Máy đào mỏ ASIC Bitcoin: từ CPU đến thiết bị 100 TH/s hiện đại
Máy đào mỏ ASIC Bitcoin là thiết bị phần cứng chuyên dụng được thiết kế riêng để thực hiện thuật toán băm SHA-256 nhanh hơn hàng triệu lần so với CPU thông thường. Máy đào mỏ ASIC Bitcoin hiện đại đạt hiệu suất từ 100 TH/s trở lên với tiêu thụ năng lượng dưới 20 J/TH.
Đào mỏ Bitcoin làm gì và vì sao cần phần cứng riêng
Bitcoin bảo vệ dữ liệu bằng cách bắt các máy liên tục băm hàng trăm triệu lần mỗi giây, và máy nào đoán đúng khối đầu tiên sẽ nhận phần thưởng. Công việc băm là lặp lại một phép băm SHA-256 trên cùng một khối dữ liệu, thay đổi một chữ số ngẫu nhiên cho tới khi kết quả nhỏ hơn ngưỡng mà mạng đặt ra. Bản chất công việc này là hàng loạt phép toán giống hệt nhau, nên phần cứng đa năng như CPU hay GPU rất lãng phí năng lượng.
Đó là lý do bộ đào ASIC ra đời: nó không làm gì ngoài phép băm SHA-256, nên toàn bộ diện tích mạch chỉ phục vụ đúng một việc và điện tiêu thụ rơi xuống mức thấp nhất có thể. Kết quả là một thiết bị không làm được nhiều việc khác, nhưng lại làm nhanh hơn CPU hàng triệu lần với cùng lượng điện.
Tiến trình phát triển phần cứng đào
Từ khi Bitcoin ra mắt năm 2009, phần cứng đào đã trải qua bốn thế hệ chính: CPU, GPU, FPGA và ASIC. Mỗi bước nhảy đều được thúc đẩy bởi độ khó đào mỏ tăng dần, buộc người đào phải nâng cấp thiết bị nếu muốn giữ được doanh thu.
Giai đoạn CPU và GPU
CPU mining chỉ hiệu quả khi độ khó còn thấp, ở mức bằng 1 vào năm 2009. Khi độ khó tăng, GPU thay thế CPU nhờ khả năng chạy hàng nghìn luồng tính toán song song cho cùng một phép băm. Các dàn nhiều card đồ họa từng là hình ảnh phổ biến của phòng đào mỏ gia đình, cho tới khi ASIC xuất hiện vào khoảng năm 2013.
Giai đoạn FPGA
FPGA cho phép lập trình lại mạch ở mức thấp hơn GPU, đạt hiệu suất cao hơn trong khi vẫn linh hoạt hơn ASIC. Tuy nhiên giá thành thiết kế và thời gian tự xây dựng quá lớn, nên giai đoạn này chỉ kéo dài khoảng hai năm rồi bị ASIC thay thế hoàn toàn.
Giai đoạn ASIC
ASIC là mạch tích hợp chuyên dụng, chỉ thiết kế cho thuật toán SHA-256. Nó nhanh hơn FPGA hàng trăm lần với chi phí điện thấp hơn nhiều, đổi lại máy chỉ đào được Bitcoin và không dùng được cho việc khác. Chính vì vậy, phần cứng đào cũ không bán lại được cho mục đích khác và kéo dài tuổi thọ thiết bị trở thành bài toán kinh tế lớn.
| Thế hệ | Đại diện | Hashrate | Hiệu suất | Năm ra mắt |
|---|---|---|---|---|
| Thế hệ đầu | Antminer S1 | 180 GH/s | khoảng 2000 J/TH | 2013 |
| Thế hệ 3 | Antminer S9 | 13,5 TH/s | 98 J/TH | 2016 |
| Thế hệ 4 | Antminer S17 | 56 TH/s | 40 J/TH | 2019 |
| Thế hệ 5 | Antminer S19 Pro | 110 TH/s | 29,5 J/TH | 2020 |
| Thế hệ 6 | WhatsMiner M50S++ | 154 đến 162 TH/s | 21 J/TH | 2023 |
| Thế hệ 7 | WhatsMiner M70S | 248 TH/s | 13,5 J/TH | 2024 |
Độ khó đào và hashrate mạng lưới
Độ khó đào Bitcoin tự điều chỉnh sau mỗi 2.016 khối, tức khoảng hai tuần một lần, để giữ thời gian trung bình mỗi khối quanh 10 phút. Nhờ cơ chế này mà dù tổng công suất tăng hay giảm, tốc độ tạo khối vẫn ổn định và lượng coin phát hành mới vẫn theo đúng lịch.
Độ khó đã tăng từ mức 1 năm 2009 lên hơn 148 nghìn tỷ vào năm 2026, tức tăng khoảng 14 nghìn tỷ lần. Trong cùng thời gian đó, hashrate toàn mạng lưới đạt khoảng 969 EH/s. Nếu một thiết bị đơn lẻ có 100 TH/s thì cần gần mười triệu thiết bị mới tương đương một phần nghìn công suất mạng, cho thấy cách một máy đào đơn lẻ không còn khả năng cạnh tranh với các trang xây dựng lớn.
Phân bố pool đào mỏ
Vì lý do đó, phần lớn người đào nhỏ gộp công suất vào các pool. Ba pool lớn nhất chiếm phần lớn sức mạnh của mạng: Foundry USA chiếm 25,78%, AntPool chiếm 20,86% và F2Pool chiếm 16,15%. Cách phân bố này cũng cho thấy sự đa dạng địa lý, với Foundry đặt tại Mỹ còn AntPool và F2Pool hoạt động chủ yếu tại Trung Quốc.
Hiệu suất J/TH và tiêu thụ năng lượng
Đơn vị đo quan trọng nhất khi chọn máy đào là J/TH, cho biết cần bao nhiêu joule điện để hoàn thành một nghìn phép băm. Chỉ số này càng thấp càng tốt vì phần lớn chi phí vận hành của một dàn đào là tiền điện. Trong vòng mười năm, hiệu suất đã giảm từ khoảng 2.000 J/TH ở thế hệ đầu xuống 13,5 J/TH ở thế hệ mới nhờ quy trình chế tạo chip 5 nm và 3 nm.
Toàn mạng lưới hiện tiêu thụ khoảng 204 TWh điện mỗi năm, con số tương đương mức tiêu thụ điện của một quốc gia trung bình, kèm khoảng 114 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm. Chính vì vậy, nhiều công ty đào mỏ đang chuyển sang nguồn điện tái tạo và đặt thiết bị gần nguồn điện giá rẻ như thủy điện, điện than, điện khí địt để giảm chi phí năng lượng.
Cách chọn thiết bị đào phù hợp
Người mới nên ưu tiên hiệu suất J/TH thay vì hashrate tuyệt đối, vì phần lớn doanh thu quyết định bởi số điện tiêu thụ. Ngoài ra cần tính tới giá điện địa phương, chi phí thiết bị chuyển tải và chế độ bảo hành, vì thiết bị đào chạy liên tục 24 giờ nên nhiệt độ và tuổi thọ linh kiện ảnh hưởng lớn tới tổng chi phí sở hữu.
Nguồn tham khảo: dữ liệu độ khó đào của Blockchain.com, số liệu hashrate và pool trên Hashrate Index, thông số kỹ thuật máy đào WhatsMiner, ước tính tiêu thụ điện của mạng Bitcoin.
