Bitmain使用流水线: 一种将流程中的步骤连接成链的策略，其中一个步骤的输出就是下一个步骤的输入。比特的主要竞争对手BitFury选择不使用这项技术。

挖矿芯片设计中最紧迫的问题是能耗，因为你的投资回报是你花在电力上的钱与你能赢得多少新比特币之间的差异。

在这里，功率比绝对速度更重要。你设计的加法器不是为了最大可能的速度，而是为了最大的功率能耗，”汉克说。

如果你的工作做得很好，你也会拼命地寻找让芯片保持凉爽的方法。S9将在38℃以下运行。机器顶部的控制器对环境温度进行采样，并相应地设置风扇转速、电压和机器时钟转速。

但如果你在内蒙古这样的地方挖矿，这些措施是不够的。

每个仓库都用网包裹着以防花粉和灰尘进入。

在鄂尔多斯的仓库里，黑暗、嘈杂、多风。

一个姓张的年轻人把我带了进去，在震耳欲聋的呼喊声中大声喊叫。“这是凉爽的一面，”他告诉我。仓库的一整面墙的窗户都被从窗框上拆了下来，换成了沙漠扇子，扇子是由扭曲的、紧密排列的金属条组成的面板，上面的一根管道向扇子里浇水。

小张走到两个装满挖矿设备的架子之间的一扇门前，我们走了进去。“这是热的一面，”他告诉我。我们站在一个空的，明亮的空间，作为该设施的热转储。另一边所有挖矿机器的排气扇都从金属墙上的小洞里伸出来，将热空气喷向太空，然后被另一堵满是巨型金属风扇的墙壁吹到外面。

由于Antminers需要保持在38°C以下，蒙古不是挖矿设施的理想地点。我7月份去那里的时候，气温已经超过40摄氏度好几天了。在冬季，温度可降至零下20°C，这一温度足以让Bitmain为设施增加隔热层。灰尘也是个问题，这就是为什么我走过的每一个仓库的内部都罩着一个精细的织物过滤器。

仓库一侧的窗户已全部拆除，取而代之的是沙漠扇子——扭曲的金属面板，上面的管道向其喷水。当空气通过这些沙漠风扇进入仓库时，水分蒸发并使内部冷却。

为了节省降温费用，一些煤矿经营者选择了更凉爽的气候。BitFury还运营着三家大型挖矿设施，其中一家位于冰岛，因为那里天气凉爽。BitFury的首席执行官瓦莱里·瓦维洛夫(Valery Vavilov)解释说:“世界上许多数据中心30%到40%的电力成本都用于冷却系统。“这不是我们冰岛数据中心的问题。”

另外两个BitFury矿场位于格鲁吉亚共和国第比利斯，那里的天气要暖和得多。据瓦维洛夫称，该公司已经与他们的子公司Allied Control开发了一种两相浸入式冷却技术。该系统将挖矿机器浸泡在一种名为Novec的介质热传导液体中，当它蒸发时，就可以冷却计算机。该系统现在部署在乔治亚数据中心。

在仓库炎热的一侧，工业风扇将空气吹回庭院。这边的温度超过40°C(104°F)。

虽然热对鄂尔多斯的煤矿来说绝对是个问题，但那里的电力非常便宜，每千瓦时只有4美分，还有政府补贴。这大约是英国平均价格的五分之一。该设施唯一的其他成本是钻机本身以及维持钻机运转的几十名工作人员的工资。

小张就是这个团队的一员。他最近刚从内蒙古大学毕业，几个月前才开始在这家煤矿工作。他说自己是一名技术人员，然后指着一个站在气压升降机上的人，他正把挖矿钻机从架子上拉出来。“我就是这么做的，”他告诉我。

S9控制器上的红灯在检测到故障时熄灭。像小张这样的技术人员正在现场扫描架子上生病的钻机。当他们找到一个，他们把它拉出来，并把它送到一个房子在工厂的其他技术人员诊断问题，修理它，并让机器回到线上。有时是一个失败的芯片。有时候是风扇烧坏了。如果发生更严重问题，那么这个平台就会被一路送到比特大陆位于中国东南部深圳的实验室进行适当的重建。钻井平台不插电的每一刻，潜在的收入都在流失。

考虑到我访问鄂尔多斯时比特币的价格，该设施的每个挖矿平台每天能赚大约10美元的比特币。按照这个速度，这个拥有2万多台Antminer钻井平台的设备每年可以带来7000万美元甚至更多的收入。这只是比特大陆运营的设施之一。

挖矿架的布局正在重新配置，以保持凉爽的一面和炎热的一面。这些机器安装在一个货架上，货架贯穿整个仓库的长度。风扇的排列是为了将热空气从机器后面喷射到仓库的热侧，还设置了一个屏障，防止空气回流。

但由于比特币的波动性，不可能预测一个矿场的年收入。在我从中国回美国的航班上，比特币的价格暴跌了25%，从2400美元跌到了1800美元。很快，我走访的所有公司每天的收入都减少了5万美元。不到一周，股价就回升，并接近历史最高水平。

从8年前比特币诞生之日起，价格波动就在比特币中很常见，这给矿工带来了风险和不确定性。芯片制造商分担了这一风险，尤其是像比特大陆这样的公司，他们把时间和金钱投入到完全定制的设计中。比特大陆（Bitmain）的国际营销经理尼尚特·夏尔马(Nishant Sharma)表示，今年春天比特币的价格打破纪录时，S9平台的销量翻了一番。但同样，这不是该公司能够押注的趋势。

因此，比特大陆已经开始尝试多元化。除了比特币业务，该公司还开始涉足人工智能，并正在开发面部识别硬件，计划出售给中国的政府部门。

与之竞争的ASIC制造商BitFury也开始从非挖矿中寻求利润。首席执行官瓦维洛夫表示:“虽然我们在2011年开始时只是一家矿业公司，但从那时起，我们的业务范围已经显著扩大。”除此之外，BitFury目前正在为高性能数据中心提供浸入式冷却技术，这些数据中心与比特币无关。

软件可以监控数千台挖矿钻机的运行状态，并在其中一台在出现故障时向工人发出警报。

对于比特大陆首席执行官吴忌寒来说，追求新的收入来源是保护公司在比特币中角色的一种方式，他对比特币技术充满了崇拜之情。吴忌寒说:“我想让比特币取得成功是出于个人原因。”“但作为一家公司，我们不能完全依赖比特币的成功。这是我们负担不起的。”

这种不确定性或许可以解释为什么半导体行业的巨头们至今都不愿参与竞争。但如果比特币价格保持高位，这种情况可能会改变。

“这对比特大陆来说是一个真正的证明，他们已经能够筑起围栏抵御竞争。但是,你还没有看到一个英特尔和Nvidia全面进入这个领域,这将是有趣的,看看会发生什么,如果他们这么做了,” Hileman)说,经济历史学家的伦敦经济学院联合剑桥大学开展了关于一个矿工调查。

地面上的一栋建筑包含了餐厅、操作中心、维修车间和宿舍。几十名员工管理着整个工厂。他们的工作包括扫描货架上出现故障的机器，清理冷却风扇，修理损坏的钻机，安装升级后的机器。许多员工都是当地大学工程专业的应届毕业生。

怎样才能让竞争对手加入竞争呢?首先，它必须愿意投入大量资金。在生产出一个原型之前，芯片设计要花费数百万美元。汉克说:“这需要有激发付钱的意愿。”但他相信这将成为现实。“人们会看到这是有利可图的，他们会蜂拥而入。”

事实上，这种情况可能已经发生了。今年9月，收入1350亿日元(12亿美元)的日本公司GMO互联网集团宣布，它正在利用7纳米工艺技术开发自己的挖矿专用集成电路。

对于社区中的一些人来说，这种颠覆将是一个好消息，他们认为比特大陆在挖矿硬件方面的巨大市场地位本身就是对比特币的威胁。

今年春天，一名开发者在比特大陆的S9 Antminers固件中发现了一个名为Antbleed的“后门”，比特大陆因此引起了一场小骚动。这个后门可能被该公司用来追踪其机器的位置，并远程关闭它们。虽然没有电脑买家会接受这样的漏洞，但这对比特币来说尤其麻烦。

在修理厂，工人们手动修理损坏的钻机，修理风扇和更换芯片。在每个工作站上，清洗后的瓶盖上都装满了新的ASIC，准备好粘合到位。工人们从电路板上拆下散热器，并更换任何失效的芯片。

比特币协议旨在鼓励在矿工之间分配哈希能力，而不是集中。具体的原因是什么?矿工不仅掌握着将哪些交易添加到比特币区块链的权力，还掌握着比特币软件本身的演变。当对协议进行更新时，很大程度上是矿工执行这些更改。如果矿工们联合起来，选择不部署来自比特币核心开发者的更新，他们可能会阻碍交易，甚至导致比特币分裂成相互竞争的版本。

如果使用像Antbleed这样的后门，ASIC制造商将有能力有效地压制那些支持比特币协议版本但不同意的矿工。例如，如果比特大陆发现自己与其他股东意见不一致，它可以扳动开关，关闭位于鄂尔多斯的整个设施。

吴忌寒表示，后来已经打了补丁的Antbleed只是工程师试图为客户创建一个自毁开关时错误留下的残留代码。有人对这一解释表示怀疑，但由于S9的固件是开源的，用户对补丁版本很有信心。不过，这一发现令人吃惊地提醒人们，挖矿业硬件行业需要多元化。

比特币核心开发者、应用密码学顾问彼得·托德(Peter Todd)表示:“硬件供应商对比特币有很大的控制权。”“一个有能力的后门可能极其难以检测，(可能)充当散列能力的kill switch，让网络完全被关闭，或将比特币置于单个参与者的控制之下。”

今年7月坐在他北京的办公室里，吴忌寒似乎认为，竞争已经足够了，或者至少有足够多的竞争威胁，可以让比特大陆保持诚实。

“在任何特定领域，都只有一两个玩家。这就是ASIC业务的本质。如果不是我们，也可能是AMD(高级微设备公司)。可能是英伟达。可能是英特尔。也可能是其他人。”“如果我们做错了什么，我们可能会被取代。” 吴忌寒说。

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