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比特币ASIC芯片和矿机生产厂商已多达20家

比特币和区块链在近年来的火热,极大带动了比特币的挖矿热潮,也催生了一堆比特币ASIC芯片矿机生产厂商,当中更以中国厂商表现最为领先。据介绍,全球90%的比特币矿机都是由中国厂商生产,当中尤其以比特大陆最为抢眼。据芯谋研究分析师顾文军早前透露,比特大陆在2017年的芯片销售额高达143亿元人民,成为仅次于华为海思的国内第二大Fabless。

疯狂比特币,国内挖矿芯片厂接近20家

虽然在过去的一年,比特币经历了火箭般的疯长,到现在价格的近乎腰斩,但国内对挖矿的热情丝毫不减。顾文军昨日在朋友圈透露,现在国内从事比特币ASIC芯片研发的厂商接近20家。这样的涌动在今年势必会持续影响半导体产业链,但最终将会走向何方呢?

晶圆厂和封测厂持续受益

根据比特币“挖矿”的既定原理,算力越大,能挖到的比特币就越多,因此算力就成了矿机所追求的根本,这就推动了高运算力芯片发展和需求。以比特大陆主流的蚂蚁S9为例,这个售价近两万元的矿机里面,用了189颗使用台积电16nmFinFET制程制造的BM1387。考虑到全网庞大的“挖矿”算力,那就意味这有大量的矿机在运行,这就给芯片制造商和封测厂带来庞大的收益。

首先看一下晶圆代工厂。

据报道,台积电占了全球挖矿ASIC的九成订单。SanfordC.Bernstein&Co.驻香港分析师MARKLi也表示,2017年比特币挖矿芯片业务大概占台积电3-5%营收。由于台积电去年的总营收为330亿美金,那就代表着比特币芯片业务给台积电带来了十多亿美金的营收。这跟一部比较强的iPhone对台积电营收的贡献是一样的,考虑到比特币的目前的供不应求现状,这种表现力是惊人的。

台积电的大挣特挣,让代工业另一个玩家三星眼红,并极力参与其中。

据韩媒Korea Herald在2017年12月声称,三星与俄罗斯比特币矿业公司贝加尔(Baikal)签署了一份供应14纳米ASIC芯片的合同。样品已经过测试,批量生产将于2018年1月开始。

最近两日,韩国媒体 The Bell 透露,三星电子与中国的挖矿硬件制造商签订了代工合同,进一步拓展其比特币芯片代工业务。这样T和S的竞争就从手机处理器、高性能计算进一步推进到挖矿芯片领域。

对于紧密相关的封测产业,也有了极大的激励。

根据海通证券的分析报告显示,矿机芯片的单颗封装费用应该为2.84元/片,过去的2017年,矿机芯片每个月给封测产业带来的营收分别为1.19亿元、1.28亿元、2.74亿元、5.48亿元,全年合计10.68亿元。

至于供应商方面,据行业内知名人士告诉半导体行业观察记者,华天和日月光是比特大陆的封装主要供应商,其中前者每天的矿机芯片出货量为120万/天,而日月光每天的出货量为500片/天,如果按照海通证券的价格计算,这个突然间冒出来的芯片带来的营收还是非常可观的。至于嘉楠耘智方面,据其公开转让说明书中的成本结构显示,他们的所有封测都是由日月光和JSCK代工(日月光为主)。

海通证券则表示,由于矿机ASIC芯片普遍采用FC工艺,预计相当大一批订单将流入大陆,将深度利好长电科技、华天科技、通富微电等具有FC产能的公司。

至于2018年的走势,MARK Li表示,挖矿芯片将有可能给台积电的营收贡献带来30%或以上的增长。海通证券也认为,今年将会出现12nm制程的ASIC矿机芯片,带来一定的成本变动。2018年矿机芯片封测市场规模应在36.3—99.8亿元之间,中性估计在60亿元。

对国内IC设计产业的影响

谈到这方面,就先具体了解一下比特币矿机ASIC的设计特点。据半导体行业观察专栏作者李飞在其文章《比特币凶猛,然而70%的矿机ASIC公司面临出局命运》中介绍:

在矿机ASIC领域,最重要的两个指标是算力和能效比,这是决定挖矿利润的关键要素。所谓算力是指每秒钟能执行的哈希算法次数,通常用哈希每秒(H/s)表示,目前高端矿机(包括多块芯片)已经能做到10TH/s数量级的算力;而能效比指的是消耗单位能量芯片所能执行的哈希数量,用焦耳每哈希(J/H)表示。

至于具体运行上,矿机整体系统简而言之是一个异构计算系统。主处理器(host processor)上通常会运行简单的操作系统,一方面可以和用户互动,另一方面负责给加速器(accelerator)布置任务,而加速器完成计算后再把结果汇报给主处理器。总结而言,矿机ASIC的关键指标是计算能力,李飞强调。

按照他的观点,在设计矿机ASIC的时候,可以从微结构(micro-architecture)和系统两个级别入手:

从微结构角度考虑,最关键的是如何设计流水线和平行处理架构,避免计算哈希算法的某一个环节成为系统性能的瓶颈。此外,内存访问也是微架构中要仔细考虑的。

从系统角度考虑,则是增加集成度。把芯片无限做大,在一块芯片上海量的计算单元理论上可行,但是,现实中不这么做有两个重要原因,其一是散热问题,芯片发热随着芯片面积呈幂律上升规律,当芯片大到一定程度后散热系统就无法满足需求了。第二是良率问题,随着芯片面积变大,保证高良率将会是一个及其困难的问题。因此,目前增加集成度的办法是在散热和良率能保证的情况下把芯片尽量做大,同时在一个矿机里集成尽可能多的芯片。

李飞表示,由于比特币ASIC主要是数字逻辑,对于半导体工艺的需求主要是高速数字逻辑,所以说矿机ASIC可以说是我国半导体行业在全球高速数字芯片方面的一次重大突破。比特大陆等中国公司在技术上走到了全球前列是一件相当值得庆贺的事情。即使未来比特币没有能成为主流,但是以比特大陆为首的矿机ASIC公司在高速强算力ASIC方面的积累也会成为中国半导体领域的宝贵财富。

未来会走向何方?

从现状看来,挖狂热潮对于整个半导体产业和中国半导体产业来说都是正面的,但因为比特币乃至数字货币这个东西有很大的不确定性。例如纽约时报作者Paul Krugman日前就以《Bubble, Bubble, Fraud and Trouble》为标题写了一篇文章,里面指出:

它是一个泡沫,但它也是一种狂热信仰,新加入者被灌输了关于邪恶政府会窃取他们所有资金的偏执幻想(相反,私人黑客窃取的大部分是现存的加密货币代币)。对比特币持怀疑态度的记者告诉我,没有什么话题能像比特币这样,制造出那么多的仇恨邮件。

所以,不,我的理发师不应该购买比特币。它肯定会以失败告终,而且这一天来得越早越好。

当然现在也有很多分析师对比特币的未来充满信心。但考虑到全球多地政府对虚拟货币的不信任,也许就有一天真的面临重大打压,这时候会给产业链带来怎样的影响?

对制造和封测厂来说,考虑现在行业对半导体行业的看好,还有现在高性能芯片的发展需求,还有矿机芯片业务总体业务还是影响力不够,相信就算哪一天真的崩盘了,对于封测和制造厂商来说,这也是蚍蜉,撼不动大树。

来到矿机ASIC厂商方面,根据强者恒强的道理,也许对大部分的厂商来说,这将会是灭顶之灾。不过对比特大陆和嘉楠耘智这两个先行者来说,他们貌似已经做好了AI的第二手准备。

在2018年1月初,比特大陆正式宣布了AI专用芯片BM1680。这颗心片的微架构支持FP32浮点预算,浮点峰值性能为2TFlops、峰值功耗为41W、平均功耗25W。具体定位为“面向深度学习的张量计算加速处理器”,适用于CNN / RNN / DNN 等人工神经网络的预测和训练。根据他们透露,BM1680的后续芯片早已开始进入研发阶段,BM1682已经在去年12月成功流片,BM1684将会在2018年的9月完成流片。其中BM1684预计在2018年4季度成功量产,其性能指标将达到6T运算力、30W功耗、同时还支持FP16、INT8等低精度计算。还将使用TSMC提供的12nm最新工艺。这些产品将会为人脸检测、行人的检测和属性的分析和人脸识别带来支持。

至于嘉楠耘智方面,据报道,2017年12月19日,他们已经预发布了全球最早的人工智能边缘计算芯片KPU。新发布的KPU芯片集成了人工神经网络和高性能处理器,将应用于自动驾驶、语音交互、智能家居物联网终端和图像识别,为未来社会生活提供全方位的人工智能应用服务。它的使云端的计算能力可在边缘完成,节约了带宽和能源,实现了运算本地化保护隐私,高难度的人工神经网络将不再是云计算的专利。

半导体行业观察认为,对于这些类似矿机ASIC这种从某爆款单品打入市场的集成电路厂商而言,居安思危,做好提早计划,才是基业长青的根本,否则将会在瞬息万变的市场,起个大早,赶了个晚集。

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