Eine kurze Geschichte der Mining-Hardware

 Lange, rund zehn Jahre, ist es her. Damals reichte die Rechenleistung des heimischen PCs, genauer die Rechenleistung dessen Prozessors (CPU, Central Processing Unit) aus, um zuhause Bitcoins zu minen. Inzwischen ist viel geschehen und der Bitcoin wird im industriellen Maßstab mit hochspezialisierten Computern, sogenannten „Minern“, in Mining-Farmen geschürft.

Mit der schnell wachsenden Aufmerksamkeit für den Bitcoin stieg dessen Wert und die Anzahl der Rechner, die sich weltweit am Mining beteiligen. Je mehr Rechner sich aber beteiligen, desto höher setzt der Algorithmus die Schwierigkeit und damit den Rechenaufwand, um Bitcoins zu schürfen. Dadurch war eine immer höhere Rechenleistung des eigenen PCs notwendig, um an die Bitcoins zu gelangen. Sehr bald reichte daher die CPU nicht mehr aus.

Bitcoin-Mining verteuert Grafikkarten

Die Miner, so werden neben speziellen Mining-Computern auch die genannt, die Bitcoins mit ihren Rechnern schürfen, begannen im nächsten Schritt, Grafikkarten zu nutzen. Die Grafikkarten in PCs sind für die Berechnung komplexer 3-D Grafiken in modernen Spielen gedacht. Besonders gut konnte man mit Grafikkarten aber auch die Kryptowährungen, allen voran den Bitcoin, minen.

Der Wechsel vom CPU- zum GPU– (Graphics Processing Unit) Mining erhöhte die Mining-Leistung um das 50 bis 100-fache. Als Nebeneffekt zogen die Bitcoin-Miner den Zorn der PC-Gamer auf sich. Denn ab Ende 2017 stieg aufgrund der enormen Nachfrage nach Grafikkarten auch deren Preis. Unterdessen wuchsen das Bitcoin-Netzwerk und die erforderliche Rechenleistung weiter.

FPGA und ASICs

Daneben wurden ab Ende 2011 auch FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) eingesetzt, welche eine noch höhere Energieeffizienz als GPUs aufweisen konnten. Diese wurden aber schon kurz darauf durch die ersten ASICs (Application-Specific Integrated Circuit, „anwendungsspezifische integrierte Schaltung“) abgelöst. Sie stellen den finalen Schritt in der Entwicklung von Minern dar.

Während CPUs, GPUs und FPGAs neben dem Bitcoin-Algorithmus auch andere Rechnungen ausführen können, sind die ASICs auf eine einzige Funktion programmiert. Diese führen sie aber effizienter aus als jeder andere Chip. Ein ASIC, der für das Minen von Bitcoins programmiert wurde, kann nur Bitcoins minen. Damit konnte die Effizienz gegenüber der GPU-Technik noch einmal ungefähr verfünfzigfacht werden, bei gleichzeitig sehr viel geringerem Energiebedarf.

Die Anwendung von ASICs zum Bitcoin-Mining stellte den letzten Generationswechsel in der technischen Entwicklung der Mining-Hardware dar. CPUs wurden also durch GPUs ersetzt, die durch FPGAs abgelöst wurden. Dann kamen die Miner auf Basis von ASIC-Chips. Jetzt wird schrittweise die Effizienz der ASIC-Miner weiterentwickelt. Es sind dabei aber keine Vervielfachungen der Leistung mehr zu erwarten, wie das bei den zurückliegenden Entwicklungen der Fall war.

Das Innenleben eines Mining-Computers

Wie sieht so ein ASIC-Miner aus? Der Antminer des chinesischen Herstellers Bitmain, einer der am weitesten verbreiteten Mining-Computer, ist eine silberne Metallkiste von der Dimension eines Schuhkartons. Der Antminer S 17 ist das zurzeit aktuelle Modell. Er wiegt 11 Kilo und besteht aus folgenden Bauteilen:

Bitmain Antminer S17 Pro-53TH/s
  • 3 Hashboards mit insgesamt 144 ASICs-Chips (das eigentliche Rechenzentrum) 
  • Controlboard (führt die Funktionen zusammen und stellt u. A. die Verbindung zum Internet her)
  • 4 Lüfter (Kühlung)
  • Netzgerät zur Stromversorgung
  • Verkabelung

Der ASIC-Miner ist mit dem SHA-256 Algorithmus für das Bitcoin-Mining programmiert. Im Betrieb entwickelt der Antminer S17 eine Lautstärke von 82 Dezibel.

Stromverbrauch entscheidend

Der Stromverbrauch des Antminers S 17 beträgt pro Stunde je nach Betriebsart zwischen 1,3 und 2,8 Kilowatt. Der Strombedarf verdeuticht, dass der Strompreis die wichtigste Einflussgröße beim Bitcoin-Mining darstellt. Heutzutage wird der Bitcoin längst professionell im industriellen Maßstab gemint. In großen, klimatisierten Datenhallen stehen die Miner zu Hunderten und Tausenden.

Die Northern Bitcoin AG ist beispielsweise ein Unternehmen, das großen Wert darauf legt, den Strom für seine Miner aus regenerativen Energiequellen zu decken. Sie betreibt ihre Miner in einer zu einem Rechenzentrum umgebauten ehemaligen Mineralmine in Norwegen. Der Strom dafür gewinnt sie aus der dort in großen Mengen verfügbaren kostengünstigen Wasserkraft.

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Quellen

Bitmain. (2019). Antminer S17 Pro-53TH/s, unter: https://shop.bitmain.com/product/detail?pid=00020190407195201905KA2GYCYc0654 (aufgerufen am 25.05.2019).