Asic Là Gì? Tầm Quan Trọng Của Asic Trong Khai Thác Tiền Ảo, Coin

ASIC là gì?

ASIC (Application Specifics Integrated Circuit) là một thuật ngữ dùng để chỉ các vi mạch IC chuyên dụng trong điện tử học. Ban đầu, ASIC thường được ứng dụng để tạo ra những bộ vi xử lý của thiết bị điện thoại di động, các phương tiện giao thông, tàu vũ trụ… Ngày nay, ASIC còn được ứng dụng phổ biến rộng rãi hơn trong nhiều lĩnh vực như hệ thống xử lý máy móc một cách tự động, viễn thông…

Với sự phát triển không ngừng của thị trường tiền mã hóa nói chung và Bitcoin nói riêng thì ASIC hiện nay đã được sử dụng để tạo ra bộ vi xử lý chính của các loại máy đào coin, còn được gọi là máy đào ASIC. Nó được các nhà đầu tư tài chính sử dụng chuyên biệt vào việc duy nhất là đào coin mà không phải để chơi game hay lướt web như các máy đào CPU và GPU. Nhờ đó, các máy đào ASIC mới sáng tạo sẽ làm việc với hiệu suất khai thác tốt nhất.

Vitalik Buterin, nhà sáng lập của thương hiệu Ethereum đã từng lo ngại rằng nếu sử dụng máy đào ASIC sẽ có thể dẫn đến vấn đề mất cân bằng về số lượng coin đào được chỉ tập trung vào 1 loại tiền mã hóa nhất định.

Phương thức vận hành của các máy đào ASIC

Blockchain bao gồm 3 thành phần chính chủ chốt là Block, Node, Miner. Trong đó, mỗi khối (Block) sẽ chứa ba thành phần nhỏ cơ bản gồm dữ liệu, một số nguyên 32 bit có tên gọi là Nonce và một hàm băm (Hash). Nonce là số được bổ sung thêm vào hàm băm trong một khối (Block) của blockchain.

Khai thác coin chính là quá trình chạy thử các phép tính toán phức tạp để tìm ra số Nonce phù hợp với hàm băm của một khối (Block). Sau khi tìm ra được con số Nonce đó, người dùng sẽ nhận một số coin nhất định.

Hiện tại, những thợ đào đang mong muốn khai thác coin sẽ dùng các máy đào coin chuyên dụng này để giải quyết các vấn đề liên quan đến tính toán số học vô cùng phức tạp. Cụ thể, mỗi loại tiền mã hóa trên thị trường sẽ có các hàm băm mật mã riêng và các máy đào ASIC được thiết kế chuyên biệt để giải các hàm băm mật mã đó.

Ví dụ: Máy đào ASIC sử dụng trong khai thác Bitcoin sẽ có thể giúp người dùng giải các thuật toán băm bảo mật SHA-256.

Tầm quan trọng của ASIC trong khai tác coin

Máy đào ASIC hiện nay đang được nhiều người đánh giá là thiết bị chuyên dụng hoạt động tốt nhất và phổ biến trong việc đào coin. Trong giai đoạn đầu phát triển của ngành công nghiệp khai thác coin, hầu hết mọi người đều sử dụng các loại máy đào CPU thông thường và họ không mất thêm quá nhiều chi phí đầu tư ban đầu.

Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp khai thác coin và thị trường tiền mã hóa đang ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Đồng thời, các blockchain ngày một trở nên phức tạp hơn nữa thì máy đào CPU không còn đáp ứng được nhu cầu của công việc vì chúng mang lại hiệu suất khai thác coin khá thấp. Lúc này, máy đào ASIC đã được ra đời để giải quyết vấn đề về hiệu suất khai thác của các loại máy đào CPU.

Máy đào ASIC đã được thiết kế chuyên biệt cho một mục đích riêng là khai thác coin. Do đó, hiệu suất khai thác của những chiếc máy này là rất cao giúp nhà đầu tư tài chình có thể đào được số lượng coin lớn và nhanh hơn.

Việc vận hành các máy đào ASIC cũng sẽ tiêu tốn một lượng điện năng khá lớn, chi phí cho việc thay thế và bảo trì máy đào này cũng khá cao. Đôi khi những chi phí này còn vượt lên cao hơn giá trị của các đồng coin được đào. Những điều này cũng đang được xem là nhược điểm lớn nhất của các máy đào ASIC.

Ưu điểm và hạn chế của ASIC trong hoạt động khai thác Cryptocurrency

Giống như nhiều công nghệ khác, việc ứng dụng ASIC trong các hoạt động khai thác Cryptocurrency hiện nay cũng mang lại nhiều ưu điểm và khuyết điểm riêng

Ưu điểm của ASIC

• Khai thác cryptocurrency một cách hiệu quả hơn: Máy đào ASIC được thiết kế chuyên biệt chỉ dùng cho một mục đích là khai thác coin. Do đó, hiệu suất khai thác của những máy chuyên dụng này là rất cao, giúp các nhà đầu tư có thể khai thác được số lượng coin gấp nhiều lần trong cùng một khoản thời gian.
• Giúp mạng bảo mật hơn: Cuộc cạnh tranh tốc độ khai thác coin luôn khiến cho các doanh nghiệp sản xuất các máy đào ASIC chuyên dụng luôn trong tình trạng ganh đua cạnh tranh với nhau để tạo ra các mẫu máy hoạt động hiệu quả hơn. Điều này giúp mạng bảo mật được tốt hơn do sức mạnh khai thác ngày càng lớn, khiến cho chi phí khi bị tấn cộng mạng quá lớn, lợi nhuận không thể nào bù được thiệt hại.

Nhược điểm của ASIC

• Tiêu hao năng lượng lớn: Đầu tiên, việc vận hành các máy đào ASIC chuyên dụng sẽ tiêu tốn một lượng điện năng khá lớn, chi phí thay thế và bảo trì máy đào coin này cũng khá cao. Đôi khi những chi phí nhỏ này còn cao hơn cả giá trị của các đồng coin được đào.
• Các trường hợp sử dụng hạn chế: Mặc dù ASIC có thể giúp mang lại hiệu quả cao, nhưng việc có nhiều  hạn chế trong một trường hợp sử dụng cụ thể cũng sẽ khiến chúng hoàn toàn vô dụng để làm bất cứ điều gì khác. Hơn nữa, những tiến bộ công nghệ liên tục phát triển trong không gian tiền điện tử mang lại các mô hình ASIC mới nhanh chóng làm cho những thiết kế máy cũ hoàn toàn không sinh lợi.
• Khiến mạng phân quyền kém: Sự phát triển của các máy đào coin ASIC vô tình làm phát sinh một hoạt động kinh doanh đặc biệt mới đó là các Mining Pool, mô hình khai thác này gây ra một tình trạng tập trung sức mạnh khai thác, đe dọa đối với vấn đề phi tập trung của Bitcoin. Về lý thuyết mà nói, bốn Mining Pool hàng đầu có thể cùng cấu kết với nhau để chiếm toàn quyền điều khiển mạng Bitcoin (BTC), Blockchain được xem là an toàn bậc nhất trên thế giới hiện nay.

Các yếu tố quyết định chất lượng của máy đào ASIC

• Hash Rate (Tỷ lệ băm): Đây là một loại chỉ số đo lường tốc độ giải các thuật toán trong một giây của máy đào. Chỉ số này gồm có 2 đơn vị là TeraHash trên giây (Th/s) và GigaHash trên 1 giây (GH/s) với 1 TH/s = 1000 GH/s. Thông thường, những máy đào nào có giá thành cao hơn thì sẽ cho tốc độ đào càng nhanh. Qua đó, lợi nhuận mà một nhà đầu tư thu được từ việc đào coin sẽ càng lớn hơn.
• Efficiency: Đây là thông số hiện đại thể hiện hiệu suất chuyển hóa điện năng tiêu thụ thành coin của các máy đào. Efficiency có đơn vị tính toán là Watt trên GigaHash (W/GH) và Watt trên TeraHash (W/TH) với 1 W/GH = 1000 W/TH. Thông số này nếu như càng thấp thì hiệu suất của máy đào càng tốt. Nhà đầu tư nên chú ý ưu tiên lựa chọn những máy đào coin có hiệu suất cao để có thể sớm tạo ra được lợi nhuận.

Tiêu chí phân loại máy đào ASIC

Dung lượng cổng logic, ứng dụng cùng với phương pháp thiết kế là 3 tiêu chí phổ biến thường được dùng để phân loại máy đào ASIC. Trong đó, phương pháp thiết kế máy đào được xem là tiêu chí quan trọng nhất. Dựa trên phương pháp thiết kế, máy đào ASIC thường sẽ được chia thành:

• ASIC kiểu đặc chế hoàn toàn (Full-custom ASIC)
• Dựa vào các loại tế bào chuẩn (Standard-cell-based ASIC)
• Dựa vào cổng logic (Gate-array-based ASIC)
• ASIC kiểu tiền cấu trúc (Structured/Platform design)
• ASIC sử dụng thư viện logic và một số phần tử thiết kế sẵn (Cell libraries, IP-based design)

Hash board là một loại thành phần chính của các máy đào tiền mã hóa, đối với máy đào ASIC sẽ được trang bị 4 Hash board. Mỗi Hash board của máy sẽ chứa 72 chip giải thuật toán và 288 chip tốc độ khai thác. Ngoài ra, một chiếc máy đào ASIC hiện hành còn có các thành phần sau:

• Mạch điều khiển
• Mạch để giải mã thuật toán
• Mạch kết nối giữa vi mạch điều khiển và vi mạch giải mã thuật toán

Phân loại ASIC

Có nhiều cách để có thể phân loại các mạch ASIC như phân loại theo dung lượng cổng lôgic, phân loại theo phương pháp thiết kế máy đào, phân loại theo ứng dụng,… Ở đây bài viết chỉ tập trung vào việc phân loại theo phương pháp thiết kế phổ biến nhằm làm sáng tỏ quá trình phát triển của công nghệ ASIC. Cụ thể được phân loại như sau:

ASIC được đặc chế hoàn toàn – Full costum ASIC

Một IC đặc chế (thuật ngữ tiếng anh còn được gọi là “full-custom IC”) là một vi mạch có các tế bào lôgic (logic cell) và các lớp mặt nạ bên ngoài được xây dựng (đặc chế hóa) theo yêu cầu của khách hàng. Những IC đặc chế riêng biệt này thường nhắm tới các ứng dụng riêng biệt và do đó, người cùng cũng có thể gọi một số IC đặc chế này là ASIC đặc chế.

Công nghệ sản xuất ra một ASIC đặc chế hoàn toàn bao hàm toàn bộ các quá trình để dùng sản xuất IC, kể cả giai đoạn in khắc vi mạch bán dẫn quang học (photo lithographic).

Ưu điểm của loại sản phẩm dạng này chính là tính tối ưu về diện tích, tăng hiệu suất làm việc của IC, khả năng tích hợp được cho là tốt hơn với các thiết bị thiết kế tương tự hay các phần tử thiết kế sẵn khác. Bù lại thì nhược điểm của máy này là quy trình thiết kế tốn nhiều thời gian, đòi hỏi cần phải đầu tư cơ sở vật chất tốn kém cũng như nhân lực với kỹ năng cao.

ASIC dựa trên tế bào chuẩn (Standard-Cell-Based ASIC)

Đối với loại ASIC này, mặt nạ của máy chính là một thiết kế tùy chỉnh, nhưng silicon được tạo thành từ các thành phần thư viện. Điều này cũng sẽ mang lại mức độ linh hoạt cao, miễn là các chức năng tiêu chuẩn đều có thể đáp ứng các yêu cầu.

Giữa thập niên 1980, các nhà thiết kế của loại máy IC thường phải chọn một nhà sản xuất vi mạch bán dẫn nhất định và thực hiện đầy đủ tất cả quy trình thiết kế riêng biệt của mình bằng những công cụ thiết kế của nhà sản xuất đó. Nhưng với xuất hiện của một nhà cung cấp công cụ thiết kế bên thứ ba là sự ra đời ban đầu của khái niệm thư viên phần tử logic chuẩn (standard cell library).

Thư viện phần tử logic chuẩn sẵn có (standard cell library) là thư viện cung cấp tất cả các phần tử cơ bản tạo thành vi mạch của máy như logic AND, OR, XOR, v.v., kèm theo các thông số vật lý đầy đủ như thời gian trễ, điện cảm, điện dung, v.v.. Thư viện này được định dạng chuẩn chỉnh phù hợp cho phép các công cụ thiết kế có thể đọc, sau đó sẽ tiến hành biên dịch bản thiết kế ra dạng mô tả cụ thể chi tiết sử dụng các phần tử của thư viện chuẩn (thuật ngữ tiếng Anh gọi là netlist).

Vào cuối thập niên 1980, những phần mềm thiết kế hiện đại dạng như design compiler của Synopsys được đưa vào sử dụng. Sở dĩ có tên gọi compiler chính là do phần mềm này khi làm việc về nguyên tắc không khác gì một trình biên dịch viên thông thường trên máy tính: thay vì chọn loại mã viết bằng C, Pascal, v.v., vi mạch được viết bằng HDL, còn thư viện phần tử logic còn được đóng vai trò như tập lệnh của bộ vi xử lý.

ASIC dựa trên mảng cổng logic (Gate-Array-Based ASIC)

Để thiết kế IC tốt còn có một phương pháp khác nữa chính là sử dụng mảng logic (gate array). Ở đây “gate” dùng như một đơn vị chuyên biệt để đo khả năng chứa các phần tử logic của vi mạch bán dẫn .

Vi mạch lập trình sử dụng mảng logic là một khái niệm rộng bao hàm các thiết bị như PLA, PAL, CPLD, FPGA. FPGA là một công nghệ khá mới mẻ nhưng cũng được xếp vào dạng này, mặc dù thông thường nhân viên thiết kế xếp FPGA sang lớp vi mạch bán dẫn của người lập trình bởi người dùng cuối .

Một vi mạch điện tử dạng này cấu thành từ 2-5 lớp bán dẫn kim loại, các phần tử logic sẽ là loại được phân bố đều trên các lớp này. Ví dụ ma trận chính yếu các phần tử OR, AND PAL, PLA, hay trong FPGA là các khối logic lập trình được. Các phần tử logic hiện tại chưa được kết nối với nhau, quá trình thiết kế bản chất là lập trình cho phép kết nối giữa các phần tử logic.

Ưu điểm của ASIC là được thiết kế theo kiểu này là chi phí sản xuất rẻ do vi mạch sản xuất quy mô lớn hàng loạt và có cấu trúc tương tự như nhau. Tính linh động của những thiết kế này phụ thuộc vào loại mảng logic được sử dụng. Ví dụ vi mạch lập trình dùng PROM chỉ được lập trình sẵn một lần suy nhất trong khi đối với các vi mạch ứng dụng công nghệ EEROM hay FPGA thì hoàn toàn có thể lập trình lại, FPGA còn cho phép người thiết kế được quyền lập trình lại mà không cần công cụ đặc biệt nào.

Mặc dù ASIC đã dùng mảng logic có chi phí khá thấp nhưng không có được sự tối ưu như ASIC trên cơ sở thư viện phần tử logic hay ASIC đặc chế kiểu hoàn toàn. Mặt khác nhưng ASIC dạng này lại phải yêu cầu phần mềm thiết kế phức tạp hơn.

ASIC tiền cấu trúc

Đây là một dạng biến tấu mới hơn của ASIC trên cơ sở mảng logic: thay vì mảng logic, nó sử dụng những cấu trúc định sẵn. Tùy vào từng loại ứng dụng riêng biệt mà cấu trúc định sẵn này sẽ khác nhau.

Với mảng logic thì người thiết kế hoàn toàn có thể tạo vi mạch để thực hiện bất kỳ hàm logic nào trong tài nguyên cho phép, còn riêng với vi cấu trúc định sẵn chỉ giải quyết được một lớp bài toán hẹp hơn. Bù lại, nó đẩy nhanh quá trình sản xuất, giảm bớt giá thành và trong một số trường hợp quan trọng thì tối ưu hóa hơn so với dạng ASIC dùng mảng logic.

Có thể xếp ASIC tiền cấu trúc vào vị trí nằm giữa hai loại ASIC trên cơ sở thư viện phần tử logic chuẩn và ASIC dựa trên mảng logic.

Bên cạnh FPGA đúng nghĩa thì cũng còn tồn tại một dạng vi mạch thiết kế riêng trên FPGA nhưng khi sản xuất dùng công nghệ sao chép “cứng” (hard copy); sản phẩm này cũng cho ra hoạt động vẫn như thiết kế nhưng mất đi khả năng được lập trình lại vì những liên kết đã bị được “hàn” cứng. Công nghệ đặc biệt này cho phép giảm chi phí cho vi mạch từ 30-70%. Các hãng sản xuất FPGA to lớn như Xilinx hay Altera đều sẽ hỗ trợ riêng cho công nghệ này cho sản phẩm của họ.

ASIC dùng thư viện logic cùng các phần tử thiết kế sẵn

Nếu như thư viện logic thường được nhiều nhà sản xuất bán dẫn cung cấp một cách miễn phí thì IP-core (intellectual property core), các phần tử hiện nay của nhà sản xuất hoặc của bên thứ ba cung cấp, người dùng phải trả tiền mua mới được phép sử dụng. Các phần thiết kế riêng biệt có thể tồn tại ở dạng “mềm”, tức là chỉ có mã HDL mức cao, hay tồn tại ở dạng “cứng”, tức là toàn bộ sơ đồ thiết kế cụ thể chi tiết trên một thư viện và sẵn sàng đưa trực tiếp vào một quá trình sản xuất bán dẫn.

Tương tự như những phần mềm, với phần cứng thì cũng xuất hiện một cộng đồng mở, là nơi xây dựng và phổ biến những IP-core miễn phí.

Ví dụ: IP-cores nhân của bộ vi mạch xử lý, USB module, Ethernet, RAM, ROM, v.v..

Top 3 máy đào ASIC hiệu quả nhất

Antminer S9

Antminer S9 là một loại máy đào ASIC sử dụng chip BM1387 do Bitmain sản xuất bằng công nghệ FinFET 16nm của TSMC. Máy đào này cung cấp cho người dùng một hiệu suất 0.098 W/GH và tốc độ giải thuật toán là 15,5 TH/s . Antminer S9 được chuyên gia đánh giá là máy đào ASIC khai thác Bitcoin đáng mua nhất.

Antminer R4

Tốc độ tính toán để giải thuật toán của Antminer R4 lên đến 8,5 TH/s và hiệu suất là 0,1 W/GH. Antminer R4 được các chuyên gia chấm điểm là máy đào nhanh thứ hai chỉ sau Antminer S9.

Avalon 6

Avalon 6 hiện nay cũng là một máy đào ASIC mà nhà đầu tư có thể cân nhắc lựa chọn sử dụng với tốc độ giải thuật toán là 3,5 TH/s và điện năng tiêu thụ 0,29 W/GH.

Trên đây là toàn bộ thông tin về ASIC là gì và tầm quan trọng của ASIC trong linh vực tài chính, đặc biệt là hoạt động khai thác coin. ASIC đã từ lâu đã được nhà đầu tư ứng dụng tạo ra những máy đào coin có hiệu suất cao. Đây còn là một loại công cụ đắc lực hỗ trợ ngành công nghiệp khai thác coin phát triển. Hi vọng những thông tin trên là hữu ích và sẽ có thể giúp cho nhà đầu tư có một sự nghiệm đào coin thành công!