Майнинг — видеокарта или процессор: 3 этапа выбора

Майнинг — видеокарта или процессор: 3 этапа выбора

Перед будущими майнерами закономерно возникает вопрос: как пробовать «заработать» свои первые электронные деньги. Ведь, помимо фактической покупки криптовалюты ее можно намайнить – то есть заработать при помощи своего компьютера посредством решения последним массивов математических задач. На этом этапе и возникает дилемма: на чем начинать майнинг – на процессоре или видеокарте?

Как происходит процесс майнинга

Как правило, майнинг возможно организовать при помощи одного из процессоров:

• Центральный процессор CPU (central processing unit) в ответе за выполнение множества задач. Он «раздает команды» и управляет действиями на компьютере (открытие папок, сохранение файлов). Майнить можно и на нем, особенно если это «сильная» модель вроде Intel Core i3-7100
• Графический процессор GPU (graphics processing unit) – комплектующее ПК, которое отвечает за получение изображения. Сегодня GPU, отвечающими за обработку компьютерной графики, оснащают планшеты и телевизоры. Что же касается майнинга, устройство может выполнять вычислительные задачи в очень больших масштабах, даже когда процесс происходит и днем, и ночью. Для добычи криптовалюты хороши игровые модели (ASUS GeForce GT). Но, в отличие от центрального чипа, графический очень долго переключается между задачами.

«Легкие» криптовалюты можно добывать и на персональном ПК, а вот при майнинге более «увесистых», вроде Биткоина, одного компьютера уже недостаточно. Для успешной работы «шахтеры» (от английского “miners”) объединяются в майнинг-пулы и, соединяя таким образом свои ресурсы, работают намного эффективнее.

Чем плох майнинг на процессоре

Для успешного майнинга одного объединения в пулы недостаточно. Производительность «железа», которое принимает участие в процессе, является не менее важным моментом. Часто новички в майнинге не догадываются, почему нужны видеокарты, и считают, что можно обойтись без использования дополнительное оборудование. Они майнят на своих ПК, используя CPU. Но такой метод имеет множество недостатков:

1. Центральный чип, несмотря на быстрое переключение между задачами, медленно проводит большие вычисления.

2. У компьютера только один центральный процессор, а значит, как бы не хотелось увеличить его производительность, сделать это будет непросто. В то время, в работе с GPU вопрос легко решается покупкой дополнительных видеокарт.

3. ПК начнет очень быстро «уставать» и изнашиваться, кроме того, есть риск и вовсе потерять машину, однажды перегрузив ее (ведь самый продуктивный майнинг – непрерывный, когда компьютер работает, не переставая, целые сутки).

Почему эффективнее майнинг на видеокарте

Да, видеокарта не «раздает команды», но ей это и не нужно, ведь она прекрасно справляется с задачей, необходимой для майнинга – быстрой обработкой больших и однообразных массивов информации. Вот почему процессору не угнаться за ней поэтому параметру — майнинг на видеокарте куда эффективнее. GPU изначально были созданы для обработки видео, и для них ничего не стоит обработать огромные объемы математических уравнений за считанные секунды. Особенно легко справляются с майнингом игровые модели (MSI GeForce GTX).

Основные преимущества GPU перед CPU:

• Более простой доступ к памяти – например, после решения одного алгоритма сразу наступает очередь следующего – и не нужно тратить время на ожидание конца вычисления и закрытия блока.
• Память на видеокартах быстрее, чем на процессорах, что обеспечивает им большую пропускную способность (это еще одна причина, почему выбирают это устройство, а не процессор).
• Возможность работать на нескольких потоках: в отличие от центрального процессора, который может одновременно обрабатывать два потока вычисления, но на одно процессорное ядро, графический способен обработать сотни таких потоков на мультипроцессор. К слову, мультипроцессоров в GPU установлено сразу несколько, чего не скажешь о CPU.
• Сама структура графического модуля отвечает за производительность: так, у graphics processing unit большую площадь чипа занимают блоки для исполнения, в то время как у central processing unit почти все место занимают буферы команд.

Таким образом, именно графический процессор благодаря своему устройству более приспособлен для майнинга криптовалюты. С ним можно добиться не только продуктивного добывания коинов, но и менее загруженного центрального процессора, который будет удобнее использовать для других важных процессов.

Смотрите видео: Майнинг для начинающих. С нуля на одной видеокарте и процессоре

Что такое майнинг, и почему майнят на видеокартах

Что представляет собой майнинг? Почему для майнинга криптовалют в подавляющем большинстве случаев лучше подходят видеокарты, а не CPU? Чем так хороши асики? В этом посте я постарался понятным языком рассказать об основах технической стороны майнинга.

Для понимания общей картины информация дана в упрощенном виде, некоторые детали опущены.

Что такое майнинг?

Возьмем в качестве примера блокчейн биткоина. Если максимально упростить, то вычислительные мощности майнинговых компьютеров направлены на шифрование операций по переводу биткоинов с одного кошелька на другой.

Как это выглядит?

Предположим, Сатоши Бутерин со своего кошелька переслал 1 биткоин на кошелек Виталика Накамото. Согласно сути блокчейна, нужно зашифровать информацию, содержащую адреса кошельков Сатоши и Виталика, а также количество переведенных биткоинов. Тут в дело вступает майнинговое оборудование — ему нужно найти правильный вариант шифровки.

Согласно алгоритму хеширования SHA-256, на котором построен блокчейн биткоина, сделать это нужно строго определенным способом. Например, алгоритм предписал зашифровать информацию так, чтобы на конце шифрованной строки был ноль. Подобное требование исходит от разработчиков криптовалюты — им нужен шифр с определенным символом, чтобы повысить устойчивость к взлому.

«Железо» начинает работать — решать эту математическую задачу методом подбора. Информация «Satoshi Buterin wallet —> 1 BTC —> Vitalik Nakamoto wallet» превращается в зашифрованную строку вроде «dh523456l29e4f6ab42d99c81156d3a17228d6e1eef4139be78dgw5jh63f2348». Но в этом варианте на конце не стоит ноль. Тогда «железо» начинает подбирать новый вариант шифровки, добавляя в информацию символ, который не меняет ее смысл.

Едва только нужная комбинация шифровки найдена, она записывается в базу данных (блокчейн), а конкретнее — в небольшой кусочек этой базы данных, который называется блоком.

Блокчейн — это база данных, которая по сути является журналом транзакций. Основные его идеи, заложенные разработчиками:

• пусть будет единый журнал транзакций;
• пусть копия журнала будет у всех;
• все записи журнала будем шифровать, чтобы не достались врагу;
• разобьем журнал на блоки, а блоки свяжем в цепочки.

Разработчики блокчейна биткоина определили, что максимальный размер блока не может превышать ~1 Мб. И чтобы блок считался сформированным, его нужно заполнить зашифрованными записями транзакций. Как только блок сформирован, блокчейн автоматически генерирует эмиссионную транзакцию биткоинов, чтобы наградить майнера за его работу.

Но не стоит думать, что можно просто взять и спокойно перебрать тысячу комбинаций, найдя нужную. Над одной задачей может «трудиться» не один десяток, или даже не одна сотня мощностей. И кто окажется первым, «того и тапки». Получается, что чем больше у тебя вычислительная мощность, тем выше шанс первым найти нужный вариант шифровки.

Но один человек-майнер может формировать отдельный блок на своем компьютере очень долго. Вряд ли кого-то обрадует перспектива майнить несколько лет без перерыва, формируя один-единственный блок, и получить потом за него 12,5 биткоинов в награду (именно такое количество биткоинов сейчас выдается за формирование нового блока). Поэтому люди объединяют свои мощности в пулы. В этом случае сеть биткоина выделяет награду за сформированные блоки не отдельному майнеру, а пулу. Пул, в свою очередь, распределяет награды отдельным майнерам, в соответствии с потраченным временем и мощностью (за вычетом комиссии).

Почему именно видеокарты, а не CPU?

Архитектуры графического процессора (GPU) и центрального процессора (CPU) сильно отличаются. Современные CPU состоят из 4-8 ядер — это делает их подходящими для решения больших и сложных задач. Вдобавок при такой архитектуре они могут быстро переключаться с выполнения одной задачи на выполнение другой.

А графические процессоры были созданы для того, чтобы решать огромное множество небольших и несложных задач. Поэтому они состоят не из пары больших ядер, а из тысяч маленьких ядрышек. В таком виде им гораздо удобнее обрабатывать миллионы пикселей и полигонов. Но выполнять сложные задачи, вдобавок переключаясь от одной к другой — чересчур сложно для GPU.

Создатели видеокарт изначально стремились к улучшению изображения и его обработки в компьютерных играх. И они точно не ожидали, что подобная архитектура их графических процессоров как нельзя лучше подойдет для майнинга.

Ведь что такое майнинг? Это перебор сотен тысяч различных комбинаций для шифровки, различающихся по сути только одним символом. С такой однотипной несложной работой куда быстрее справляются тысячи ядер GPU, чем 4-8 умных, но малочисленных ядер CPU.

Для сравнения: ядро CPU обрабатывает восемь 32-битных инструкций за такт (AVX). А процессор видеокарты Radeon HD 5970 обрабатывает 3200 32-битных инструкций за такт.

Но есть устройства, на которых майнинг происходит еще быстрее — их называют ASIC.

В переводе с английского application-specific integrated circuit означает «интегральная схема специального назначения». Это оборудование, которое сделано с целью решения строго конкретной задачи. Если говорить об ASIC для майнинга, то по сути это «все в одном»: блок питания, охлаждающее устройство и небольшая плата, на которой расположены CPU, ПЗУ, ОЗУ и другие блоки. И если видеокарты изначально не были созданы для майнинга, то подобное железо «заточено» именно под эту задачу.

Возьмем в качестве примера популярную у добытчиков биткоина видеокарту AMD Radeon RX 580. Стоит она порядка 26 000 р., и мощность ее майнинга составляет 1,5 GH/s. Поставим против нее ASIC AntMiner R4: при стоимости в ~100 000 р. его мощность составляет 8,7 TH/s. Разница очевидна.

AntMiner R4

Причем производители майнинговых ASIC создают их для добычи определенной криптовалюты. Они подбирают компоненты и настраивают софт в асике таким образом, чтобы он лучше всего справлялся с решением задач по конкретному алгоритму, на котором построена конкретная криптовалюта (например, SHA-256 для майнинга биткоина). То есть, в теории асик для биткоина можно использовать для майнинга другой криптовалюты, но его производительность в таком случае не будет впечатлять.

Но если видеокарту потом можно воткнуть в компьютер и спокойно играть с ее помощью в различные игры, то с ASIC такого сделать нельзя — на них устанавливают сильно упрощенные операционные системы, чьи способности «заточены» специально для добычи криптовалют.

Мы представили майнинг на примере биткоина в упрощенном виде и постарались объяснить его наиболее понятным способом. Следует отметить, что для разных криповалют больше подойдут видеокарты от разных изготовителей: одной больше подойдет Nvidia, а для другой лучшим решением будет AMD. Так получается из-за того, что криптовалюты построены на разных алгоритмах: с каждым конкретным лучше всего справляется та видеокарта, чьи конструктивные особенности лучше всего подходят.

Почему видеокарты майнят лучше процессоров?

Задумывались ли вы когда-нибудь, почему майнинг на видеокартах в разы эффективней майнинга на процессоре? В этой небольшой статье мы попробуем дать ответ на этот вопрос.

Для начала давайте уточним:

CPU – центральный процессор (или просто процессор), является частью компьютера, исполняющей задачи программного обеспечения и указывающей всем остальным частям компьютера, что они должны делать в соответсвии с командами программ и пользователя.

GPU — графический процессор, является частью видео подсистемы компьютера. Основная функция GPU – рендеринг 3D графики и визуальных эффектов.

И GPU и CPU – являются процессорами, но сконструированны они были для выполнения различных задач. Эта конструктивная разница и делает GPU более производительным при майнинге в Bitcoin.
Короткий ответ:

Ядро CPU обрабатывает 4 32-битных инструкции за такт (SSE), или 8 32-битных инструкций за такт (AVX), в то время как GPU Radeon HD 5970 способно обработать 3200 32-битных инструкции за такт (используя свои 3200 ALU или шейдеров). Получается что в этом примере GPU способно обработать в 800 (или в 400 (при AMX)) раз больше инструкций за такт чем СPU.

Даже не смотря на то, что с 2011 года производятся CPU c 6, 8 и 12 ядрами, и тактовой частотой в районе 2000-3000 МГц и более, GPU Radeon HD 5970 (с тактовой частотой 750 МГц) остаётся более чем в 5 раз быстрее четырёх 12-ядерных CPU с частотой 2,3 ГГц (при стоимости последних в районе $4700, в отличии от $350 за HD5970).

CPU — «начальник»

CPU, в первую очередь, разрабатывались для того, чтобы принимать решения в соответствии с указаниями программы. Например, если вы печатаете документ и сохраняете его, то работа CPU заключается в том, чтобы преобразовать ваш документ в соответствующий тип файла и дать указание жёсткому диску записать этот файл. Процессор также способен выполнять математические расчёты, в каждом CPU есть один или несколько ALU, способен следовать инструкциям «если произошло это — сделай то, иначе сделай что то другое». Большое количество элементов CPU занимаются отслеживанием того, способны ли остальные элементы переключиться на выполнение новой задачи в необходимый момент.

Еще CPU выполняет множество других операций, которые добавляют сложности к его архитектуре, в том числе:

• ограничение привилегий между пользовательскими программами и операционной системой
• создание «иллюзии» виртуальной памяти для выполняемых программ
• обеспечение обратной совместимости для выполнения устаревших программ и инструкций

GPU — «рабочий»

GPU были разработаны для обработки видео. Да, GPU могут делать и математические расчёты и многие другие задачи, но сконструированы они были именно для обработки видео, а не для принятия решений. Обработка видео представляет из себя большие объёмы однотипной работы, при которой пикселям на экране монитора постоянно указывается, что они должны делать. Для эффективного выполнения такой работы GPU сконструированы так, что могут быстро обрабатывать большие объёмы повторяющихся операций, но при этом довольно медлительны в переключении на новую задачу. GPU содержат в себе большое количество ALU, значительно большее, чем содержат в себе CPU. В результате чего GPU выполняет громоздкие математические вычисления намного быстрее чем CPU.

Аналогия:

Представим себе что CPU — это маленькая группа очень умных людей. Они способны быстро справиться с любой поставленной задачей. Тогда GPU — это большая группа «бездарей», каждый из которых не в состоянии быстро выполнить какую-либо задачу, но которых можно научить выполнять повторяющиеся действия. В таком случае производительность большого числа «бездарей» делающих однотипную повторяющуюся работу окажется выше чем производительность небольшого числа очень умных людей выполняющих ту же работу.

Это вовсе не означает что CPU жирный, избалованный или ленивый. И CPU и GPU — изготовлены из миллиардов микроскопических транзисторов, размещённых на маленьком кусочке кремния, при этом то, что позволяет CPU хорошо делать свою работу — это более сложная структура каждого элемента. Сложнее структура — больше площади занимает каждый элемент, а площадь на кремниевом чипе стоит дорого. В отличие от CPU, в GPU структура каждого элемента проста и мала по площади, что позволяет разместить на одном чипе большее количество «бездарных» элементов.

ALU в GPU разбиваются на группы, в которых каждый участник в составе группы выполняет ту же операцию что и остальные (и не может выполнять какую то иную операцию). Они все будут работать над почти идентичной вариацией одной задачи, в идеальной синхронизации друг с другом, либо будут простаивать. При майнинге в Bitcoin выполняется одна постоянная операция — обработка хэш-функций, отличающихся друг от друга только одним символом — эта задача очень хорошо подходит для обработки на GPU.

Возьмём, к примеру, GPU Radeon HD 5970 — это популярная и высокопроизводительная видеокарта для майнинга содержит в себе 3200 ALU, которые можно рассматривать как 3200 «бездарных исполнителей», обученных делать одни и те же повторяющиеся задачи до тех пор, пока им не придётся прерываться для принятия каких либо решений. Radeon HD 5970 сконструирован по архитектуре VLIW-5, это означает что 3200 исполнителей объединены в 640 групп, и каждая группа способна выполнить 5 операций за 1 такт. Для сравнения возьмём 4-х ядерный CPU, способный моментально переключаться на новые задачи и принимать решения, он содержит в себе всего 4 (или небольшое кратное 4 количество) ALU. Так как ALU выполняет всю работу необходимую для майнинга в Bitcoin, то скорость майнинга напрямую зависит от количества ALU.

Вот причины по которым майнинг на GPU гораздо эффективнее майнинга на CPU: майнинг в Bitcoin не требует принятия решений, а представляет собой повторяющиеся математические операции. Принятие решений состоит только в определении «у меня есть блок» или «у меня нет блока». Это великолепная работа для выполнения на GPU.

Почему GPU AMD больше подходят для майнинга чем GPU Nvidia?

Во-первых, AMD конструирует свои GPU с использованием большого количества простых ALU (VLIW-архитектура), работающих на низких тактовых частотах (в среднем 1120-3200 ALU на частотах 625-900 МГц), в то время как конструкция GPU Nvidia состоит из меньшего числа более сложных ALU, что компенсируется повышением тактовой частоты ( в среднем 448-1024 ALU на частотах 1150-1544 МГц). Из-за разниц в архитектуре GPU ALU Nvidia занимают большую площадь, чем ALU AMD, соответственно Nvidia размещает в чипе меньшее количество ALU. Это и приводит к выигрышу GPU AMD в решении задач, в которых важнейшим является производительность ALU:

• AMD Radeon HD 6990: 3072 ALU x 830 МГц = 2550 миллиардов 32-битных инструкций в секунду
• Nvidia GTX 590: 1024 ALU x 1214 МГц = 1243 миллиардов 32-битных инструкций в секунду

Эта примерно 2х-3х кратная разница в производительности наблюдается во всём диапазоне линеек GPU от AMD и Nvidia, что сказывается в скорости решения всех ALU-связанных задач, таких как Bitcoin, подбор пароля (брутфорс) и т.д.

Во-вторых, алгоритм майнинга в Bitcoin основан на SHA-256, основная операция которого исполняется 1 инструкцией в GPU AMD (BIT_ALIGN_INT), но требует исполнения 3 инструкций в GPU Nvidia (2 shifts + 1 add), что даёт выигрыш производительности GPU AMD в 1,7 раза по сравнению с GPU Nvidia (около 1900 инструкций для AMD и около 3250 инструкций для Nvidia исполняются для функции сжатия SHA-250).

Суммарно эти 2 фактора делают производительность GPU AMD в 3-5 раз выше при майнинге в Bitcoin.

Источник https://www.moyo.ua/news/mayining_videokarta_ili_processor_3_etapa_vybora.html

Источник https://habr.com/ru/company/smileexpo/blog/409671/

Источник https://cryptor.net/kriptovalyuty/pochemu-videokarty-maynyat-luchshe-processorov