FPGA Mining: Anleitung, Hardware & Konfiguration

FPGA-Mining in der Welt der Kryptowährungen ist ein neuer aufkommender Trend, der die Art und Weise, wie Blockchain-basierte Münzen und Token geschürft werden, verändern wird, da es im Vergleich zu GPU- und CPU-Mining-Leistungen sehr effizient ist.

FPGA, oder ein Field Programmable Gate Array, ist ein einzigartiger integrierter Typ eines leeren digitalen Schaltkreises, der in verschiedenen Arten von Technologie verwendet wird und im Vergleich zu GPU-Hardware (Graphic Processing Unit) eine höhere Hash-Rate mit geringeren Mengen an Energie und Strom erzeugt.

FPGAs sind beispielsweise in Bild- und Videoverarbeitungssystemen zu finden. Sie werden auch für High-End-Berechnungen von kryptografischen Algorithmen verwendet und sind dafür bekannt, dass sie Ihnen mehr Kontrolle über die FPGA-Hardware geben.

Wie der Name schon sagt, sind Field Programmable Gate Arrays im Feld programmierbar. Nach dem Kauf eines FPGAs kann der Kunde es an seine Bedürfnisse anpassen, um alle Berechnungen durchzuführen.

Es ist erwähnenswert, dass Experten für Field Programmable Gate Arrays empfehlen, sich FPGAs wie Legosteine vorzustellen:

„Sie können sich FPGAs wie Legosteine vorstellen. Mit eigenständigen Legosteinen kann man viele verschiedene Dinge mit denselben, rekonfigurierbaren Teilen bauen. Mit einem Teil kann man das Dach eines Hauses bauen, und das gleiche Teil kann später zum Fahrgestell eines Autos umgebaut werden.“ #BlockBaseMining

Genau wie Legosteine können FGPAs, deren Chips 1985 entwickelt wurden, verwendet werden, um praktisch jede digitale Schaltung mit hoher Anpassungsfähigkeit und Vielseitigkeit zu bauen und Algorithmen leicht zu ändern. FPGAs können mit unterschiedlicher Software betrieben werden und sind im Wesentlichen ein LEGO-Baukasten im Vergleich zu GPUs, die ein Sammelsurium zufälliger Werkzeuge in einem Werkzeugkasten sind.

Da es sich bei FPGAs um anpassbare, kostengünstige, reprogrammierbare Bausteine handelt, können sie mit verschiedenen Algorithmen arbeiten, sind jedoch schwieriger zu bedienen und erfordern sowohl Software als auch digitales Schaltungsdesign, um korrekt eingerichtet zu werden. Diese Funktion ist für das Mining von Kryptowährungen wichtig, da verschiedene Kryptoassets unterschiedliche Algorithmen für das Mining verwenden. FPGAs können leicht angepasst werden, um alle unterschiedlichen Mining-Bedürfnisse zu erfüllen, da das Effizienzverhältnis von Hashing-Geschwindigkeit und Stromverbrauch für FPGAs im Vergleich zu GPUs (oder ASICs) sehr günstig ist.

Lassen Sie uns einen Überblick über die FPGA-Krypto-Mining-Industrie geben und die Geschwindigkeits- und Flexibilitätsvorteile von Field Programmable Gate Arrays aufzeigen.

 

WIE FUNKTIONIERT FPGA MINING?

Bevor wir darüber sprechen, wie FPGA-Mining funktioniert, müssen wir die Grundlagen des Krypto-Minings erklären.

Bitcoin und die meisten anderen Kryptowährungen setzen sich aus Datenblöcken zusammen. Diese Blöcke sind untereinander – in einer Kette – durch eindeutige Zahlen- und Buchstabenfolgen verbunden, die als Hashes bekannt sind. Die Kryptografie stellt sicher, dass nur ein bestimmter Hash verwendet werden kann, um den aktuellen Datenblock in der Blockchain mit dem nächsten zu verknüpfen.

Wenn ein Computer Bitcoin und andere Kryptowährungen „schürft“, errät er einfach Billionen von verschiedenen Hashes. Es ist ein Prozess von Versuch und Irrtum. Letztendlich errät der Computer den richtigen Hash und der neue Block wird der Kette hinzugefügt.

Nehmen wir an, Sie sind Lehrer und stehen vor einer Schulklasse. Sie fordern die 25 Kinder in Ihrer Klasse auf, eine Zahl zwischen 1 und 1.000 zu erraten. Die erste Person, die die richtige Zahl errät, erhält 5 Dollar. Sie gehen so lange durch den Raum, bis schließlich ein Kind die richtige Antwort errät.

Stellen Sie sich nun die gleiche Situation vor, nur dass eine Person in einem riesigen Stadion vor 80.000 Menschen spricht. Der Redner fordert das Stadion auf, eine Zahl zwischen 1 und 1 Billion zu erraten. Jeder ruft eine zufällige Zahl, bis schließlich eine Person die richtige Zahl errät. Das kommt der Funktionsweise des Bitcoin-Minings sehr nahe.

Beim Bitcoin-Mining müssen die Miner Zeit, Energie und Ressourcen aufwenden, um die richtige Zahl zu finden. Dies ist die „Arbeit“, die geleistet werden muss, um Bitcoin zu schürfen. Die korrekte Zahl, die die Schürfer schließlich herausfinden, ist der „Beweis“ für diese Arbeit. Jeder andere Miner kann diese Zahl mit der vom Sprecher aufgeschriebenen korrekten Zahl vergleichen, um zu überprüfen, ob der Miner die Arbeit geleistet hat.

Beim Bitcoin-Mining bittet man nicht ein Klassenzimmer, eine Zahl zwischen 1 und 1.000 zu erraten. Stattdessen bittet man Millionen von Minern weltweit, eine 64-stellige Zahl zu erraten. Um zu dieser Antwort zu gelangen, ist eine Menge Rechenleistung erforderlich. Diese Computer raten ständig Zahlen mit 64 Ziffern. Irgendwann kommt man dann auf die richtige Antwort. Der Block wird der Blockchain hinzugefügt, der Miner erhält die Blockbelohnung, und die Berechnungen für den nächsten Block beginnen.

WIE FPGAS KRYPTOWÄHRUNGEN SCHÜRFT

Wir haben erklärt, wie Krypto-Mining funktioniert. Aber wie verbessern Field Programmable Gate Arrays das Mining? Wie können sie Kryptowährungen effizienter schürfen?

Nun, FPGAs sind eine von mehreren Optionen, die Krypto-Minern zur Verfügung stehen. Heute können Miner CPUs, GPUs, FPGAs oder ASICs zum Mining von Kryptowährungen verwenden. In den Anfängen von Bitcoin konnte jeder mit einer High-End-Gaming-GPU Bitcoin von einem normalen Computer aus schürfen. Heute braucht man die neuesten ASICs, um mit Bitcoin auch nur ansatzweise Gewinn zu machen.

FPGA-Mining bietet den Nutzern eine Lösung, die sich von den oben genannten Alternativen unterscheidet. Es kann billiger oder teurer sein, aber es ist auf jeden Fall flexibler als GPU-, CPU- und ASIC-Mining-Setups. FPGA-Mining-Rigs sind dafür bekannt, dass sie eine optimale Energieeffizienz und höhere Hashes pro Sekunde als GPUs aufweisen.

Um ein FPGA-Mining-System einzurichten, müssen Sie spezielle Chips in bestimmten Sequenzen und Arrays installieren, um die Fähigkeit Ihres Computers, Hashes zu erraten, zu erhöhen.

Eines der besten Dinge am FPGA-Mining ist, dass es die flexibelste Option ist. Anstatt einen Bitcoin-Mining-ASIC zu kaufen, der nur Bitcoin schürft, kann Ihr FPGA-Setup so angepasst werden, dass es jede Kryptowährung schürft.

Viele Anfänger beginnen mit FPGA-Mining, bevor sie zum Beispiel zum ASIC-Mining übergehen. Sobald Sie Erfahrung haben und verstehen, wie Krypto-Mining funktioniert, sind Sie gut gerüstet, um eine profitable ASIC-Mining-Farm zu betreiben.

FPGAS SIND SEHR ANPASSBAR

Wenn Sie einen ASIC-Miner kaufen, ist dieser Miner wirklich gut im Mining einer bestimmten Kryptowährung. Diese Maschine ist so gebaut, dass sie alle möglichen Ressourcen für das Mining von Bitcoin einsetzt. Es handelt sich um ein einziges Gerät, das von Grund auf so konzipiert ist, dass es Bitcoin so effizient wie möglich schürft.

FPGAs sind jedoch anders. Sie bestehen aus mehreren Bausteinen, die zusammengesetzt werden können, um verschiedene Kryptowährungen zu schürfen.

Für diese Analogie können Sie sich einen ASIC wie einen Rasenmäher vorstellen. Der Rasenmäher ist wirklich gut darin, eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen: das Mähen eines Rasens. Er ist der beste Weg, den Rasen zu mähen.

FPGAs hingegen sind wie ein Werkzeugkasten mit Optionen, die auf verschiedene Weise angeordnet werden können, um den Rasen zu mähen. Sie haben zum Beispiel einen Schraubenzieher, einen Hammer, eine Machete und eine Schere. Sie haben auch einen Schlauch, um den Rasen nach dem Mähen zu bewässern, Sprinkler, Dünger. Statt nur einen Rasenmäher zu haben – wie ein ASIC – haben Sie mehrere Werkzeuge, die Sie verwenden können, um den Rasen auf verschiedene Weise und mit unterschiedlicher Effizienz zu mähen und zu pflegen. Diese große Auswahl an Werkzeugen bietet den Minern viele verschiedene Möglichkeiten.

Wenn Sie alle diese Optionen optimal einstellen, wird Ihr FPGA die höchsten Gewinne und die bestmögliche Effizienz liefern.

VORTEILE 

Das FPGA-Mining bietet mehrere entscheidende Vorteile, darunter:

Geringerer Stromverbrauch

FPGAs sind so konzipiert, dass sie weniger Strom verbrauchen als andere integrierte Schaltungen. Weniger Stromverbrauch bedeutet mehr Gewinn für die Miner. Kryptoschürfer haben bereits ihren Standort in Länder oder Regionen verlegt, in denen die Strompreise niedrig sind. Miner in bestimmten Teilen Kanadas und der Vereinigten Staaten zahlen beispielsweise weniger als 0,05 Dollar pro kWh für Wasserkraft, was es viel einfacher macht, einen Gewinn zu erzielen als jemand, der beispielsweise in Deutschland 0,40 Dollar pro kWh zahlt.

Anpassung

FPGAs können an die unterschiedlichsten Anforderungen angepasst werden. Sie können FPGAs zum Beispiel so konfigurieren, dass sie verschiedene Algorithmen für verschiedene Kryptowährungen berechnen. Sie können zum Beispiel zu der Kryptowährung wechseln, die heute am profitabelsten ist, und dann Ihre FPGAs so anpassen, dass sie in Zukunft eine andere, profitablere Kryptowährung schürfen. Das Beste daran ist, dass diese Umstellung mit begrenzter Ausfallzeit erfolgen kann.

Ideal für Hobbyisten oder Serverfarmen: Sie können FPGAs verwenden, um zu Hause gewinnbringend Kryptowährungen zu schürfen. Sie können FPGAs auch als Teil einer Serverfarm verwenden. Egal, ob Sie ein Hobbybastler zu Hause oder ein Miner mit einer großen Lagerfläche sind, FPGAs können für Sie geeignet sein.

Erschwinglich

Sie können Low-End-FPGAs wie den F1 Mini+ für unter 200 $ kaufen. Wenn Sie ein Hobby-Schürfer sind, der das Krypto-Mining zum ersten Mal ausprobieren möchte, dann ist FPGA-Mining sicherlich eine Option. FPGA-Mining ist nicht anfängerfreundlich, aber es kann durchaus erschwinglich sein.

Profitabel

Mitte 2019 können mit FPGA-Mining leicht 12 Dollar Gewinn pro Tag erzielt werden.

FPGA VERSUS ASIC VERSUS GPU

Zu den drei beliebtesten Arten des Krypto-Minings gehören FPGA-, ASIC- und GPU-Mining, die heute verfügbar sind:

GPU (GRAPHICS PROCESSING UNIT) MINING

GPU-Mining ist wie ein Werkzeugkasten, der Ihnen viele verschiedene Optionen bietet. Sie können diese Werkzeuge für verschiedene Aufgaben verwenden, obwohl es nicht die effizienteste Option für jede Aufgabe ist. Statt eines Rasenmähers zum Mähen des Rasens haben Sie zum Beispiel eine Machete. Damit lässt sich die Arbeit zwar erledigen, aber ein Rasenmäher wäre besser.

GPU-Mining basiert auf der Grafikverarbeitungseinheit (GPU) Ihres Computers. Der Hauptzweck eines Grafikprozessors ist die Darstellung von Grafiken. Sie erzeugt Hashes schneller als eine CPU, obwohl sie immer noch viel langsamer ist als FPGA- und ASIC-Mining, da auch hier der Hauptzweck einer GPU in der Grafikverarbeitung und nicht im Mining von Kryptowährungen besteht.

Der Hauptvorteil des GPU-Minings ist, dass es anpassungsfähig ist. Man kann die Algorithmen ändern. Außerdem sind GPUs leicht zu bekommen: Jeder, der einen Gaming-Computer hat, verfügt bereits über eine anständig leistungsfähige GPU. GPU-Miner können auch für zwei Zwecke eingesetzt werden: Tagsüber kann man spielen und nachts Krypto schürfen.

FPGA (FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY) MINING

FPGAs können wie GPUs ihre Algorithmen ändern, was sie anpassungsfähig macht. Anders als beim GPU-Mining müssen Sie jedoch sowohl den digitalen Schaltkreisentwurf als auch die Software selbst erstellen. Das ist nicht sehr benutzerfreundlich, und es kann Wochen oder sogar Monate dauern, bis Sie Ihr System aufgebaut haben. Früher war es auch schwierig, FPGAs zu kaufen. Heute gibt es jedoch alle Arten von FPGA-Chipmodellen und -größen, von billigen (200 $) bis hin zu teuren (6.000 $) Optionen, was FPGA-Mining erschwinglich macht.

ASIC (APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUIT) MINING

ASICs sind darauf ausgelegt, nur einen bestimmten Algorithmus auszuführen. Diese Miner führen diesen Algorithmus sehr schnell aus, aber der Algorithmus kann nicht geändert werden (oder zumindest wird der ASIC nicht so effizient sein, wenn Sie eine andere Kryptowährung schürfen). ASICs sind teuer, obwohl sie profitabel und einfach zu bedienen sind.

Die besten FPGA Miner im Überblick

Einige der beliebtesten FPGAs, die heute erhältlich sind, sind:

F1 Blackminer: $1.350
F1+ Blackminer: $2.199
Überholter BTU9P: $1.999
Überholte BCU1525: $1,999
F1 Mini+: $189

Coins und Algorithmen 

Einer der besten Aspekte des FPGA-Minings ist, dass Sie zwischen verschiedenen Münzen wechseln können, wenn eine Münze profitabler wird. Anstatt auf einen bestimmten Coin festgelegt zu sein, können Sie denjenigen wählen, der Ihnen heute, diese Woche oder diesen Monat das meiste Geld einbringt.

Einige der beliebtesten Algorithmen und Münzen, die derzeit in der FPGA-Community verwendet werden, sind:

  • Algorithmus: Keccak-ZP Profitabelste Münze: Zen-Protokoll
  • Algorithmus: 0xToken Gewinnbringendste Münze: 0xBitcoin
  • Algorithmus: Lyra2z Gewinnbringendste Münze: Gentarium
  • Algorithmus: Tribus Gewinnbringendste Münze: Denarius
  • Algorithmus: Keccak Gewinnbringendste Münze: MaxCoin
  • Algorithmus: Nexus Gewinnbringendste Münze: Nexus
  • Algorithmus: CryptoNightV7 Gewinnbringendste Münze: Monero

    Wechseln Sie zwischen Münzen und Algorithmen, um die Rentabilität Ihres FPGA-Minings zu maximieren.

Einrichten

FPGAs müssen mit einer speziellen Programmiersprache programmiert werden. Die beiden beliebtesten Sprachen sind Verilog und VHDL. Diese werden als „Hardware-Beschreibungssprachen“ oder HDLs bezeichnet.

Wenn Sie ein FPGA in einer Hardware-Beschreibungssprache programmieren, handelt es sich um eine so genannte „RTL-Programmierung“ oder „Register Transfer Level Programming“. Das bedeutet, dass der Programmierer, der das FPGA auf RTL-Ebene programmiert, in der Lage ist, jedes einzelne Element innerhalb des FPGAs vollständig zu kontrollieren, um eine maximale Anpassung und Leistung zu erreichen.

Darin unterscheiden sich FPGAs von Mehrzweckprozessoren wie CPUs und GPUs. CPUs und GPUs können mit höheren Programmiersprachen wie C, C++, Java und Python programmiert werden.

Da Hochsprachen viel einfacher zu erlernen und zu verwenden sind, haben viele Leute versucht, ein System zu entwickeln, mit dem man FPGAs mit Hochsprachen programmieren kann. Ein Universitätsprojekt namens Handel-C versuchte in den späten 1990er Jahren, ein solches System zu schaffen. Heute hat sich dieses System zu mehreren Softwarepaketen entwickelt, darunter Vivado HLS (High Level Synthesis) und eine Sprache namens OpenCL.

Diese High-Level-FPGA-Sprachen eignen sich für einige Anwendungen – wie künstliche Intelligenz – jedoch nicht für das Krypto-Mining.

Um Kryptowährungen wettbewerbsfähig schürfen zu können, muss Ihr FPGA auf der niedrigstmöglichen Ebene konfiguriert werden, d. h. auf der Registerübertragungsebene (RTL) unter Verwendung von Hardwarebeschreibungssprachen wie Verilog und VHDL.

Heute sind FPGA-Miner zwischen Verilog und VHDL geteilt. Es handelt sich um zwei strukturell ähnliche Programmiersprachen, die sich jedoch in ihrer Syntax stark unterscheiden. VHDL wird in der Regel im akademischen Umfeld verwendet, während Verilog in der realen Welt von Programmierern und Unternehmen eingesetzt wird.

Einer der Vorteile von Verilog ist, dass es die gleiche Syntax wie die Programmiersprache C hat. Außerdem benötigt ein Verilog-Programm weniger als die Hälfte des Textplatzes, den ein ähnliches Programm in VHDL einnehmen würde. Aufgrund dieser Vorteile ist Verilog bei FPGA-Implementierungen in der Praxis sehr beliebt.

Bitstreams

Der Begriff „Bitströme“ taucht häufig auf, wenn es um FPGA-Mining geht. Sobald ein Programm für ein FPGA geschrieben wurde, muss der FPA mit diesem Programm „geladen“ werden.

Dieses Programm ist im Wesentlichen nur eine Konfiguration der verschiedenen Logikelemente im FPGA. Die Konfiguration teilt diesen Logikelementen mit, was sie zu tun haben. Die Konfigurationsdatei wird als Bitstream bezeichnet.

Um das Programm in das FPGA zu laden, müssen Sie den richtigen Bitstream haben. Außerdem müssen Sie ein spezielles Programm auf Ihrem PC haben, das den Bitstream in das FPGA lädt.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Konfiguration des FPGAs flüchtig ist: Genau wie RAM, werden FPGAs ihre Konfigurationen löschen, sobald die Stromversorgung unterbrochen wird. Aus diesem Grund verfügen die meisten FPGA-Karten über einen Flash-Speicher, der sich direkt neben dem FPGA befindet. Dieser Flash-Speicher enthält die Bitstream-Konfigurationsdatei, und die Karte kann so konfiguriert werden, dass sie die Bitstream-Datei beim Start automatisch lädt.

Es gibt auch zwei verschiedene Arten von Bitstreams oder Konfigurationsdateien, einschließlich eines Standard-Bitstreams und einer Speicherkonfigurationsdatei:

Standard-Bitstream: Ein Standard-Bitstream ist eine Konfiguration, die ihren Inhalt verliert, wenn das Gerät nicht mehr mit Strom versorgt wird – so wie RAM seinen Inhalt nach einem Stromausfall verliert.

Speicherkonfigurationsdatei: Eine Speicherkonfigurationsdatei ist so konzipiert, dass sie vom PC über den FPGA in den benachbarten Flash-Speicher geladen wird, damit sich der FPGA beim Einschalten automatisch konfigurieren kann.

Viele Miner verwenden eine Speicherkonfigurationsdatei für maximale Betriebszeit. Speicherkonfigurationsdateien sind besonders nützlich für diejenigen, die Mining-Farmen aus der Ferne betreiben. Bei einem Stromausfall in der Mining-Farm kann das FPGA sofort wieder online gehen.

Wenn der Strom ausfällt und Sie keine Speicherkonfigurationsdatei haben, müssen Sie ein Remote-Terminalprogramm (wie TeamViewer) verwenden, um das FPGA manuell neu zu programmieren.

Zusammenfassung

Letztlich machte FPGA-Mining 2018 Schlagzeilen, nachdem ein Bitcointalk-Forenthread viral ging. Seitdem ist FPGA-Mining eine beliebte und leistungsstarke Methode, um alle verschiedenen Arten von Kryptowährungen zu schürfen.

FPGAs können angepasst werden, um alle verschiedenen Arten von Kryptowährungen zu schürfen. Sie sind nicht so leistungsfähig wie ASICs, aber sie lassen sich besser anpassen. Sie erhalten die Anpassungsfähigkeit eines GPU-Miners mit der hohen Leistung und Effizienz eines ASICs. Wir werden diesen FPGA-Bergbaubericht weiterhin mit neuen Produkten, Ankündigungen und Fortschritten in der Welt der Field Programmable Gate Arrays aktualisieren.

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