一、到底什么是ASIC和FPGA

上一篇文章（链接），小枣君为大家介绍了CPU和GPU。今日，我们将继续探讨计算芯片领域的重要角色——ASIC和FPGA。

首先，让我们看看ASIC（专用集成电路）。

在进入21世纪后，计算需求呈现出两大趋势：一是应用场景日益细分，二是用户对性能要求越来越高。这时，通用芯片已无法满足需求，越来越多的企业开始投入专用计算芯片的研究与投资。ASIC，即专用集成电路，就是为特定任务设计的芯片。

官方定义为：根据特定用户需求或电子系统需要，专门设计、制造的集成电路。ASIC起源于上世纪70-80年代，最初用于计算机，后来在嵌入式控制领域大放异彩。近年来，它在AI推理、高速搜索、视觉和图像处理等领域展现出强大的应用潜力。

提及ASIC，就不得不提Google的TPU（张量处理单元）。TPU是一种专门用于神经网络训练和推理的芯片。张量处理单元可以简单理解为AI处理单元，它的设计旨在优化机器学习任务的执行。

2015年，Google为了提升其深度学习任务的AI算力，推出了TPU v1，相比传统CPU和GPU，在神经网络计算方面实现了15~30倍的性能提升，能效提升更是达到了30~80倍，引起行业震动。

随后，Google在2017年和2018年推出TPU v2和TPU v3，用于AI训练和推理任务。2021年，他们更进一步，推出了TPU v4，采用7nm工艺，晶体管数达到220亿，性能相较上代提升10倍，比英伟达的A100还强1.7倍。

除了Google，英特尔、IBM、三星等大厂也纷纷加入ASIC研发行列。英特尔在2019年底收购了Habana Labs，2022年发布了Gaudi 2 ASIC芯片。IBM于2022年底推出了AI ASIC芯片AIU。

此外，ASIC不仅在AI领域大展身手，还被用于矿机。相比GPU和CPU挖矿，ASIC矿机的效率更高，能耗更低。除了TPU和矿机，DPU（数据处理单元）和NPU（神经网络处理单元）也是知名的ASIC类型，常用于数据中心和手机芯片。

手机芯片，即SoC（系统级芯片），实际上也是一种ASIC芯片。定制专用芯片的优势在于，基于特定任务的严格匹配，实现极致的体积、功耗、可靠性、保密性、算力和能效，远超通用芯片（CPU、GPU）。

目前，从事ASIC芯片研发的主要为谷歌、英特尔、IBM、三星等大企业。定制设计对研发技术要求极高，且投入巨大。从代码设计到后端设计，再到生产加工与封装测试，每一步都需要精心规划。流片（Tape-out）过程，即通过一系列工艺步骤制造芯片，成本高昂，一次失败即意味着投入全无。

那么，小公司是否无法进行芯片定制？答案是否定的。接下来，我们将介绍另一神器——FPGA（现场可编程门阵列）。

FPGA，全称为Field Programmable Gate Array，是一种可以无限次编程的芯片，以实现特定的数字逻辑功能。与ASIC相比，FPGA提供高度的灵活性和可编程性，成为许多应用领域的首选。

FPGA架构由可编程逻辑块（CLB）、输入/输出模块（IOB）、可编程互连资源（PIR）和静态存储器SRAM组成，CLB是实现逻辑功能的基本单元。IOB负责与外部接口，PIR提供丰富的连线资源，SRAM用于存储编程数据。CLB由查找表（LUT）、多路复用器（Multiplexer）和触发器（Flip-Flop）构成，用于实现复杂的逻辑功能。

用户可以通过硬件描述语言（Verilog或VHDL）进行电路设计，然后对FPGA进行编程（烧写），实现所需功能。FPGA功能强大，理论上，通过编程，可以实现任意ASIC的逻辑功能。

随着技术的演进，FPGA从1985年由Xilinx公司发明后，Altera、Lattice、Microsemi等公司也相继加入，形成了四巨头格局。2015年，Intel以167亿美元收购了Altera，2020年，AMD以350亿美元收购了Xilinx，形成了Xilinx（AMD旗下）、Intel、Lattice和Microsemi四巨头的局面。

国内FPGA厂商包括复旦微电、紫光国微、安路科技、东土科技、高云半导体、京微齐力、京微雅格、智多晶、遨格芯等。虽然数量众多，但技术差距显著。

ASIC与FPGA在功能和设计上各有侧重。ASIC是全定制芯片，功能固定，无法更改；而FPGA是半定制芯片，功能灵活，便于修改。将ASIC比作预先定制的玩具模具，FPGA则类似于可重复搭建的乐高积木。

在设计流程上，FPGA的复杂度低于ASIC，仅需要ASIC流程的50%-70%，且不涉及流片过程。这使得FPGA的开发时间大大缩短，一般只需几周或几个月。虽然FPGA在某些情况下成本较低，但开发成本较高。FPGA的成本与ASIC的生产量密切相关，低产量下FPGA更便宜，高产量下ASIC更具优势。

从性能和功耗角度来看，ASIC因其硬件化的运算方式，通常在性能和能效方面优于FPGA。FPGA的冗余功能较多，而ASIC则采用硬连线，因此性能更强，功耗更低。

FPGA和ASIC在不同的领域有着各自的定位和优势。FPGA适用于产品原型开发、设计迭代及低产量特定应用，适合快速迭代和短期开发周期。ASIC则用于大规模、复杂度高的芯片设计，以及成熟度高、产量较大的产品。

在AI芯片领域，FPGA因其灵活性和低功耗受到青睐，尤其是在通信、国防、汽车和消费电子领域。而GPU则在AI训练上占据主导地位，主要因为其强大的并行计算能力。FPGA和ASIC在AI推理领域也逐渐崭露头角，成为替代或补充GPU的选择。

总之，无论是ASIC、FPGA、GPU还是CPU，都是计算芯片领域的代表，满足了不同场景的计算需求。随着技术的发展，异构计算成为新趋势，而类脑芯片的探索也为计算领域带来了新的可能。

二、解释矿机芯片的主要工作原理

解读矿机硬件元器件及主流矿机电路及BOM表

矿机结构

看完了机器的外观，我们一起看看机器的原理结构。目前市场上的比特币挖矿机基本是这种原理框图，有三部分构成：电源板，控制板，算力板。大家可以看看这个框图：

红色部分是电源板。蚂蚁S9的电源功率大概是1600W，神马M3和翼比特E10大概在2000W和2100W。假设矿机24小时不间断电持续工作，按照功率2000W算，大概消耗48度电，按照5毛钱一度电来算，电费为24元。

绿色的部分是控制板。控制板好比人的脑部，接受外部的信息和控制人的动作，人与外部交流信息靠嘴巴说出和耳朵听到，这就好比控制板通过网线连接外部和控制内部机器算力板的动作。

黄色部分是算力板，也称作为运算板。算力板好比人的四肢，算力板运算的功能就是不停挥动铲子去挖矿。

蚂蚁S9和翼比特E10用得是赛灵思的FPGA，FPGA是什么？简单来说FPGA就是一颗万能芯片，是一颗可编程的逻辑芯片。因为现在市场上还没有专门用于挖矿机控制板的专用芯片，所以一些矿机厂商就采用了FPGA来做。

FPGA不用流片，芯片流片是个烧钱的事，流一次片少要几百万，多则上千万美金，芯片流片时间长，采用FPGA可以大大节约产品产品的设计周期，在挖矿这种时间就是金钱的概念中，尽快推出运算能力强的机器进行挖矿，抢占效能才是关键。

目前赛灵思的这颗FPGA大概价格在120元，据说已经卖断货了。

再看主控搭载的几颗外围芯片，DDR和NAND FLASH。这几颗芯片是存储芯片，功能就好比我们人类的大脑，现在市场价格比较高。其它网卡芯片就好比我们刚才提到得人的耳朵和嘴巴，用来和外部通信，网络收发芯片，目前市场常用的是RETELK和博通，代表型号有8021和8211。这两颗芯片在路由器和机顶盒里面也用的比较多。

三、微矿机是什么东西

微矿机即挖矿机，就是用于赚取比特币的电脑，这类电脑一般有专业的挖矿晶元，多采用烧显卡的方式工作，耗电量较大。用户用个人电脑下载软体然后运行特定演算法，与远方伺服器通讯后可得到相应比特币，是获取比特币的方式之一。

挖矿机的功能：

挖矿机是获取比特币的方式之一。（Bitcoin）是一种由开源的P2P软体产生的网络虚拟货币。它不依靠特定货币机构发行，通过特定演算法的大量计算产生，经济使用整个P2P网路中众多节点构成的分散式资料库来确认并记录所有的交易行为。

P2P的去中心化特性与演算法本身可以确保无法通过大量制造来人为操控币值。任何一台电脑都能成为挖矿机，只是收益会比较低，可能十年都挖不到一个。很多公司已经开发出专业的挖矿机，这种搭载特制挖矿晶元的矿机，要比普通的电脑高几十倍或者几百倍。

扩展资料：

挖矿机的种类：

1、CDN矿机

随着迅雷玩客云的横空出世，伴随着出现一种新型矿机，被称为CDN矿机。这种矿机，由于不需要太强的性能，所以只是个路由器、电视盒的模样。迅雷玩客云使用了独特的共识机制，并不是通过贡献算力，而是通过贡献网络带宽与存储空间挖矿。

2、FPGA矿机

FPGA矿机，它就是一个硬件基板，相当于一张白纸，想要实现怎么样的功能就向里面写入怎么样的程序。所相比ASIC这样的特定用途设计的芯片要灵活的多。

3、云矿机

云矿机是相对于本地挖矿而言的，可以类比网盘与本地硬盘之间的关系。简单的说，你可以没有矿机，而是通过网络远程使用别人的矿机挖矿，可以说是一种云应用，也可以说是一种租赁托管服务。

参考资料来源：百度百科-矿机