矿机芯片厂商的激荡十年：从理想时代产业时代到资本时代

显示全部楼层 · 发表于 2020-7-6 15:57:42

[md]日前，全球知名矿机生产商亿邦国际在美股上市，又让矿机芯片成为大家热议的焦点。

以比特大陆、嘉楠耘智为代表的矿机芯片厂商，创造了量产全球首款 7nm 芯片的记录，垄断了全球近 90% 的矿机芯片市场份额，作为台积电的前十大客户，订单量一度超过华为海思。在矿机芯片这个领域，我们不仅能看到像比尔·盖茨退学创办微软这样的传奇故事，也会看到过去激荡十年的大时代浪潮。

不仅如此，矿机芯片对前沿领域的技术积累、半导体行业人才培养等诸多领域，都具有巨大的行业价值和意义。

理想时代

2008 年 11 月，在全球金融危机爆发一个多月后，中本聪在麻省理工的邮件讨论组中发表了一篇著名的论文---《比特币：一种点对点电子现金系统》；随后又在 2009 年 1 月于芬兰的一个小型服务器上挖出了比特币的创世区块，宣告了比特币的正式诞生。

时间来到 2011 年，还在北航上学的张楠赓第一次接触到了比特币。彼时的比特币还是 GPU 挖矿时代---在比特币世界中，拥有算力越高的矿工，其挖到的比特币数量也越多。为此，电路设计专业背景的张楠赓设计了全球第一款 FPGA 矿机。随后，张楠赓以“ngzhang”的 ID 在比特币论坛 bitcointalk 中推广其 FPGA 矿机，并开始在行业内小有名气。

然而，FPGA 矿机也逐渐不能满足市场的需求，人们开始把目光转向专用集成电路（ASIC）领域。为此，2012 年 6 月美国的蝴蝶实验室打响了研发比特币 ASIC 矿机的第一枪，如果蝴蝶实验室的 ASIC 矿机研制成功，那么比特币网络的大部分算力都将掌握在他们手中，拥有了发动 51% 攻击的能力，届时比特币将不再安全。

为了打破蝴蝶实验室的垄断，自称“为了捍卫比特币世界和平”的张楠赓也开始着手研发矿机。然而，此时的张楠赓正在攻读博士学位，学业任务繁重的他无法专注于 ASIC 矿机的研发。为此，张楠赓做出了一个大胆的决定---直接退学创业。

当时蝴蝶实验室研发 ASIC 矿机的消息也传到了中国另一个天才少年---蒋信予那里。人称“烤猫”的蒋信予，当年以全国第 11 名的成绩考入中科大少年班，随后在 2011 年前往耶鲁大学深造。在耶鲁大学，蒋信予第一次接触到了比特币，并迅速对其产生兴趣。随后也从耶鲁休学，并在 2012 年 7 月于深圳注册成立了自己的公司 Bitfountain，专注比特币 ASIC 矿机的研发。

2013 年上半年，蒋信予和张楠赓的矿机先后研发成功，并进行了首批矿机交付。此时蝴蝶实验室却还在悠哉游哉，芯片设计问题迟迟无法解决，发货日期遥遥无期。2013 年 9 月，阿瓦隆矿机芯片实现量产并大规模发货，很快有 80 万个芯片投放市场；蒋信予的烤猫矿机此时也占据了比特币全网 20% 的算力，成为矿机芯片领域最大的赢家。至此，ASIC 挖矿时代正式来临，国内的矿机芯片企业在该领域占得先机。

多年过去，回顾这段往事，很多人都会觉得不可思议---芯片一直是我国的薄弱产业。但为什么中国的矿机芯片厂商在早期就能如此成功？除了张楠赓的“破釜沉舟”和蒋信予的“聪慧过人”这些“人和”因素外，更多的在于两个原因：矿机芯片市场的特殊性和中国的工程师人口红利。

（1）矿机芯片市场的特殊性

在芯片设计领域，市场一直存在一个误区：国内芯片设计的瓶颈在于技术落后，并以华为事件为例，指出目前我国在 EDA 软件和底层架构方面受制于人。然而在 2018 年以前，我国的芯片设计公司在 EDA 软件的使用和底层架构的授权上并没有受多大影响，但发展壮大起来的芯片设计公司仍是少数。

事实上，我国芯片设计领域的发展瓶颈，不仅仅在于技术壁垒领域，更重要的是缺乏市场支持。我国大多数芯片设计公司的尴尬在于：设计出的芯片没有客户愿意使用，而芯片的问题又必须在实际中不断运用才能发现并解决。

以华为海思为例，2012 年开始华为手机开始搭载海思设计的芯片。然而当时海思的 K3V2 芯片性能极差，造成华为推出的 Ascend D 系列手机一经面世就被消费者诟病：发热严重，加载缓慢。即便这样，华为依然选择坚持使用海思芯片，并不断进行优化。到了 2018 年，海思的麒麟 980 芯片性能已经达到全球顶尖。如果没有华为手机对本公司芯片的无条件支持，也就没有今天的华为海思。

相较于华为海思的厚积薄发，矿机芯片厂商则更幸运一些，这主要取决于矿机芯片市场的特殊性：首先，当时的大部分矿机设备都是 GPU，而 ASIC 领域还是一片市场空白，属于市场的新需求新产品；而诸如英伟达、高通这类大公司并不屑于进入该领域，这就让新进入者避开了与行业巨头的竞争，有做大做强的机会。

其次，矿机芯片有很强的金融属性。普通芯片主要用于各类生产生活活动，而矿机芯片则可以通过挖矿产生现金流收入。在算力方面，ASIC 比同时代的 GPU 高出几百倍。更高的算力即意味着更高的挖矿收入：当时一台定价 8000 元的阿瓦隆矿机，每天能够通过挖矿获得近 7 万元的收入。

就普通芯片而言，用户更在乎的是芯片的性能问题；但对于早期的矿机芯片而言，用户只要能买到一台矿机即意味着可观的利润，而矿机芯片本身的性能问题当时看来就不那么重要。所以 ASIC 矿机一经推出，就立刻受到市场的热捧，而在矿机厂商在出售矿机的同时又能不断对矿机芯片进行优化，由此形成一种正向循环。

（2）中国工程师人口红利

中国矿机芯片厂商的成功，很大一部分归功于中国的工程师人口红利。ASIC 矿机芯片，本质上是 SHA265 算法的硬件实现，设计难度并不大。尤其是在早期从 0-1 的阶段，并不需要集成电路领域的顶尖人才参与。而在过去二十年间，我国高等院校培育了大批理工科背景的人才，形成了工程师群体的人口红利。根据官方统计，我国理工科硕士毕业生数，从 2000 年的 2 万人/年上升到 2018 年的 20 万人/年，年复合增长率近 25%。

过去十年来规模庞大的工程师群体，也许不是行业内最顶尖的，但在劳动力成本和效率上却具有明显优势。这在早期与美国蝴蝶实验室的竞争中就得到了充分的体现。ASIC 矿机方案提出之初，国内的阿瓦隆矿机采用 110 nm 工艺技术，烤猫矿机用的是 130 nm 工艺技术，而美国的蝴蝶实验室一开始就采用 65nm 工艺技术。正如当时亲历者回忆的那样：相较于国内开发人员顶着高烧，夜以继日研发矿机；美国的开发人员则都是热爱生活的人，不会把精力都放在矿机研发的工作上。蝴蝶公司从 2012 年 6 月开放预订，但直到一年后也没有交货，而此时国内的矿机厂商已经开始大规模发货。

产业时代

2013 年的矿机芯片市场是属于张楠赓和蒋信予的“双子星”时代，国内矿机芯片厂商依靠工程师红利在起跑线上获得了领先，但这种优势并不牢固，因为起步阶段的矿机芯片设计难度并不大，进入门槛很低。由于早期矿机市场的超高利润，国内涌现出许多新的矿机厂商，俄罗斯瑞典日本等一众国外厂商都在虎视眈眈。在激烈的市场竞争中，国内厂商是如何赢得最后胜利的呢？这就不得不谈一家著名的公司---比特大陆。

相比声名显赫的比特大陆，其创始人吴忌寒的经历也非常传奇。北大经济学毕业的吴忌寒早年在金融行业工作，从 2011 年就开始关注比特币，并为此做了大量的工作：成为 Bitcointalk 中文社区的版主，第一次将中本聪比特币论文翻译成中文，与科幻作家长铗成立了国内第一家比特币资讯交流平台---巴比特。2013 年 4 月，看准时机的吴忌寒从金融行业辞职，并与有集成电路设计背景的詹克团一起成立了比特大陆。

在詹克团的带领下，比特大陆迅速研发出 55 nm 矿机芯片，并在 2013 年 11 月推出了蚂蚁 S1 矿机。凭借其优异的性能，比特大陆很快占据了一部分市场份额。然而好景不长，2013 年 12 月，加密货币市场开始进入寒冬，比特币价格从 1,100 美元的巅峰，一路下滑到 200 美元的最低点。

在 2014 年的漫长寒冬中，矿机市场也大受影响，一大批矿机厂商纷纷倒闭。“天才少年”蒋信予也同样没有熬过这个冬天---2014 年初蒋信予推出了第三代芯片 BE300，但却出现了严重的质量问题，导致芯片滞销，亏损严重的蒋信予随后从人们的视野中消失。

出乎意料的是，比特大陆却在寒冬中开始崛起：2014 年 4 月蚂蚁 S2 矿机开始出售；7 月推出蚂蚁 S3 矿机；12 月蚂蚁 S5 矿机量产；到了第二年的 11 月，蚂蚁 S7 矿机研发成功...在比特大陆的凌厉攻势下，2015 年下半年市场逐步回暖时，人们惊奇地发现矿机市场上几乎只剩下比特大陆的蚂蚁矿机。2015 年，比特大陆全年净利润达 3.34 亿元，成了当之无愧的行业巨头。

比特大陆为何可以取得如此大的成功？很多人认为矿机芯片的设计难度低，一开始确实这样，但随着矿机市场的逐步成熟，芯片设计也开始呈现出专业化和产业化的趋势。矿机芯片的特殊之处在于，其主要用来并行运算，因此算力并不那么重要，关键在于芯片的功耗---对于算力相同的两款矿机，谁的功耗小，那么谁的电费成本更低，进而在市场上更有优势。

为此，比特大陆的开发人员经过一系列探索，发现了一种适合动态逻辑面积大管子多的标准单元，而这种标准单元的特别之处在于其触发器是动态的。相比静态逻辑的触发器，动态逻辑触发器的优势在于其面积和功耗都是前者的一半。

同样地，在这一时期，清华博士毕业的杨作兴也开始以兼职形式加入比特大陆，并带来了全定制方法学。众所周知，目前的芯片设计依赖 EDA（电子设计自动化）工具，而全定制方法学则打破了该模式。全定制方法学在 RTL 设计的晶圆厂单元库、逻辑综合和布局三个设计环节采用定制化、人工化设计，每个细节设计都力求精雕细刻。尽管这样效率低下，但对芯片的各方面都进行了定制化设计，使得芯片的功耗 ×面积优化比例大幅提高。

在动态逻辑方案和全定制方法学下，比特大陆于 2015 年完成了蚂蚁矿机 S7 系列（28 nm）和 S9 系列（16 nm）的研发。这两款机型在性能上远远优于其他厂商，其产品成本仅仅只有对手的一半。

芯片设计行业的特点在其特殊的市场结构。对于一般行业而言，低端产品占据大部分市场份额，但高端产品的市场份额较低。而芯片市场的特殊之处在于，往往会出现“赢者通吃”的局面。

凭借蚂蚁 S7 与 S9 的销量的成功，比特大陆一跃成为矿机芯片市场的巨头，占据市场 80% 以上的份额。在比特大陆的强大技术优势下，国外的矿机芯片厂商纷纷出局：2014 年和 2015 年高调的 KNC、bitfury、Spondoolies-Tech、21 Inc.都很快宣布破产或者退出矿机芯片市场。而随着比特大陆的员工流动，动态触发器和全定制方法学也逐渐传播到国内其他芯片厂商手中，但相关技术仍然保留在国内。2017 年日本的 GMO 公司想要进入矿机芯片市场，但其落伍的技术设计，根本无法与国内的厂商抗衡，很快就因亏损而退出市场。

至此，矿机芯片市场成了中国厂商的天下。数据显示，在 2017 年，中国的三大矿机厂商比特大陆，嘉楠耘智和亿邦国际，垄断了全球近 90% 的市场份额，剩下的也被诸如武汉芯动，比特微等其他中国厂商瓜分。

资本时代

2017 年比特币迎来牛市，全年涨幅高到 1700%，巨额的投资收益吸引了全世界的目光。一时间比特币和区块链成为市场上最热门的话题，众多区块链公司如雨后春笋般诞生，A 股市场则兴起了“区块链概念股”，创投圈也开始兴起了“All in Blockchain”，而作为行业中最赚钱的矿机厂商也成了炙手可热的公司。

在市场最疯狂的 2017 年 12 月，比特大陆的销售们受到了众星捧月般的对待，客户们纷纷给销售送礼，请客吃饭，就为了得到蚂蚁矿机的订单，而此时比特大陆的订单已经排到了第二年的春天。根据弗若斯特沙利文的数据显示，在 2016 年 ASIC 矿机的市场规模仅仅 7 亿美元，而到了 2017 年其市场规模就达到了 30 亿美元；在当年的矿机交付量中，比特大陆出售了 94 万台矿机，嘉楠耘智 29 万台，亿邦国际 5 万台，占据了全球市场 88% 的份额。在此情况下，矿机公司纷纷开始酝酿上市。

2018 年 9 月 26 日，比特大陆正式向港交所递交招股说明书，加上嘉楠耘智和亿邦国际分别与 2018 年早前先后赴港递交上市申请书，一时间矿机芯片公司占据了资本市场的头条，而外界也终于可以一窥这些神秘矿机厂商的业务营收情况。当然，其结果大出人们意料，其经营绩效情况居然优于同行业大多数的 A 股上市公司。

在营业收入方面，2017 年比特大陆的营收达到 164.52 亿元，而同时期的 A 股半导体行业上市公司，营业收入最高的是天合光能 261.58 亿元。因此从营收排名上看，比特大陆将在所有 A 股半导体上市公司中排名第四，低于第二名长电科技的 238.5 亿元，第三名纳思达的 213 亿元，但高于隆基股份的 163.6 亿元。

由于区块链技术尚处于早期，出现很多市场乱象，人们对矿机芯片厂商也颇有微词。然而，作为加密数字货币底层的区块链技术，可能是未来的“甘露”。

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