La evolución de los ASIC de Bitcoin se está estancando y algunos afirman que la ley de Moore ha muerto.
Sin embargo, a pesar de que las actualizaciones de los microchips se ven obstaculizadas, la eficiencia energética y las capacidades de hashing de los ASICs siguen mejorando. Estas hazañas de ingeniería, combinadas con una disponibilidad limitada de mineros, significan que los requisitos de potencia de la prueba de trabajo de Bitcoin también están disminuyendo.
Esta es la segunda de una serie de tres partes en las que se perfila el consumo de energía del PoW de Bitcoin. Aquí echamos un vistazo más de cerca a la ley de Moore, la eficiencia de los ASIC, y la fabricación de microchips y los retrasos.
La Ley de Moore
La Ley de Moore establece que los transistores de los chips de microprocesamiento se duplican cada dos años y que los costes de producción se reducen constantemente. Los avances de la tecnología, como la electrónica doméstica, los teléfonos móviles, los dispositivos médicos y los automóviles, reflejan la premisa de Moore. Curiosamente, los circuitos integrados han contribuido a un tercio del crecimiento [ENG] de la productividad estadounidense desde 1974.
Sin embargo, los críticos sostienen que la ley de Moore está muerta. Por ejemplo, Intel tardó cinco años en pasar de los chips de 14 nanómetros (nm) a los de 10 nm. Además, en los últimos tres años los ASIC para la minería de bitcoin se estancaron en los 7nm de TSMC y los 8nm de Samsung.
A pesar de que la ley de Moore se ha roto, el hardware, el software, los algoritmos u otras hazañas de ingeniería proporcionan una reducción adicional de energía. Por ejemplo, los fabricantes de mineros de bitcoin han conseguido duplicar la capacidad de hashing en los últimos tres años, pasando de 50 TH/s a más de 100 TH/s, utilizando los mismos chips de 7-8nm.
Resulta emocionante que TSMC estime que en 2022 saldrán al mercado chips de 3nm que podrían reducir el uso de energía en un 56% en comparación con los de 7nm. Sin embargo, el lanzamiento de productos de microchips y la producción de ASIC a gran escala son dos asuntos muy diferentes, que se analizan más adelante.
Resulta emocionante que TSMC estime [ENG] que en 2022 saldrán al mercado chips de 3nm que podrían reducir el uso de energía [ENG] en un 56% en comparación con los de 7nm. Sin embargo, el lanzamiento de productos de microchips y la producción de ASIC a gran escala son dos asuntos muy diferentes, que se analizan más adelante.
Interactúa: Selecciona una serie haciendo clic en la leyenda de arriba. 2022 son sólo predicciones.
Consumo De Energía De Los ASIC
Los mineros de Bitcoin acuñan monedas, añaden transacciones a la cadena de bloques y mantienen el libro de contabilidad público. Para hacer esto los mineros de bitcoin consumen mucha energía. Pero, como supone la Teoría del Bitcoin Verde (Green Bitcoin Theory) [ENG], los fabricantes de hardware de minería continúan lanzando máquinas que consumen menos electricidad por TH.
Esto, junto con los retrasos en la producción de ASIC [ENG], ha reducido la tasa de crecimiento del consumo de energía del PoW de Bitcoin. Si un millón de mineros adicionales se unen a la red este año, como se ha predicho [ENG], el PoW de Bitcoin consumirá 20 TWh adicionales en 2022. Este aumento del 36% es la misma tasa de cambio que el año pasado (+35%), frente al crecimiento exponencial anterior a 2018.
Tasa de hash de la red en terahashes frente a la tasa de calor de la red en terawatios por año en escala logarítmica. Adaptado del método basado en la física de Bain [ENG]. Cada columna azul representa el modelo de la serie S de Antminer de próxima generación. Estimaciones para 2022.
Un concepto similar puede verse en la industria de la gran tecnología, como se muestra a continuación. A pesar de que la ley de Moore no se actualiza, las tendencias energéticas se mantienen estables ante el aumento de la carga de trabajo y el tráfico de Internet. Esto se debe a la mejora de la refrigeración, el software, la infraestructura de red, etc.
Carga de trabajo de los centros de datos frente a las tendencias de consumo de energía de la IEA.
Por lo tanto, en teoría, la minería de bitcoin debería seguir el mismo camino. A medida que la tecnología de minería de bitcoin evoluciona, las tasas de consumo energético total pueden alcanzar un equilibrio relativo. Sobre todo, porque las máquinas menos eficientes mueren, las recompensas de los mineros disminuyen y la dificultad se ajusta con el tiempo.
Pero, ¿por qué es tan difícil exprimir más potencia de hashing en los ASIC? Averigüémoslo.
¿Qué Son Los Chips De Microprocesamiento?
Los ASIC, o circuitos integrados de aplicación específica, fueron inventados por Robert Noyce en 1967. Estos cuadrados de silicio de ingeniería tienen un diseño de sistema en un chip (SoC). Todos los circuitos, transistores y componentes electrónicos se interconectan en cada microchip. Actúan como el cerebro de las máquinas de minería de bitcoins. Los microchips también pueden recibir el nombre de troquel, circuito integrado o semiconductor.
El tamaño del chip se expresa en nanómetros (nm), o milmillonésimas partes de un metro. A modo de comparación, su cabello crece a una velocidad de 1 nm por segundo [ENG]. Aunque, de forma confusa, el tamaño en nm se refiere exclusivamente al tamaño de la puerta y a la generación del chip y no retrata con exactitud el diseño o las tecnologías lógicas [ENG]. Por ejemplo, un chip de 7 nm bien diseñado puede superar a un chip de 5 nm mal diseñado en cuanto a uso de energía por terahash. Por lo tanto, se proponen sistemas de clasificación alternativos, pero aún no se han adoptado de forma generalizada.
¿Cómo Se Fabrican Los ASIC De Bitcoin?
Como los chips de microprocesamiento son tan complejos [ENG], su creación requiere hasta 4 meses de procesamiento químico [ENG]. Para empezar, el silicio se cultiva en condiciones estériles en grandes obleas circulares. A continuación, se imprimen y colocan capas fotolitográficas y metálicas sobre esta base de silicio. A medida que los microchips se hacen más pequeños, caben más en una oblea. Así, tal y como estipula la Ley de Moore, la producción debería abaratarse con el tiempo.
Ejemplo de una oblea de silicio [ENG]. Se trata de un macrochip de 4″ cuadrados con transistores y circuitos microscópicos.
Los chips viables se separan de las obleas, se prensan en tarjetas de alojamiento y se montan en placas de hash. Los fabricantes de hardware ASIC de Bitcoin utilizan cientos de microchips por modelo de minero, y la mayoría contienen tres placas de hash. A continuación, se muestra una comparación de dos generaciones diferentes de placas de hash Antminer. Observe que la placa S9 tiene más tarjetas de menor eficiencia que la S17.
Placa de hash Antminer S9 de 2017 con 169 chips de 16nm, frente a la placa de hash Antminer S17 de 2019 con 144 chips de 7nm.
Retrasos En Los Microchips
Los economistas calculan que los esfuerzos de investigación para mantener la Ley de Moore se han multiplicado por 18 [ENG] desde 1971. Este esfuerzo ha provocado que el número de fundiciones de ASIC de alta calidad se haya reducido de veinticinco en 2003 a sólo tres en la actualidad. De estas tres, los fabricantes de hardware de minería eficiente sólo utilizan dos: Samsung en Corea del Sur, y la taiwanesa TSMC en la República de China.
Además, la I+D de los mineros de Bitcoin es cara y requiere mucho tiempo. Los fabricantes deben diseñar los ASIC y los procesos de producción junto con las fundiciones. La precisión es vital porque los ASIC no pueden reprogramarse. Los esfuerzos a veces fracasan.
Una vez que los microchips están en manos de los fabricantes de mineros, las tolerancias estrictas siguen siendo difíciles de ejecutar. Construir y codificar el hardware, el software y los sistemas de refrigeración es tedioso. Por ejemplo, Bitmain y Canaan [ENG] informaron de la llegada de mineros de 5nm en 2019, y MicroBT [ENG] anunció equipos de 5nm en 2020. Todavía no hay ninguno disponible.
Además, los jugadores serios como Apple tienen prioridad para el espacio de fundición sobre los fabricantes de mineros de bitcoin. Esto ha dado lugar a pedidos pendientes y suministros limitados de hardware ASIC de nueva generación durante el próximo año. Por ejemplo, los principales fabricantes, Bitmain, están agotados hasta el otoño, y MicroBT, aparentemente, para los próximos dos años. Por ello, Canaan [ENG] está recurriendo a otros sistemas, como la refrigeración por inmersión, para aumentar la eficiencia de los mineros.
Para combatir la alta demanda de varias industrias Samsung [ENG] está construyendo una nueva planta de fabricación en Texas, y TSMC [ENG] en Arizona. Pero la construcción tardará entre 2 y 3 años, seguidos de un año más de preparación. Además, construir una fábrica de semiconductores de última generación cuesta más de 16.000 millones de dólares [ENG], un costo que aumenta un 13% al año.
¿Quizás en 2024 los estadounidenses fabricarán mineros de bitcoin?
Residuos De La Producción
Por último, las obleas de silicio contienen algún porcentaje de impurezas. Esto se debe a errores lógicos o cosméticos, como la oxidación, el polvo atrapado o los arañazos.
Mientras que otras empresas tecnológicas utilizan sólo los chips más puros en dispositivos como los teléfonos móviles, se rumorea que los fabricantes de hardware para la minería de bitcoin utilizan chips que de otro modo se desperdiciarían para crear modelos de precio reducido como la serie Antminer T [ENG]. Aunque esto no puede confirmarse. Sin embargo, de ser cierto, la fabricación de ASIC de bitcoin podría ser más sostenible que la de otras industrias similares.
RIP Ley de Moore
En resumen, la ley de Moore ha muerto porque el plazo de multiplicación de los transistores en los chips de microprocesamiento se está alargando a más de 2 años y es cada vez más costoso. Además, existen retrasos en la producción de ASIC debido a la competencia y a la laboriosa I+D. Esto reduce la capacidad de los nuevos mineros que se incorporan a la red.
Para compensar, los fabricantes de mineros de bitcoin mejoran las capacidades de hardware y software, así como los sistemas de refrigeración. Los desarrollos de ingeniería continúan obteniendo más terahash por joule y reduciendo la huella de carbono de PoW.
Las mejoras en los ASIC de los mineros de Bitcoin, junto con los retrasos en la producción, dan lugar a límites en el crecimiento de la tasa de hash de la red de Bitcoin y la firma de calor con el tiempo.
– El último artículo de esta serie investiga la minería de bitcoin en los centros de datos y la cambiante demografía energética de China [ENG].
– Consulta nuestro primer artículo, Los mineros exigen una energía más limpia [ENG], por si te lo has perdido.