矿机芯片的今天，AI芯片的明天？

从“郁金香泡沫”到区块链先锋，一万人心中有一万种“比特币”；但是对于矿机芯片来说，只有一种宿命，那就是用更少的电费，达到更多的算力，才能挖出更多的比特币，成为一门“点石成金”的好生意；

经历了2019年的低潮期，目前处于6万美元的比特币，召唤着全球的矿工和矿场都在积极的扩大算力，对于矿机芯片来说，则是水涨船高，出货大增；

曾经决战丰水期壮烈，追逐低价电的无奈，都烟消云散，目前比特币高价位徘徊，矿场，矿工，挖矿芯片厂家都可以获得较可观的收益；真可谓是守得云开见月明。

一：21世纪的结绳记事

比特币可以看作21世纪的部落的结绳记事，这不过这个“绳结”是通过SHA256暴力计算（SHA256的逆向运算）得到的；这个绳结（第N个）输入和上一个绳结（第N-1个）输出有关系；部落的任何一个人都可以从第1个绳结推导到第N个绳结，验证这个结绳记事的合法性（通过SHA256的正向运算）；

 这个“绳结”叫做区块；

而这条带着绳结的绳子，就是区块链；

所有部落里面的人都认可这个事情的合法性（通过SHA256运算保证部落里没有人能作弊），这个就是部落的“区块链共识”；

根据谁能最快的找出下一个绳结（区块），给出力找到下一个各区块的人分配贝壳（比特币），这个就是POW（工作量证明）；

建立在POW（工作量证明）的比特币，是矿机芯片存在的基础；工作量证明：宏观来说，就是通过矿工提供算力获得报酬比特币；而微观来说，就是通过矿机暴力计算SHA256哈希运算，从而看谁最快找到一个符合要求的哈希运算结果，然后加入区块；

SHA256的哈希算法，是一种把512bit 输入通过计算转换成256bit的单向函数；这个算法的完备性在于，只能知道输入计算输出，而不能通过输出返回来达到输入；（单向函数就类似鲁滨逊站在一个山洞出口，但是不能倒回去找到出口，只能通过尝试每一个入口都走一遍，来查找那个入口对应山洞出口）；就类似于可以通过一本书来写一个摘要，而不能通过一个摘要逆向写完一本书；那现在比特币的工作量证明，就是给你一个结果，找到谁可以计算得到这个结果；

由于SHA256是一个单向函数，那么破解之道，就是挨个来试，如何能够最快找到下一个绳结，那就看比特币芯片的计算的速度；

block_header= version + previous_block_hash + merkle_root + time + target_bits + nonce

for i in  range(0, 2^32):

    if （sha256(sha256(block_header)) < target_bits）:

        break

    else:

       continue

如上述算法描述所示：比特币芯片就计算两次SHA256 ，看目标结果是不是符合要求；

比特币的“救赎之道，就在其中”，没有取巧的手段，只有努力的尝试；这个和中国芯片的救赎之道非常相似，只有努力尝试所有的手段，没有投机取巧的方法；

二：点石成金的芯片

比特币挖矿，经历了4个阶段；

1：CPU挖矿阶段： 比特币最开始阶段，程序运行在普通PC机或者服务器阶段，很快就被淘汰了；

2：FPGA挖矿阶段：这个就是ASIC矿机的前身，但是切入简单，成本较低；

3：GPU挖矿阶段：曾经一度GPU卡，价格猛涨，现在GPU已经没有办法来挖比特币了，与ASIC比完全没有优势，但是可以用于挖以太坊以及其他的一些虚拟币；GPU是整个区块链领域的另一个赚的盆满钵满的芯片领域，主要是NVIDIA；

4：ASIC挖矿阶段；这个是目前比特币挖矿的主流方式；目前比特币矿机ASIC阶段，这个是因为其他的方式，电费已经赶不上挖出来的币值了；每一个阶段，都是对上一个阶段算力的巨大提升，随着比特币的减半的，必然需要算力加倍，导致原有架构挖矿，电费也不能赚回来；

中国矿机ASIC芯片垄断了比特币芯片的生意，这个与其他芯片行业全然不同；中国人第一次占领了一个细分市场；这个领域的大玩家是：比特大陆，嘉楠云智，比特微等等，中国芯片第一次成为了比特币这个领域硬通货；是中国芯片扬眉吐气；

曾经，比特大陆一家就是整个台积电整个北方区最大的客户，矿机芯片和5G一样，给芯片制造厂家（台积电或者三星）带来很大的量；能够成为芯片行业的大玩家，在WAFER，封装制造，产能等方面拿到了很大的话语权；

经常网上有人炒作芯片全自研，但是一个芯片，从CPU，总线，模拟IP（serdes，PLL，sensor），接口IP（PCIE，mipi等等），辅助计算IP等等总要有需要外购的吧，不论这些IP从何而来，选择国内供应商还是国外供应商，所有都自己研发，这个不是芯片的研发之道；

但是想到比特币芯片，这个肯定符合全自研的要求；

比特币芯片就是一种可以全自研的芯片，完全用不到上述任何的外购的IP；是一种计算密集型，接口简单型的芯片；接口一般是普通SPI就可以了；

因此目前矿机芯片的核心技术在于两大方向：

1：全定制：SHA256的计算是全定制模式，所谓全定制，不是通过硬件描述语言，综合得到电路，而是直接通过与非门来人工来定制SHA256计算的宏模块，然后把这些宏模块在同一个芯片内部复制几万甚至几十万份，从而达到高速的处理能力；

2：低电压技术：由于比特币芯片需要时时刻刻都在工作，所以关闭时钟（clock gating）和部分关电（power domain）都没有用，而低电压，就是比特币芯片的的核心技术之一；芯片动态功耗运行频率（F）和电源电压的平方（VCC^2）；频率是不可能降低的，降低了就挖币慢了；所以低电压是比特币芯片核心技术；

三：殊途同归

中国公司在比特币芯片能够得在世界上拔得头筹，有几个原因：

1：新赛道：比特币芯片都属于芯片的新赛道，所有的玩家都是在同一起跑线上出发；所以国外的芯片厂商也没有太多的积累，就不会有领跑者的优势；

2：计算密集型：比特币芯片是计算密集型，对于IP的需求较小，要是开始比特币开始类似以太坊，这种需要对存储需求要求比较多（目前以太坊，主流还是GPU得挖矿，而不是ASIC得挖矿）；可能比特币芯片就不是开始一两个人就具有类似的设计能力；当然以太坊就是为了对抗ASIC矿机的来设计的算法，以后ASIC化也是有可能的，只要有利可图；

通过这两个条件类比，就会发现，有个领域也符合这个要求，这个就是AI芯片；

我们可以简单把芯片行业来分类；并跑型和追赶型；

1：并跑型：这个就是技术的更新换代，或者新业态的发展出现的新的芯片形态，这种形态下，中国芯片公司和国外芯片公司处于同一起跑线，并不依赖原始的积累，这种情况下，中国芯片公司目前可以和国外（主要是美国）处于同一技术能力层级，甚至还能有超过，比如比特币芯片，另一个例子就是AI，中国公司和研究也不逊于世界领先水平，各有千秋；只是在GPU这个路上，受制于NVIDIA,而GPGPU我国本身就是追赶型；

2：追赶型：这个就是旧有的业态，以CPU为例；INTEL和AMD在通用处理器市场耕耘几十年，打败了一干公司，成为了今天的霸业；所以追赶型行业，就需要付出更多的精力来补课；同理，例如在芯片制造代工等领域，模拟集成电路领域也是如此，需要补课，还要追赶，非常辛苦；

3：混合型：例如RISCV，就是并跑型和追赶型并存，虽然CPU技术我们是追赶型，但是RISCV的提出，则是一种新的业态，则是并跑型，大家基于RISCV设计不同的CPU，各有千秋；同理，还有5G，NVME的SSD控制器等等，这些领域处于变革之中，旧有的经验有作用，但不是主要的，主要的是新的技术形态带了新的机遇；

如果把这几条结合来看，AI芯片符合并跑型的分类，同时，也是计算密集型的数字电路，这种对于算法要求较高，而对模拟IP的经验积累需求很少；是中国芯片设计突破的一个很大的机会，目前市场上很多的国内AI芯片公司也印证了这些判断；

同样通过矿机芯片发展而来的比特大陆，嘉楠云智都切入了AI芯片领域，推出了相应的AI芯片产品；这两家“英雄所见略同”就是对目前的技术发展的判断以及技术路线的选择，不应是纯粹的赶AI的潮流

但是AI目前进展有两个问题是矿机芯片所没有的；

1：可编程的需求；矿机芯片是ASIC，没有内部固件以及升级的需求，而AI芯片目前可编程方面还是有相当大的需求；

2：软件等SDK的需求；矿机芯片需要配合上面矿机软件，交互非常简单；而AI芯片和SDK之间的交互比矿机芯片要复杂的多，其软硬界限的切割考验对系统架构的了解；

未来的AI算法的进化，是否在未来就能够形成一定的固化，举例来说目前推理方面更容易专用化（TPU模式），而训练方面可编程需求更强（GPGPU模式）；可能具体到某些领域的AI处理方面，专用化（TPU模式）是变成一种潮流，那么同样这些就可以体现中国AI芯片公司的优势，避开GPGPU的一些优势；

中国公司在并跑型新技术赛道发展中，避开国外芯片大厂积累，依靠对技术的理解，快速的迭代，从而构建自己的技术优势，成长为世界的一极，矿机芯片已经证明是一条可行的模式；

从挖矿芯片来到AI芯片，能否延续这个模式？

这个涉及到AI的算法是需要可更灵活编程化（GPGPU模式），还是更加收敛更加专用化（TPU模式），是这个模式延续的一个关键点；但是从技术的普遍角度来看，随着人们对事物认知的加深，规律的掌握，从可编程（GPU模式）到逐渐固化（TPU模式）是技术发展的趋势，相信AI芯片也不例外，或者保守说，至少某些领域的AI芯片也不例外；

毕竟DSA（领域定制架构）的流行说明，对于特定领域，DSA（领域定制架构）面积更小，效率更高，性能更强，功耗更优；这个是像比特币矿机芯片ASIC打败GPU的道理一样，这个也是在某些AI领域打败GPU的机会。