第一节 比特币挖矿
第一章我们介绍过比特币的本质是一个相互验证的公开记账系统，而挖矿的本质就是争夺记账权，因为有效记账将会获得比特币作为奖励。每当有未确认交易被广播给全网，所有愿意参与验证交易的节点（比特币矿工）每10分钟都可以选择一些未确认的交易对照历史区块链验证并打包成一个“区块”，但并非所有比特币矿工打包的区块都是有效区块，而是需要参与一场难度不断调整的计算竞赛，即通过哈希碰撞来求得一串头部为若干个零的特殊哈希值。
在中本聪设置的比特币网络协议中，设定每挖出21万个区块（总供应量的1%）“挖矿”奖励会减少一半。随着时间的推移，比特币产生数量将会越来越少。2009年的“创世区块”给予矿工的奖励是50个比特币，而今天挖出新区块的矿工奖励已经降至12.5个比特币。加上越来越多的人参与挖矿，得到比特币的难度也大大增加。
一、矿工挖矿
比特币是通过硬件的计算产生的，而在理论上CPU和显卡都可以挖矿。但是比特币的计算系统会根据硬件的计算性能控制计算难度，显卡因为速度较快，淘汰了CPU，后又被其他硬件替代。
总体来说，比特币挖矿一共经历了以下五个时代：CPU挖矿→GPU挖矿→FPGA挖矿→ASIC挖矿→大规模集群挖矿。
从个人到大规模集群，比特币挖矿越来越趋于专业化、规模化。
二、矿机产业
矿机产业具有完备的上下游企业，生产一款矿机大概需要涉及以下几个环节：芯片设计、芯片生产、封装、矿机设计、矿机加工等。它们的终端消费者是市场上大量存在的矿工。
（一）芯片设计
芯片设计的流程与许多产品的设计流程相似，是一个不断细化和明确产品功能的过程。芯片设计企业负责芯片的研发，甚至也包含基本矿机方案的设计。芯片设计颇具技术含量，能否成功设计出芯片，很大程度上取决于设计团队的技术和经验。但是，我们也注意到芯片设计的成本实际上并不高，十几个人工作3～6个月，就可以完成设计。
（二）流片与封装
芯片设计的最后一步是流片，流片需要交给芯片厂来完成。值得注意的是，流片分两种，一种叫多项目晶圆（Multi Project Wafer, MPW），就是将多个具有相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆片上进行流片。流片后，每种设计可以得到数十片芯片样品，实验费用就由所有参加MPW的项目按照芯片面积来分摊。另一种是单项目晶圆（Full Mask），一个晶圆上只有一种芯片。
芯片设计完成之后，谁也不能保证它会正常工作。所以第一步一般是MPW流片，在拿到样片进行测试没问题后，才会进行Full Mask流片。而且第一次Full Mask流片也只会少量生产，等封装测试证明芯片确实能够工作了，才会量产，量产之后再交由封装厂封装。
芯片流片和封装的价格非常昂贵，生产工艺越先进价格越昂贵。同时，价格也与出货量有关。如果设计团队在芯片流片后，发布ICO募集资金，就可以全部用投资人的钱与芯片厂签订合同，这个过程可以说是把所有风险都转嫁给了投资人。如果设计团队自己投资与芯片厂签订合同，那么这个过程，他们将自行承担所有的风险。
（三）矿机设计和加工
矿机设计可以与芯片设计同时进行，也可以由同一个团队来完成。一般情况下，芯片设计团队也会提供基本的矿机设计方案。在拿到样片之前，团队可以用芯片的仿真参数开展版型、散热和供电方面的设计。等拿到样片之后，需要进行测试，如果样片和预期存在较大差异，可能还需要重新部署矿机的设计方案。
矿机设计和加工成本与芯片生产成本比起来相对较低，但仍需要采购配件甚至芯片。因此不少矿机销售商采用预售的方式来减轻资金压力。如果生产出来的矿机卖不出去，矿机商可以进行预挖，只要采矿的电力成本相对低廉，就可以通过这种方式收回一定的成本。
三、矿场
随着设备的更新，专门用于挖矿的“矿机”被制造出来，于是挖矿进入大规模集群化阶段。大量矿机被集群部署在机房里形成矿场。由于对电力的巨大需求，矿场通常临电站而建。由于矿机工作时噪声较大且产生的热量较多，并不适合长期放在办公室或家中，因此很多矿机所有者会将矿机直接托管到矿场进行挖矿。
矿场的赢利模式并不复杂。代挖矿业务可通过出售矿机或算力的方式进行，对每台矿机收取矿机托管服务费。在矿机没有百分之百被出售的情况下，矿场也会自行进行挖币并通过交易获得挖矿收益。成本主要是电费、厂房租赁费用和运维人员的人力成本。
币价是挖矿收益的最大影响因素之一。一旦币价跌破挖矿成本，许多矿场会选择暂停挖矿。2018年新年伊始，比特币价格震荡下行，一度从11000美元大跌至6000美元，于是在2018年2月6日，币网就发出了多个云算力合约暂停公告。公告显示，合约矿机挖矿日耗电费4.32元/T，当时比特币挖矿每T算力日收益约为0.00009660BTC，当比特币单价低于4.32元/0.00009660=44720.49元时，云算力合约收益将低于电费支出。需要指出的是，随着挖矿难度不断上升，比特币价格需不断提高才能满足挖矿电费支出。
四、矿池
比特币的PoW共识机制决定了组合算力联合挖矿具有更大优势。为了提高采矿的稳定性，矿池产生了。矿池的商业模式比矿场轻很多，矿池自身并不会投入矿机进行挖矿，而是提供对外开放的采矿服务器，专门为矿工和矿场提供矿池接入及派币服务，赚取服务收入。目前国内较为著名的比特币商业矿池有F2Pool, BTCC Pool, AntPool, BW Pool等。
图1.65展示了2018年1月8日至2月7日的全球比特币算力分布，全球算力达到9211434TH/s，其中AntPool以17%的市场份额成为当期算力最大的矿池，BTC.com和BTC.TOP位列其后。值得一提的是，AntPool, BTC.com, BTC.TOP, ViaBTC, BTCC, BW.com,1Hash和BATPool都是由中国团队组建的矿池，如果接入算力均来自中国，那么参与全球比特币挖矿的中国算力总和占全球算力的比重将超过65%。
挖矿产业的兴起与矿机销售市场的火爆，对国内电子产业链带来的机会也不容小觑。不管是上游芯片制造业，还是封测、EMS厂商、被动原件，PCB产业链都受益颇丰。海通证券在一份研究报告中测算2017年矿机芯片封测市场总量在9亿～11亿元人民币，预计2018年矿机芯片封测市场规模将会达到36.3亿～99.8亿元人民币，中值约为60亿元人民币。
