每千兆的百万瓦特。加密货币矿工ASIC看中22FDX

作者:Dave Lammers戴夫-拉默斯

我在过去写的几篇博客中探讨了将22FDX®技术工艺用于物联网汽车雷达应用的问题,这些市场要求在低功耗的情况下结合性能。加密货币开采是另一个市场,功耗是一个决定性的特征,这也是矿工逐渐从GPU转向ASIC的原因之一。

半导体行业的一个有趣之处在于,每个应用都需要不同的性能、功耗、成本和其他因素的组合。加密货币挖矿应用就是如此,甚至细化到主要币种--比特币莱特币以太坊--以及它们的挖矿方式。

Anshel SagMoor Insights & Strategy的副分析师,跟踪硬币挖矿市场,说矿工 "不想在芯片上购买任何额外的逻辑。他们想尽量减少电力。一切都非常精简,因为这大部分都归结为功耗。"

萨格说,每一种不同的算法都会带来 "不同的瓶颈,ASIC需要以不同的方式进行架构,以尽量减少瓶颈"。(Sag和Moor首席分析师Patrick Moorhead写了一份关于晶圆厂和加密货币矿工的白皮书,提供了关于这个问题的细节)。

"由于每天消耗这么多能源,采矿作业和制造商一直在关注其ASIC矿机的效率。大多数采矿设备的'性能'是以每瓦的哈希数而不是总的哈希能力来衡量的"。来源。Moor Insights & Strategy白皮书,"Fabs在加密货币开采中的重要性"

架构不同

GF技术营销和业务发展高级总监Sanjay Charagulla概述了为比特币、莱特币和以太坊优化的矿工ASIC的差异。利特币ASIC往往有相对较小的一部分逻辑晶体管,而SRAM单元大约占晶体管的三分之二。Charagulla认为,GLOBALFOUNDRIES的22FDX工艺具有 "最高效的SRAM比特单元之一",并将此作为GF "已经为多个客户设计了胶带 "的原因。

以太坊挖矿,大约占整个挖矿集成电路市场的10%,迄今为止,一直由图形处理器(GPU)主导。以太坊算法需要相对大量的外部存储器,而且芯片尺寸较大。Charagulla说,他认为以太坊挖矿会增长到市场的四分之一,因为其整体商业技术比比特币具有良好的交易灵活性。

对于比特币--尽管有大量的新项目,但仍然是占主导地位的加密货币--挖矿设备通常有多个PCB板,每块板上有50-100多个ASIC。这些微小的ASIC是逻辑设备,每个芯片上有数百个乘法和累加(MAC)电路,不需要外部存储器或协处理器。而且,如果有几个核心不工作,ASIC仍然能够磨合。"比特币的ASIC没有那么复杂。布局和后端设计是效率的关键,"他说。

由于电力成本对矿工来说非常重要,效率是以每千兆的毫瓦来衡量的,而不是总的哈希能力。占主导地位的挖矿厂商Bitmain描述了每千兆赫98毫瓦的比特币矿机,新的竞争者正在寻求匹配或改进。"查拉古拉说:"我们有多个客户参与其中,有几个客户已经录用了,效果不错。

足够好的性能

我问Charagulla,矿工是否可以通过抬高ASIC的频率并为额外的电力消耗买单,从而更快地到达区块链的下一个空间。他回答说,为了使矿工内部的热流保持在最佳水平并节约电力,聪明的策略是以 "最低功率的400-500兆赫的合理频率 "运行ASIC。

即使一些比特币ASIC正在转向基于FinFET的工艺,Charagulla认为,更好的策略是通过使用基于FD-SOI的FDX工艺来降低制造成本和功耗,同时保持足够的性能。"这样做的方法是在一定频率下并行运行数千个内核,这样它们仍然可以解开谜题。这些核心基本上是一堆XOR门,有一个16位宽的数据通路,在一个封闭的布局中。我们相信,22FDX将满足这里的要求。FinFET的闪光点是在千兆赫的时钟速度下,有更宽的总线和位梯逻辑。在这种情况下(比特币ASIC),没有任何高速I/O,所以如果你能优化内核的布局,FD-SOI可以和FinFET一样好,而且成本更低。"

许多使用FDX工艺的客户设计仅在0.4V下运行。Charagulla说,一个一级客户正在把电压降到0.3Vdd,为矿工提供每千兆赫80毫瓦的低功耗ASIC,同时 "仍然能够有效地运行算法"。他补充说,背偏压和正偏压都可以用来满足性能和功率规格。

能力限制

Moor Insights分析师Sag说,虽然一些 "高级 "ASIC矿机将继续采用领先的FinFET工艺,但其他矿机可能会采取不同的做法。"更昂贵的节点上的FinFET提供更高的性能,但要付出代价。当采矿业的ASIC采用更小的设计规则时,晶圆就会更贵。现在,人们希望降低矿工的成本,这样他们就能以较低的成本销售更多的产品,获得更多的利润。由于处于前沿节点,如10纳米或7纳米,最初的产量不是最大的。前沿节点的成本很高。"

此外,矿业公司正在 "争夺晶圆厂的产能,这是成本较高的另一个原因,"Sag说。

Sag说,随着GF在纽约马耳他的工厂在14纳米和即将到来的基于FinFET的7纳米工艺上几乎满负荷运行,矿业公司将德累斯顿的22FDX可用产能视为一个机会。此外,由于有超过半数的矿工设备制造商在中国,Sag说:"22FDX可能很快就会在中国使用。"

Sag指出,"GF在为合适的客户选择合适的工艺方面做得很好,对他们来说很重要。不是每个芯片都需要数十亿的FinFET晶体管。22FDX在价格敏感度方面是有意义的,同时也是对高效率的需求。"

Moor Insights白皮书指出,"GLOBALFOUNDRIES的FDX路线图将在2019年和2020年扩大,包括12纳米的FDX,它应该以更低的功率和更高的性能运行,同时也有一个成本友好的轮廓。我们相信这种产品的扩展可以大大有利于矿工。芯片的制造成本正成为其成功的一个越来越重要的因素,特别是在比特币和其他altcoin ASIC挖矿公司旨在尽可能多地转动数量的时候"。

Charagulla说,德累斯顿的现有产能正在吸引新的矿工公司进入22FDX。"马耳他大部分已经满员,德累斯顿晶圆厂明确定位为22FDX,以及未来的12FDX。我们在毫米波射频领域获得了设计上的胜利,用于基站和移动手机以及毫米波雷达。对于矿工ASIC来说,FDX增加了价值,这就是为什么新进入者会来找我们。"

关于作者

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Dave Lammers

Dave Lammers是《Solid State Technology》的特约撰稿人,也是GF的Foundry Files的特约博主。Dave在20世纪80年代初在美联社东京分社工作时开始撰写关于半导体行业的文章,当时正值该行业的快速发展期。他于1985年加入E.E.Times,在接下来的14年中,他一直在东京报道日本、韩国和台湾。1998年,戴夫和他的妻子Mieko以及他们的四个孩子搬到了奥斯汀,为E.E.Times建立了一个德州分社。作为圣母大学的毕业生,戴夫在密苏里大学新闻学院获得了新闻学硕士学位。