比特币矿机：筹码竞赛的新战场

▌比特币矿机，一边是“信任值”，一边是“看涨期权”

比特币矿机，承载“价值互联”

区块链（Blockchain）是一种去中心化、无需信任的技术解决方案比特币最新状况如何，通过集体维护来构建可靠的数据库。

以支付转账为例，传统的支付转账系统需要银行作为第三方（对应“中心化”和“第三方信任背书”的概念），根据提出的要求转账相应金额由交易双方——即改变数据库中双方的交易金额。 名下账户余额，这个过程的记账权完全属于银行。

在搭载区块链技术的支付转账系统中，用户可以直接进行点对点交易（对应“去中心化”的概念）。

我们不需要一个集中的组织来为用户记账。 相反，系统中的每个用户都可以根据特定规则参与竞争记账。

在某个时间段内，争夺记账权的用户将这段时间的交易写入一个区块中，就像写入一个账户页面一样。 系统内其他用户确认该账号页面不是假账号后，备份完成整个操作。

在下一个时间段内反复进行，将每个区块首尾相连，形成一条完整的链。 通过密码学的原理，新的区块自然而然地对之前的区块形成了不可篡改的保护（对应“trustless”的概念）。

由于没有中心化机构，区块链按照预先设定的程序自动运行，可以大大降低成本和提高效率，并保证数据记录过程和结果公开透明。

除了支付交易，区块链还可以应用于更广泛的领域，如医疗、供应链管理、物联网、安全认证、游戏、社交、人工智能等，将对社会生产关系产生深远影响.

点对点价值传递，区块链引领未来“价值互联网”。 互联网时代的到来，打破了人们点对点的信息传递壁垒。 随着线上人口红利的减少，我们进入了电池续航能力弱的“后互联网时代”。

区块链技术的出现，使得互联网不仅是点对点信息的载体，也是点对点价值传递的载体，比如刚才提到的去中心化支付转账系统。

不仅仅是支付转账，我们还可以利用区块链的防篡改特性，为个人上网行为数据进行背书，真正实现个人“数据价值”。 等等，让我们看到未来的方向一定是搭载了区块链技术的“价值互联网”。

比特币挖矿：提供算力资源，维护“信任价值”

比特币网络是第一个成功应用区块链技术的支付交易系统。 无需中心化机构的信用背书，系统的“信任价值”由其加密算法&共识机制创造； 以及它的第一个“挖矿”行为，激励更多的网络节点加入进来，维护和增加系统的“信任值”。

比特币挖矿，用一句话来说就是“争夺系统的记账权，获得比特币作为奖励”。 要具体发展这个概念，你需要知道“如何挖矿”（PoW 共识机制）和“挖什么”（激励机制）。

“怎么挖”：遵循PoW共识机制，即工作量证明机制（Proof of Work），是用户争夺记账权的“游戏规则”。

它确保了一个庞大的分布式网络能够达成共识。 同时，由于用户需要为记账权付出代价（计算资源和时间），PoW共识机制也限制了网络中的噪音和蓄意攻击，保证了网络的完整性。 安全。

PoW共识机制是这样的：用户将前一个区块的哈希值和网络中未确认的交易内容打包成一个区块，然后用自己的电脑不断地随机尝试寻找一个合适的数字，使得这个数字加上区块内容的哈希值满足系统的挖矿难度设置（比如哈希值的前10位必须全部为0）。

最先完成任务的用户将争夺该区块的记账权——将区块广播全网，所有用户验证后备份。 从此，分布式比特币网络在不需要第三方信任背书的前提下，对这个区块中的交易达成了全网的共识。

“挖什么”：激励机制保证了足够多的用户愿意参与记账，更多计算资源的加入将使系统更加稳定和安全，从而提高系统的“信任价值”。

相应的激励机制如下：每一个成功记账的用户都将获得系统发行的比特币和交易方提供的转账手续费作为奖励。

比特币网络刚创建时（2009年），系统每次奖励用户记账成功50个比特币，之后每四年减半。

在当前周期内，系统每次奖励成功记账的用户12.5个比特币。 转账手续费由交易方设定，手续费高的交易优先打包成块。 目前，转让费约占挖矿总收入的10%。

鉴于记账成功后系统奖励的比特币是由系统设定并首次发行，有点类似于地下深处的矿产资源，所以我们会提供算力资源，进行竞争记账权益行为称为“挖矿”，参与挖矿的用户称为“矿工”，使用的算力资源称为“矿机”，矿机拥有的算力资源称为“算力”。 指矿机进行哈希运算的能力，而全网算力代表全网矿机算力的总和。

挖矿难度由系统设定，每14天自动更新一次，会随着全网算力同步变化。

技术属性——从CPU到ASIC，矿机提效降耗的必然归宿

比特币矿机本质上是一台计算机，其核心部件是计算芯片。 具体来说，目前主流的比特币矿机主要由以下几个部分组成：

计算芯片、带散热片的算力板、风扇、控制器电路板、铝合金外壳、外接电源。

这里的核心部件是计算芯片。 矿机的计算性能和功耗由计算芯片决定，其成本约占矿机总制造成本的80%。

“单位算力功耗”是评价矿机性能的核心指标。

矿工在购买矿机时通常不考虑单机价格，而是关注投资回收周期，关键指标是“单位算力功耗”。

在相同算力的情况下，矿机功耗越小，矿机性能越好。 所谓“单位算力消耗”就是矿机的功耗/算力。

随着全网算力的整体提升，成功挖矿的难度会越来越大。 因此需要定期更换矿机，以维持原有的收益。 近年来，主流厂商通常每年升级一次产品系列。 Market conditions 发布了更新版本以微调性能、功耗和价格。 在这个过程中，单台矿机的算力不断提升，而核心指标“单位算力功耗”不断降低。

要优化“单位算力功耗”，就需要用专用芯片替代通用芯片。

比特币矿机芯片的发展经历了从CPU、GPU、FPGA到ASIC四个过程。 在这个过程中，提供算力的芯片逐渐从通用芯片转向挖矿专用芯片。

所谓ASIC芯片（Application-Specific-Integrated-Circuitchip）是指为特殊用途而设计的集成电路。 ASIC的特点是面向特定的算法需求。 与通用集成电路相比，具有体积更小、功耗更低、可靠性更高、批量生产时单位成本更低等特点。

比特币挖矿是在特定算法下的重复计算，因此ASIC方案的应用将大大提高芯片的性能。

ASIC矿机芯片技术先进，产品更新换代快。

先进的芯片制造技术可以提高集成电路的精度，使电子器件的特征尺寸不断缩小，从而使芯片集成度不断提高，在提高芯片计算能力的同时降低功耗。

为了获得最佳性能，ASIC矿机芯片的设计和制造一直走在芯片行业的前沿。

目前，市场上主流的ASIC矿机芯片已经从110nm、55nm、28nm升级到16nm。 未来六个月内，还将推出7nm工艺的ASIC矿机芯片。

作为一个具体的例子，以下是全球第二大比特币ASIC矿机供应商嘉楠耘智的产品和芯片变化：

比特币矿机：金融属性凸显，投资者眼中的“看涨期权”

“数字淘金”产业链一览 比特币相关价值链

参与者如下：上游为矿机设计、生产测试包装、销售商； 中游是矿池和矿场； 下游是比特币交易所和钱包。

上游提供比特币挖矿的矿机。

包括无晶圆厂厂商，如比特大陆、嘉楠耘智等，主要负责芯片设计、矿机组装和销售，矿机芯片的制造、测试、封装交给代工厂； 用于测试和封装的代工厂比特币最新状况如何，例如台积电和日月光。

挖矿在中游进行，确认网络中的交易，同时系统增发的比特币通过它流入市场。

由于全网算力呈指数级增长，目前个人挖矿成功的概率几乎为零。 于是出现了大大小小的矿场和矿池，通过聚合大量矿机的算力来争夺记账权。 大挖矿成功的概率。

主要玩家有Bitmain、Bitfury、BTC.com、Antpool、F2pool等。

下游是比特币的交易、使用和存储服务提供者。

比特币交易所可以提供法定货币与比特币之间，以及比特币与其他加密货币之间的交易。 相关交易所有Coinbase、Bitfinex、OKCoin、Huobi等； 钱包完成，主流钱包有Blockchain、BitPie等。

上游代工厂：先进产能有限，话语权强

比特币矿机供应商普遍采用fabless模式。 即只负责矿机芯片的设计，芯片的生产、测试​​、封装交给第三方代工厂。

由于芯片制造过程需要巨大的资本支出，这种模式让比特币矿机供应商可以专注于产品的核心——芯片研发，同时获得合理的定价和先进工艺的生产能力。

上游代工厂先进产能有限，新增产能扩张缓慢。

由于比特币ASIC矿机对性能要求很高，新产品需要采用最先进的制造和封装工艺。 这对相应的代工厂提出了一定的准入门槛。 只有拥有先进制造工艺线和高质量封装（产品集成度高和散热性好）的代工厂才能接单。

在芯片领域，此类代工厂通常具有数量少、市场份额大的特点。 从即将量产的7nm工艺线来看，全球相关市场由台积电主导。

另一方面，由于新技术处于量产初期，相应流水线的产能有限，新产能的建设往往需要大量的资金和时间投入，难度大在短期内改善它。

上游晶圆代工厂话语权强，只有订单大、价格高、预付款的客户才能先锁定产能。 由于可选代工厂为行业龙头，同时产能有限，同期各大手机芯片厂商（苹果、高通、华为等）都在争夺代工厂的产能，矿机供应商非常关注上游代工厂。 声音比较弱。

只有订单大、价格高的才能成为代工厂的优先客户，产能需要以预付款的形式提前锁定，这对矿机供应商的规模和资金流提出了门槛要求。

供给端看矿机：牢牢掌握定价权，价格随挖矿收益同步调整

有限的产能+寡头垄断使得比特币矿机供应商对下游有很强的议价能力。 近年来，比特币价格持续上涨，带动了对矿机的新需求。 在产能受限（受限于代工产能）和寡头垄断的情况下，上游矿机供应商对矿机拥有绝对的定价权。 今年年初比特币价格飙升之际，蚂蚁矿机S9曾在华强北市场以3.4万元的期货单价成交。

那么，矿机如何定价呢？ 利用历史价格数据，我们做如下分析：当前矿机价格=固定投资回收期×当前挖矿日收益。

通过绘制历史月度矿机价格和当月平均挖矿日收益（这里只是收益，不是收入，即不包括电费、租金等成本），可以看出当前挖矿日收益之间的关系和现在的矿机价格之间存在线性关系。

我们将其解释为以下公式：P=D×(RC)，其中P为矿机价格，D为投资回收期，R为当前挖矿收益，C为当前挖矿成本，R-C是当前的挖矿成本。 我的收入。 即当前矿机价格与当前挖矿日收益成正比。

根据上述公式和线性回归结果，我们得到矿机供应商的定价策略：固定投资回收期为180天左右，矿机价格根据当前挖矿收益动态调整。

值得注意的是，这种定价策略的每日挖矿收益是静态的，即假设未来每日挖矿收益不变，则可以保证回收期为180天。 若未来币价上涨导致每日挖矿收益增加，则实际回收期将缩短，反之亦然。

另外，我们在实际购买矿机时，计算静态投资回收期时往往会偏离180天，主要有以下几个因素：

1、矿机价格相对于挖矿收益的调整相对较少，因此存在不同步现象，导致与静态回本周期存在偏差。 具体来说，挖矿收益每天会根据BTC价格变化，但矿机的价格调整不是那么频繁。 以比特大陆为例，同一台矿机一个月内可能会发出三批货。 因此，一个月内只进行了三次调价。

2、矿机供应商在实际定价时也会考虑未来挖矿收益的预期变化。 尤其是在行情一路飙升的时候，会对未来的挖矿收益做出乐观的判断，从而拉高矿机的价格，导致静态投资回收期变长。

3、矿机供应商在下游挖矿收入下降时，可能不愿意压缩自身的利润空间。 价格的同步下降幅度小于挖矿收益的下降幅度，从而使得静态回收期更长。

需求端看矿机：比特币价格的“看涨期权”

从矿场和矿工的角度来看，购买矿机进行挖矿是一种投资行为，其需求受“预期收益率”的影响。

作为一种投资产品，预期投资回报率越高，风险越低，对矿机的需求就会越高。

市场普遍认为影响需求的是“挖矿收益”，但通过之前的分析我们发现，矿机的购买价格会随着当前的“挖矿收益”动态调整，因此挖矿收益和static payback period 理论上没有变化，影响需求无从谈起。

真正影响需求的是“预期挖矿收益”。 具体来说，如果大家预期未来的挖矿收益会高于现在的挖矿收益，那么投资回收期就有望缩短，“预期收益率”就会提高，从而增加下游需求。

比特币的“预期价格”是影响“预期收益率”的主要原因，反过来，比特币的“预期价格”影响下游挖矿需求。

影响挖矿收益的因素有四个：算法、市场、矿场、硬件。 具体因素的细目我们在此不再赘述。

在四大影响因素中，市场因素占据主导地位，主要是因为比特币价格相比其他因素波动较大。

以嘉楠耘智的AvalonMinerA721为例。 以比特币计价时，其每日挖矿收益随时间呈指数衰减，这主要是全网算力不断提升造成的； 每日挖矿收入随时间变化的趋势类似于比特币价格-时间曲线。

这充分说明，影响挖矿收益的最大因素是比特币的价格。 由此推断，影响“预期收益率”的主要因素是比特币的“预期价格”。

进一步提炼上述观点，即矿机可视为比特币价格的“看涨期权”。

矿工购买矿机，以一定的价格获得未来相对一定数量的比特币（虽然未来全网的算力是不确定的，但大致范围是可以预估的），想法矿工购买矿机的可能性来自于他预期未来比特币的价格会比现在高，导致“预期挖矿收益”高于当前挖矿收益，从而产生超额收益。

从这个角度来看，意味着矿工可以在未来以低于市场的价格购买比特币，矿机可视为币价的“看涨期权”。

▌淡季不淡，比特币算力需求持续快速增长

全球区块链硬件市场空间大、增速快，2018年达到近500亿。区块链相关硬件设备主要是用于加密货币挖矿的矿机。 据Frost&Sullivan统计，全球区块链硬件销售收入从2012年的7000万元人民币增长到2017年的193亿元人民币，年复合增长率超过200%；

同时，未来区块链技术在各行业的广泛应用将推动区块链硬件需求的增长。 未来三年，该市场将保持72%的年复合增长率。 2018年全球市场规模将达到456亿，到2020年全球区块链硬件市场规模将接近千亿。

矿机部署周期由全网算力得出——约40天

假设t1和t2两个时刻对应的全网算力之差为Δh，即为这段时间内新增上线的比特币矿机算力。 理论上，Δh应该代表t1-t2之间新增的比特币算力需求，但由于矿机从下单到最终运行需要一定的部署周期T，所以Δh表示为t1-T到t2之间新增的算力需求-T 比特币算力需求。

矿机部署周期约40天。

在此之前，我们了解到预期的BTC价格是影响需求的主要因素，因此两者之间应该存在正相关关系。 如何表达预期的 BTC 价格是一个难题。 在模型中为了简单起见，我们使用某一时刻前30天币价的平均值作为该时刻矿工心目中的预期币价。

而当我们将新增矿机算力时间序列向前移动40天左右时，币价预期与新增矿机算力时间序列曲线的正相关关系最为明显。

淡季不淡，新增算力需求持续快速增长

进一步通过线性拟合，我们可以得到预期币价与新算力之间的线性关系。 由于截距项很小，增加的算力几乎与预期的币价成正比。 由此，我们可以将币价与算力增长量化挂钩，对2018年的算力需求做出预测。

不同于市场对矿业进入寒冬的看法，我们认为新增算力需求仍处于高速增长阶段，中性判断2018年同比增速将达到165%。

受年初以来比特币行情走低影响，币价和挖矿收益大幅下滑，导致新增矿机需求增速放缓。 但通过数据我们发现，如果2018年剩余时间将BTC的预期价格定在10000美元，那么2018年将新增算力需求39930PH/s，同比增长165%—— on-year.虽然比去年有所下降，但这样的增速说明算力需求

需求仍处于快速发展阶段，其本质原因在于以下四个因素：

1、矿机产品日新月异，高性能矿机带动需求发展；

2、矿机价格与币价、挖矿收益同步下跌，因此矿机投资者的静态回本周期没有明显变化；

3、当前币价水平偏低，矿机投资者大多看好下半年BTC行情，因此选择此时买入矿机。

4. 世界上一些电价和租金低的地区总是存在价格低谷，持续推动当地挖矿业的需求。

由于BTC价格波动较大，我们以BTC价格为影响因素，对2018年新增算力需求进行敏感性分析。

当预期币价为6000美元（悲观预期）、10000美元（中性预期）、14000美元（乐观预期）时，对应新增算力需求分别为2.9、4.0、50000PH/s，相较于2017年增长率分别为96%、165%和235%。

值得注意的是，从截至6月份的数据来看，矿机厂商的数据依旧靓丽，但如果BTC价格维持现状甚至进一步下跌，下半年厂商的出货情况极有可能恶化。

原因是年初币价高，很多矿工买高价矿机入场（S9二级市场现货价格一度高达3万，现在不到4,000）。 成本（电费、人工运维等）、矿机在BTC价格反弹预期下将继续投入，但同时外部投资者可能会望而却步，对购买矿机更加谨慎。

▌领先优势稳固，行业将保持寡头格局

ASIC矿机芯片设计门槛高

比特币矿机供应商主要采用fabless模式，自身的竞争优势主要体现在ASIC矿机芯片的设计上，而ASIC芯片设计属于高科技行业，需要企业在一段时间内推出性能更优的一代产品。因此，对企业的研发能力和资金投入提出了较高的准入门槛。 企业要想在这个行业立于不败之地，需要具备以下资源：

强大的研发能力。

为应对下游挖矿行业日益增长的算力，上游ASIC矿机芯片设计人员需要能够适应产品快速变化的市场。 只有以行业领先的速度不断推出性价比更高的产品，才能在同类新品中走在市场前列，获得相应的溢价，吸引更多的客户。

同时，快速有效的研发能力还可以减少企业研发失败的次数，从而减少不必要的研发费用。 这一切都需要芯片设计者拥有强大的研发团队、多年的研发经验和积累的研发数据。

强大的资本保护。

芯片设计具有初期投资大、周期长的特点，因此企业需要在前期投入大量研发资金，并有能力承担由此造成的潜在损失。 这对公司的流动资产和现金流提出了一定的门槛要求。

与上游优质代工厂良好的合作关系。 只有最高效的ASIC矿机才能赢得市场的青睐，而在代工厂的生产过程中，矿机芯片所采用的工艺技术对其性能极为关键。

鉴于高端制造工艺线的产能有限，代工厂只有优先处理企业订单，才能保证企业最新产品及时进入市场，占据先机。 因此，需要企业与优质代工厂保持良好的合作关系，而这种资源通常是潜在进入者得不到的。

规模经济。

一般来说，芯片的硬件成本=（晶圆成本+测试成本+封装成本+光罩成本）/最终成品率。 高效率的ASIC芯片需要应用最先进的工艺技术，而在最先进的工艺技术开始时，光罩成本相当昂贵，高达十亿美元（成熟的工艺技术可能只有几百万美元）美元）。

只有企业形成规模经济后，才能分摊口罩的成本，从而降低单位成本，形成产品的成本优势。

The market concentration is high, and the bitcoin mining machine market will maintain an oligopoly pattern in the future. The global bitcoin mining machine market presents an oligopoly pattern.

Taking Bitcoin ASIC mining machines as an example, Bitmain and Canaan together account for more than 80% of the market share. Judging from the delivery of mining machines in 2017, Bitmain alone accounted for nearly 70%, and Canaan accounted for about 20%.

Rapid and powerful R&D capability, strong capital guarantee, good relationship with upstream foundries, and economies of scale are all unique resources firmly grasped by industry leaders.

Correspondingly, they enjoy the leading market share and absolute product pricing power.

Founded in 2013, Bitmain is the world's largest supplier of bitcoin mining machines. The computing power of the bitcoin mining machines it designs accounts for 70% of the computing power of the entire network.

At present, the Antminer S9 series of Bitmain adopts 16nm process ASIC chips, the computing power reaches 14TH/s, and the unit power consumption is as low as 94W/THs. With its cost performance, stable working status, and good after-sales service, it has almost monopolized the market. .

Bitmain also extends to the downstream of the industry chain. Currently, it controls three mining pools for Bitcoin mining, Antpool, BTC.com, and ConnectBTC. The computing power of these three mining pools has reached nearly 40% of the global computing power.

At the same time, Bitmain also sells ASIC mining machines for Litecoin, Ethereum, Monero and other cryptocurrencies, and gradually transforms to cloud infrastructure and AI computing.

It is worth mentioning that while the market recognized its products, it also questioned its behavior of monopolizing computing power resources and greatly changing product prices.

Canaan is currently the second largest supplier of Bitcoin mining machines in the world, accounting for 20% of the market share. The founder of the company, Zhang Nangeng, developed the first FPGA mining machine in early 2013, which opened a new era of FPGA mining. After that, the R&D team led by him deeply cultivated the Bitcoin ASIC mining machine products - Avalon series.

This series of products has the characteristics of high efficiency, low power consumption, high thermal density, and low failure rate. The main product Avalon841 uses a 16nm process ASIC chip, with a computing power of 13TH/s and a unit power consumption as low as 99W/THs.

The company will lead the market in the second half of 2018 and launch Bitcoin ASIC mining machines based on the 7nm process. In addition to actively deploying the blockchain industry, the company is developing artificial intelligence AI chips for speech recognition, genetic testing, and driverless driving.

Ebang Communication is a communication-related enterprise with strong technical strength and market competitiveness in data communication, optical fiber transmission communication, software development, ASIC design and other fields.

The company owns Ebit series mining machines. The mainstream product E9.3 adopts its self-developed 10nm chip, with a computing power of 16TH/s and a unit power consumption of 110W/THs.

PangolinMiner's WhatsMiner M3X is an ASIC mining machine with a 28nm chip, with a computing power of up to 13TH/s and a unit power consumption of 162W/THs. The product focuses on cost-effectiveness, enters the market at a low price, and wins the favor of some users with a shorter payback period than major manufacturers.

HalongMining is an ASIC chip manufacturing company established by foreign bitcoin developers. The company intends to provide the market with high-quality options other than Bitmain mining machines and break the original monopoly pattern.

At present, the company's product line has only one machine: DragonMintT1, with a computing power of 16TH/s and a unit power consumption as low as 90W/THs. Capacity limitation is the main problem encountered by this product, and the product is currently sold out. In the future, in addition to selling mining machines, the company will also sell mining chips separately.

Innosilicon is a domestic IP/IC design company with design teams in China and North America. Through advanced products and services, Innosilicon IP has helped many first-tier companies achieve rapid success in SOC.

At present, the company's latest bitcoin mining machine product INNOSILICONT2 uses a 10nm ASIC chip, which has a powerful computing power of 17.2TH/s and a unit power consumption of 91W/THs. But at the same time, the price of this mining machine is as high as 1,500 US dollars. Compared with other mining machines, the static payback period is longer.

The future competition pattern of the Bitcoin mining machine industry remains unchanged, and the two leading companies are better than other companies in terms of core resources.

Through product comparison, we can find that the market leaders Bitmain and Canaan Zhizhi have advantages in the two core parameters of their products ("power consumption per unit computing power" and "price per unit computing power"), and new products are constantly changing every year. The products also prove the sustainability of the R&D capabilities of these two companies; in comparison, other mining machine suppliers may have problems of insufficient scale effect, high product pricing, and insufficient series development capabilities. (Guosheng Securities: Ding Qiong)

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