Cựu giám đốc kỹ thuật của Bitmain đã xuất bản một bài báo tiết lộ cách S9 trở thành vua điện thoại di động.

Tiêu đề gốc: "Câu chuyện quá khứ: Người sáng lập tiết lộ cách Bitmain S9 trở thành "Vua máy tính""

Nguồn gốc: Wu Shuo Blockchain

Lời nói đầu: Với điện toán lớn Các máy khai thác năng lượng đã cùng nhau gia nhập thị trường và Antminer S9 thế hệ đầu tiên sẽ rút lui khỏi giai đoạn lịch sử. Nhìn lại lịch sử, tác giả tin rằng nhóm Thành Đô đã đạt được lợi thế xuyên thế hệ so với các đối thủ thông qua các yếu tố kích hoạt năng động, đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến thành công của S9. Thiết kế của S9 là một kỳ tích của máy khai thác Bitcoin, nó đã trở thành máy khai thác được sản xuất nhiều nhất trong số các máy khai thác Bitcoin, với vòng đời hơn ba năm và được mệnh danh là vua máy.

(Tác giả của bài viết này là Xie Dan, cựu giám đốc kỹ thuật của Bitmain. Wu Shuo Blockchain cho phép chuyển tiếp. Ý kiến của bài viết là ý kiến cá nhân của tác giả.)

Sau đây là cựu giám đốc kỹ thuật của Bitmain Xie Dan thông qua Wu Các bài viết được đăng về blockchain:

Vào tháng 8 năm 2014, tôi mở một công ty dịch vụ thiết kế back-end ở Thành Đô. Tôi muốn cung cấp các dịch vụ thiết kế back-end có giá trị gia tăng. Khi tìm kiếm khách hàng, tôi tìm kiếm trên mạng và cảm thấy rằng các công ty sản xuất máy khai thác Bitcoin chắc chắn có nhu cầu trong lĩnh vực này nên tôi đã viết email đến địa chỉ email trên trang web Bitmain lúc đó:  

Lúc đó, tôi tích hợp các sản phẩm đối với nhiều công ty, các công ty thiết kế vi mạch đều đã gửi email và Bitmain là công ty phản hồi nhanh nhất. Sau này khi trò chuyện, tôi được biết địa chỉ email này đã được ông Wu Jihan sử dụng và Bitmain cũng đang tìm mọi cách để nâng cao khả năng cạnh tranh của chip vào thời điểm đó. Vì vậy, Wu Jihan đã chuyển tiếp email này cho anh Zhan của Ketuan Zhan. Anh Zhan đã đi qua Thành Đô vào tháng 9 và gặp tôi. Anh Zhan và tôi đã có hai cuộc phỏng vấn và chúng tôi đã có cuộc trò chuyện vui vẻ. Anh Zhan cảm thấy dự án này sẽ mất nhiều thời gian, rủi ro và lo ngại về sở hữu trí tuệ nên anh đề nghị tôi giải thể công ty và lãnh đạo nhóm tham gia Bitmain.

Vào tháng 10 năm 2014, tôi chính thức gia nhập Bitmain với một nhóm nhỏ gồm hai người và trở thành bộ phận được tùy chỉnh hoàn toàn của Bitmain. Hướng đi ban đầu là logic domino được đề cập trong email.

Logic domino là một cấu trúc logic động tương đối hoàn thiện và dạng chính của nó như sau:

Mạch logic Domino có những ưu điểm và nhược điểm sau so với các mạch tĩnh tương ứng:

1. Vì tín hiệu chỉ cần truyền qua ống N nên điện dung nhỏ hơn và tốc độ nhanh hơn.

2. Vì điểm A là điểm động nên cần có bộ đảo ngược cuối cùng M3/M4.

3. Có vấn đề về chia sẻ phí tại điểm A.

4, M1, M2, M3, M4 là thiết bị mới, PMOS là thiết bị thu gọn

5. Vì M1 và M2 được điều khiển bởi tín hiệu đồng hồ nên mức tiêu thụ điện năng của chúng ít nhất gấp 2 lần so với các tín hiệu thông thường khác.

Vì vậy, từ góc độ tiêu thụ điện năng, vì M1 và M2 là tín hiệu đồng hồ nên mức tiêu thụ điện năng của chúng ít nhất gấp đôi so với tín hiệu.Khi đó, mức tiêu thụ điện năng của M1+M2+M3+M4 tăng thêm 6 ống MOS. tiêu thụ, đối với logic chung, không có nhiều thư viện ô tiêu chuẩn có hơn 12 ống MOS. Về mặt diện tích, M2+M4 tăng diện tích của 2 ống NMOS, mặc dù PMOS ít hơn nhưng rất khó để phản ánh diện tích đã lưu này trên bố cục. Nói cách khác: Mặc dù logic domino sẽ tăng tốc chip nhưng diện tích và điện năng tiêu thụ sẽ tăng nhẹ.

Khi chúng tôi đưa ra kết luận vào tháng 1 năm 2015, về cơ bản chúng tôi đã xác nhận rằng logic domino không phù hợp với chip máy khai thác. Bởi vì chip máy khai thác Bitcoin hoàn toàn hoạt động song song nên tốc độ không quá quan trọng. Chi phí lớn nhất của máy khai thác là điện nên mức tiêu thụ điện năng là quan trọng nhất. Khi chúng tôi tiến hành đánh giá theo quy tắc ngón tay cái về diện tích và mức tiêu thụ điện năng, mức tiêu thụ điện năng sẽ lớn hơn 3 lần so với diện tích và tốc độ.

Sự thất bại trong nỗ lực logic domino của chúng tôi , Nó không làm cản trở việc khám phá của chúng tôi, bởi vì chúng tôi đã tìm thấy một đơn vị tiêu chuẩn phù hợp với logic động và có diện tích lớn và nhiều ống. Một ví dụ rõ ràng về đơn vị tiêu chuẩn này là flip-flop flip-flop. Vì vậy, chúng tôi quay lại từ đầu và sử dụng trình kích hoạt động làm mục tiêu.

Vào thời kỳ đầu của các mạch tích hợp, vào những năm 1970, do giá thành của mỗi bóng bán dẫn cao nên các flip-flop thời đó đều là động, cho dù đó là flip-flop domino, flip-flop kích hoạt cạnh C2MOS hay TSPC Flip-flop cực dương, v.v., tất cả các sản phẩm thời đó. Chúng tôi tìm thấy một kho báu trong đó.

Ví dụ: Flip-flop cạnh dương TSPC có logic sau:

Vẫn tuân theo Nếu cổng đồng hồ của chúng ta được tính là hai cổng, thì flip-flop này tương đương với tổng cộng 4*2+7=15 cổng.

Cấu trúc của trình kích hoạt tĩnh được sử dụng phổ biến nhất trước đây của chúng tôi là:

Cùng với bộ đảo ngược của clk, chúng ta cộng lại thành  8*2+12 +4 =32 cổng tương đương. Mức tiêu thụ điện năng của flip-flop logic tĩnh tương đương với số lượng ống lớn hơn 1 lần so với logic động.

Tương tự, từ góc độ khu vực, logic động có 11 thiết bị, trong khi logic tĩnh có 22 thiết bị, tức là có diện tích chính xác gấp đôi.

Sau khi chúng tôi xác nhận trình kích hoạt bằng logic động, bước tiếp theo là tích hợp nó vào quy trình thiết kế của chúng tôi. Cuối cùng, chúng tôi đã thêm một số hạn chế về thời gian vào mô tả chức năng của flip-flop logic tĩnh để ngăn dòng rò trong logic động gây ra rò rỉ tại điểm điện dung động. Và khi nâng cao thư viện về thời gian và mức tiêu thụ điện năng, một số tham số của flip-flop tĩnh sẽ được sử dụng. Nói một cách đơn giản, chúng ta thêm một khung bên ngoài vào logic động, để trong mắt các nhà thiết kế front-end, nó là một trình kích hoạt tĩnh thông thường, không có sự khác biệt trong thiết kế và tổng hợp front-end.

Sau khi hoàn thiện thư viện cho flip-flop động, giờ đây chúng ta có một flip-flop mới với diện tích bằng một nửa, mức tiêu thụ điện năng bằng một nửa và thời gian gần như tương tự. Bởi vì Bitcoin yêu cầu tính toán liên tục nên không cần có trình kích hoạt tĩnh để lưu trữ dữ liệu trong thời gian dài. Sau khi chúng tôi hoàn thành trình kích hoạt động, tính toán phân tán và logic theo đường ống đầy đủ của Bitcoin đặc biệt phù hợp với trình kích hoạt động. Đối với đường ống dẫn, cấu trúc của nó như sau:

Chúng ta có thể thay đổi trực tiếp thành:

Xét rằng diện tích và mức tiêu thụ điện năng của flip-flop động mới chỉ bằng một nửa so với ban đầu, đường ống mới đã tăng gấp đôi tốc độ trong cùng một khu vực và cùng mức tiêu thụ điện năng. Trong chip máy khai thác Bitcoin của mình, chúng tôi đã thay đổi quy trình từ quy trình 32 giai đoạn thành quy trình 64 giai đoạn, tăng gấp đôi sức mạnh tính toán.

Chúng tôi đã hoàn thành thiết kế chip BM1385 28nm (Antminer S7) vào giữa năm 2015 và thiết kế chip BM1387 16nm (Antminer S9) vào cuối năm 2015. Về hiệu suất, 28nm của chúng tôi có hiệu suất gần như tương đương với 16nm của đối thủ và chip 16nm của chúng tôi có giá chỉ bằng một nửa so với đối thủ. Với trình kích hoạt động, chúng tôi đạt được lợi thế về thế hệ so với đối thủ cạnh tranh. Đặc biệt, thiết kế của S9 là một kỳ tích của máy khai thác Bitcoin, nó đã trở thành máy khai thác được sản xuất nhiều nhất trong số các máy khai thác Bitcoin, với vòng đời hơn ba năm và được mệnh danh là Vua máy móc.

Trong ngành khai thác tiền kỹ thuật số hầu như không cần môi trường phần mềm, một sản phẩm có giá chỉ bằng một nửa so với đối thủ. Đây là một lợi thế cạnh tranh rất lớn, có nghĩa là bạn có thể tận dụng bất kỳ cuộc chiến giá cả nào bạn muốn. Bởi vì bạn sẽ không kiếm được tiền khi bán cho đối thủ và Bitmain vẫn có tỷ suất lợi nhuận gộp trên 50%. Chính bằng cách dựa vào vũ khí bí mật của logic động và dựa vào thành công về doanh số của S7 và S9, Bitmain đã chuyển đổi từ tình thế cạnh tranh với ít hơn 20% thị phần thành người chơi thống trị (hơn 70% thị phần) .

Một hiện tượng trực tiếp về sự trỗi dậy của Bitmain, tức là sự rút lui của các công ty chip Bitcoin nước ngoài khỏi thị trường. Trong năm 2014 và 2015, KNC, bitfury, Spondoolies-Tech và 21 Inc. đều nhanh chóng tuyên bố phá sản hoặc rút khỏi thị trường chip khai thác.

Với sự ra đi của một số nhân viên Bitmain, công nghệ kích hoạt động đã dần dần lan rộng sang các nhà phát triển chip trong nước khác, nhưng công nghệ này về cơ bản vẫn bị hạn chế ở Trung Quốc. Năm 2017, GMO của Nhật Bản vẫn đang cố gắng thâm nhập vào lĩnh vực này với 12nm và 7nm, đánh giá từ sự công khai của công ty, họ vẫn sử dụng cấu trúc flip-flop tĩnh, ngoài ra họ còn gặp phải chu kỳ thị trường gấu vào năm 2018 và thua lỗ sau đó. một năm Dự kiến sẽ rời khỏi thị trường này.

Trước 16nm, mặt nạ quy trình thế hệ mới có giá hàng triệu đô la, công nghệ, nhân lực và rủi ro thiết kế lại logic động rõ ràng là cao hơn hàng triệu đô la nên không thể phản ánh được ưu điểm của logic động. Tuy nhiên, sau 16nm, chi phí của 10/7nm mới và 5nm trong tương lai sẽ là hàng chục triệu đô la. Khả năng logic động vượt qua hiệu suất của một nút quy trình sẽ làm cho nó có lợi thế hơn và tỏa ra sức sống mới. Tôi mong đợi sự xuất hiện của nhiều công ty áp dụng logic động, cho phép nghệ thuật thiết kế cổ xưa này xuất hiện trở lại trong thời đại của chúng ta.  

Địa chỉ gốc: https://mp.weixin.qq.com/s/MGA2AGsJ8u0LKHVauJEeuQ

Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia