過去のイベント: 創設者が Bitmain S9 が「マシンの王」になった経緯を明かす

序文: 高性能マイニングマシンの大量投入により、キングマシンの世代である Antminer S9 は歴史の舞台を去ろうとしています。歴史を振り返ると、成都チームはダイナミックトリガーを通じて競合他社に対して世代を超えた優位性を獲得し、それがS9の成功の主な理由でもあると著者は考えています。 S9 のデザインは、ビットコインマイニングマシンの中でも奇跡的です。 3年以上のライフサイクルを誇る最も生産量の多いビットコインマイニングマシンとなり、マシンの王様として知られています。

（この記事の著者は、Bitmainの元テクニカルディレクターである謝丹氏であり、Wu Says Blockchainが出版を許可しました。この記事の見解は著者の個人的な意見であり、Wu Says Blockchainの立場を代表するものではありません）

2014年8月に成都にバックエンドデザインサービス会社を設立しました。付加価値のあるバックエンドデザインサービスを提供したいと考えていました。顧客を探す際にネットで検索したところ、ビットコインマイニングマシンを作っている企業なら需要があるはずだと思い、当時のBitmainのウェブサイトに掲載されていたメールアドレスにメールを送りました。

当時、私は多くの集積回路設計会社にメールを送ったのですが、最も早く返信をくれたのはBitmainでした。その後、チャット中に、このメールアドレスは当時呉吉漢氏が使用していたものであり、ビットメインも当時、自社のチップの競争力を高めるための解決策を模索していたことを知りました。そこで、呉季涵さんはこのメールを詹克団さんに転送し、詹克団さんは9月に成都に立ち寄って私に会いました。私とZhanさんは2回会って、良い会話をしました。 Zhan 氏は、このプロジェクトには長い時間がかかり、リスクが高く、知的財産に関する懸念があると感じたため、会社を解散してチームを率いて Bitmain に加わるよう私に提案しました。

2014 年 10 月、私は 2 人の小さなチームとともに Bitmain に正式に入社し、Bitmain の完全なカスタマイズ部門になりました。最初の方向性は、電子メールで言及されたドミノロジックでした。

ドミノロジックは比較的成熟した動的ロジック構造であり、その主な形式は次のとおりです。

対応する静的回路と比較すると、ドミノ論理回路には次の利点と欠点があります。

1. 信号は N チューブを駆動するだけでよいため、静電容量が小さくなり、速度が速くなります。

2. ポイントAは動的ポイントなので、最終インバータM3/M4が必要となります。

3. 点 A では電荷共有の問題があります。

4. M1、M2、M3、M4は新たに追加されたデバイスであり、PMOSは縮小されたデバイスである。

5. M1 と M2 はクロック信号によって駆動されるため、消費電力は他の一般的な信号の 2 倍以上になります。

したがって、消費電力を考慮すると、M1 と M2 はクロック信号であるため、その消費電力は少なくとも信号の 2 倍になります。 M1+M2+M3+M4 の消費電力は、追加の MOS チューブ 6 個の消費電力です。一般的なロジックの場合、12 個を超える MOS チューブを備えた標準セル ライブラリは多くありません。面積的には、M2+M4 により 2 つの NMOS チューブの面積が増加し、PMOS の面積は削減されますが、この節約された面積をレイアウトに反映することは困難です。言い換えると、ドミノ ロジックによりチップの速度は向上しますが、面積と消費電力はわずかに増加します。

2015 年 1 月に結論を提出した時点で、Domino ロジックはマイニング マシン チップには適していないことが基本的に確認されました。ビットコインマイニングチップは純粋に並列コンピューティングを使用するため、速度はそれほど重要ではありません。マイニングマシンの最大のコストは電気なので、電力消費が最も重要です。面積と電力について経験則的な評価を行うと、消費電力は面積と速度の 3 倍以上の重み付けがされます。

ドミノ ロジックの試みが失敗しても、私たちの研究は諦められませんでした。なぜなら、大きな領域と多数のチューブを備えた動的ロジックに適した標準セルを見つけたからです。この標準セルのわかりやすい例はフリップフロップです。そこで私たちは最初に戻り、動的トリガーをターゲットとして使用しました。

1970 年代の集積回路の始まりでは、各トランジスタのコストが高かったため、当時のトリガーはすべて動的であり、ドミノ フリップフロップ、C2MOS エッジ トリガー フリップフロップ、TSPC ポジティブ エッジ フリップフロップなど、すべて当時の製品でした。そこに宝の山を発見した。

たとえば、TSPC ポジティブエッジ フリップフロップには次のロジックがあります。

クロック ゲートを 2 つのゲートとしてカウントすると、このフリップフロップは合計で 4*2+7=15 ゲートに相当します。

これまで最も頻繁に使用していた静的トリガーの構造は次のとおりです。

clk のインバータを追加すると、8*2+12 +4 = 32 ゲート相当になります。静的ロジックにおける同等のトリガー数の消費電力は、動的ロジックの 2 倍以上になります。

同様に、面積に関しても、ダイナミック ロジックには 11 個のデバイスがありますが、スタティック ロジックには 22 個のデバイスがあり、面積はちょうど 2 倍になります。

動的ロジックを使用するトリガーを特定したら、次のステップはそれを設計プロセスに統合することです。最後に、動的ロジックのリーク電流が動的コンデンサ ポイントでリークを引き起こすのを防ぐために、静的ロジックのトリガーの機能記述にいくつかの時間制約を追加しました。また、タイミングと消費電力を改善する際には、静的トリガーのいくつかのパラメータが適用されます。簡単に言えば、動的ロジックに外側のフレームを追加して、フロントエンド デザイナーには通常の静的トリガーとして表示されるようにします。フロントエンドの設計と合成には違いはありません。

ダイナミックトリガーのアップグレードが完了した後、面積と消費電力が元のトリガーの半分になり、タイミングもほぼ同じになった新しいトリガーが完成しました。ビットコインは継続的に計算する必要があるため、データを長期間保存するための静的トリガーは必要ありません。動的トリガーが完成すると、ビットコインの分散コンピューティングと完全にパイプライン化されたロジックは、動的トリガーに特に適しています。パイプラインパイプラインの構造は次のとおりです。

次のように直接変更できます。

新しいダイナミック トリガーの面積と消費電力が元の半分になったことを考慮すると、新しいパイプラインは同じ面積と消費電力で速度が 2 倍になっています。当社のビットコインマイニングチップでは、32 レベルのパイプラインを 64 レベルのパイプラインに変更し、計算能力を 2 倍にしました。

当社は2015年半ばに28nm BM1385チップ（Antminer S7）の設計を完了し、2015年末に16nm BM1387チップ（Antminer S9）の設計を完了しました。性能面では、当社の28nmは競合他社の16nmとほぼ同じ性能を持ち、16nmチップは競合他社の半分のコストです。ダイナミックトリガーを通じて、私たちは競合他社に対して世代を超えた優位性を獲得します。特に、S9 のデザインはビットコインマイニングマシンの中でも奇跡的です。 3年以上のライフサイクルを誇る最も生産量の多いビットコインマイニングマシンとなり、マシンの王様として知られています。

ソフトウェア環境をほとんど必要としない暗号通貨マイニング業界では、競合他社の半分のコストで製品が提供されるということは大きな競争上の優位性となり、自由に価格競争を繰り広げることができることを意味します。競合他社に販売すると利益は出ませんが、Bitmain の粗利益率は依然として 50% を超えています。ダイナミック ロジックの秘密兵器と S7 および S9 の販売成功に頼ることで、Bitmain は、市場シェアが 20% 未満の競合が多数存在する状況から、単一の支配的プレーヤー (シェア 70% 以上) へと進化しました。

ビットメインの台頭の直接的な結果は、海外のビットコインチップ企業が市場から撤退したことだ。 2014年と2015年には、KNC、Bitfury、Spondoolies-Tech、21 Inc.などの有名企業が相次いで破産宣告をしたり、マイニングチップ市場から撤退したりした。

ビットメインの従業員の一部が退職したことにより、ダイナミックトリガー技術は徐々に他の国内チップ開発企業に広まりましたが、この技術は依然として基本的に中国に限定されています。 2017年、日本のGMOはまだ12nmと7nmでこの分野に参入しようとしていました。同社の宣伝から判断すると、同社は依然として静的トリガー構造を採用している。 2018 年の弱気相場サイクルと相まって、1 年後には損失を抱えて市場から撤退することが予想されました。

16nm以前は、新世代のプロセスマスクのコストは数百万ドル未満でしたが、ダイナミックロジックを再設計するための技術、人材、リスクは明らかに数百万ドル以上高く、ダイナミックロジックの利点を反映できませんでした。しかし、16nm 以降、新しい 10/7nm、そして将来の 5nm には数千万ドルのコストがかかります。動的ロジックがプロセス ノードのパフォーマンスを上回ることができれば、より有利になり、プロセス ノードに新たな活力を与えることになります。ダイナミックロジックを適用し、この古代のデザインアートを現代に復活させる企業がさらに増えることを期待しています。