FLO:往事：開創者揭秘比特大陸S9如何成為“一代機皇”_量子比特幣創始人

作者：比特大陸前技術總監謝丹

來源：吳說區塊鏈

前言：隨著大算力礦機集體入場，一代機皇螞蟻礦機S9將要退出歷史舞臺。回顧歷史，作者認為，成都團隊通過動態觸發器，實現了對競爭對手的跨代優勢，也是S9成功的主要原因。S9的設計是比特幣礦機的奇跡，成為了比特幣礦機中生產最多的礦機，生命周期三年多，被稱為機皇。文章觀點為作者個人意見，不代表吳說區塊鏈立場。

2014年8月，我在成都開了一家后端設計服務公司，我想做有增值價值的后端設計服務。在找客戶的時候，我上網搜索了一下，覺得做比特幣礦機的公司應該有著這方面的需求，于是給當時比特大陸的網站上的郵箱寫了封電郵：

當時，我給很多家集成電路設計公司都寫過郵件，而比特大陸是最快回復的一家。后來聊天的時候了解到，這個郵箱當時是吳忌寒吳總在使用，比特大陸那時正好也在尋找提高芯片競爭力的方案。于是吳忌寒把這個郵件轉給詹克團詹總，詹總九月路過成都和我見面了。詹總和我面談了兩次，大家聊得不錯。詹總覺得這個項目時間很長，風險較大，且存在知識產權的顧慮，建議我解散公司，帶領團隊加入比特大陸。

以太坊Layer2上總鎖倉量回落至87.7億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量回落至87.7億美元，近7日跌0.02%。其中鎖倉量最高的為擴容方案ArbitrumOne，約58.4億美元，占比66.62%，其次是Optimism，鎖倉量17.1億美元，占比19.57%。[2023/5/17 15:07:04]

2014年10月，我帶著兩個人的小團隊正式加入比特大陸，成為比特大陸的全定制部門。最初的方向就是郵件中講的多米諾邏輯。

多米諾邏輯是一種比較成熟的動態邏輯結構，其主要形態是這樣的：

多米諾邏輯電路相對于對應的靜態電路，有著以下優點和缺點：

因為信號只需要驅動N管，所以電容較小，速度較快。

Ordi價格出現瞬時異常波動，現已恢復至20美元上方:金色財經報道，BRC-20.io數據顯示，比特幣銘文代幣Ordi此前一度突破100美元，隨后快速回落，現報21.54美元，24小時跌幅11.69%，當前市值4.52億美元。此外，BRC20代幣是一條一條銘文交易的，價格波動較大，請做好風險控制。

關于此次波動異常，尚不清楚是否因BRC20顯示異常或其他鏈上數據異常導致，后續詳情金色財經將持續跟進報道。[2023/5/10 14:54:36]

因為A點是動態點，所以最后的反向器M3/M4是必須的。

A點存在charge-sharing的問題。

M1，M2，M3，M4為新增器件，PMOS為減少器件

因為M1、M2為時鐘信號驅動，所以它的功耗至少是其它普通信號的2倍以上。

所以，從功耗上考慮，M1與M2因為是時鐘信號，它的功耗至少按照兩倍信號的功耗算，則M1+M2+M3+M4的功耗是增加了6個MOS管的功耗，對于一般邏輯來說，超過12個MOS管的標準單元庫并不多。從面積上講，M2+M4增加了2個NMOS管的面積，而PMOS雖然少了，但在版圖上很難把這節省的面積體現出來。也就是說：多米諾邏輯雖然會加快芯片速度，但是面積與功耗都稍有增加。

Beosin：2022年全年Web3領域因各類攻擊造成的總損失達到了36億384萬美元:金色財經報道，2022 年全年，Beosin EagleEye 安全風險監控、預警與阻斷平臺共監測到 Web3 領域主要攻擊事件超 167 起，因各類攻擊造成的總損失超 36 億美元，較 2021 年攻擊類損失增加了 47.4%。其中單次損失超過一億美元的安全事件共 10 起，1000 萬至一億美元的安全事件共 21 起。[2022/12/29 22:14:40]

當我們2015年1月把結論提交的時候，基本確認了多米諾邏輯是不適應礦機芯片的。比特幣礦機芯片因為純并行運算，速度并不那么重要。礦機最大的成本在于電費，所以，功耗是最重要的。我們在進行面積與功耗的大拇指規則評估時，功耗的權重是面積和速度的3倍以上。

我們多米諾邏輯嘗試的失敗，并沒有打擊我們的探索，因為我們發現了一種適合動態邏輯其積大管子多的標準單元，而這種標準單元有一個很明顯的例子，就是觸發器Flip-flop。于是我們重回開始，以動態的觸發器做為攻堅目標。

數據：MetaMask Swaps累計成交量當前為5,551,722筆:金色財經報道，據Dune Analytics數據顯示，MetaMask Swaps功能累計成交額已突破200億美元，截至目前達到22,908,380,662美元；累計成交量超過500萬筆，當前為5,551,722筆。此外，現階段MetaMask周均Swap交易成功率為97.69%，獨立賬戶數為1,426,636個。[2022/10/23 16:35:42]

在集成電路的開始，上個世紀的七十年代，因為每個晶體管的成本高，所以，那個時候的觸發器都是動態的，無論是dominoflip-flop，C2MOSedge-triggeredflip-flop,還是TSPCpositive-edgeFlip-flop等，都是當時的產物。我們從中發現了寶庫。

比如一個TSPCpositive-edgeFlip-flop，它的邏輯如下：

英國強制加密交易所報告涉嫌違反制裁的行為:金色財經報道，加密貨幣交易所必須根據新規則向英國當局報告涉嫌違反制裁的行為，因為人們擔心比特幣和其他加密資產被用來規避針對俄羅斯入侵烏克蘭而施加的限制。

官方指南于8月30日更新，明確將“加密資產”包括在對個人或公司實施制裁時必須凍結的資產中。除了比特幣、以太坊和USDT等數字貨幣外，加密資產還可以包括其他名義上有價值的數字資產，例NFT。

由財政部金融制裁實施辦公室制定的規則將意味著，如果加密貨幣交易所未能報告被指定接受制裁的客戶，則將構成刑事犯罪。根據規則，如果加密貨幣交易所懷疑其客戶之一受到制裁，或者懷疑違反制裁規定，則必須立即采取行動，賦予他們對房地產經紀人、會計師、律師和珠寶商等專業人士類似的義務。[2022/9/5 13:08:49]

仍然按照我們clockgate算作兩個gate的話，這個flip-flop總共就是4*2+7=15個gate等價。

而我們之前最常用的靜態觸發器的結構是這樣的：

再加上clk的反向器，這個我們加一起就是?8*2+12+4=32個gate等價。靜態邏輯的觸發器等價管子數功耗比動態邏輯多1倍以上。

同樣的，從面積上看，動態邏輯是11個器件，而靜態邏輯是22個器件，正好是一倍的面積。

我們在確認了采用動態邏輯的觸發器之后，接下來就是如果融入我們的設計流程。我們最后在靜態邏輯的觸發器的功能描述上，增加了部分時間的約束，以防止動態邏輯中漏電流導致動態電容點漏電。并且在時序和功耗提庫時，用靜態觸發器的一些參數進行套用。簡單說，我們在動態邏輯上加了一個外框，讓它在前端設計人員看來，就是一個正常的靜態觸發器，對于前端設計與綜合，沒有任何的不同。

完成了對動態觸發器的提庫，我們相當于有一個面積為原來一半，且功耗為原來一半，時序幾乎類似的新的觸發器了。因為比特幣需要不停地計算，所以靜態觸發器需要保存較長時間的數據就沒有必要。當我們在完成動態觸發器之后，比特幣這種分布運算以及完全流水線的邏輯就特別適合動態觸發器了。對于pipeline流水線來說，它的結構是這樣的：

我們可以直接改為：

考慮到現在新的動態觸發器的面積和功耗只有原來的一半，新的流水線在相同面積和相同功耗下，增加了一倍的速度。在我們比特幣的礦機芯片，就是自己從32級流水線改為了64級流水線，增加一倍算力。

我們在2015年中完成對28nm的BM1385芯片設計，并且在2015年年底完成對16nm的BM1387芯片設計。在性能體現上，我們的28nm幾乎和對手的16nm相同的性能，而我們的16nm芯片則是對手的一半成本。通過動態觸發器，我們實現了對競爭對手的跨代優勢。特別是S9的設計，是比特幣礦機的奇跡，成為了比特幣礦機中生產最多的礦機，生命周期三年多，被稱為機皇。

在幾乎不需要軟件環境的數字貨幣挖礦行業，一件產品只有競爭對手一半的成本，這是非常大的競爭優勢，這意味你可以進行隨心所欲的價格戰優勢。因為你賣到對手不掙錢了，而比特大陸還有50%以上的毛利率。正是憑借著動態邏輯這個秘密武器，依靠S7與S9的銷量成功，讓比特大陸從不到20%市場份額的群雄紛爭局面一舉變成一家獨大。

比特大陸崛起的一個直接現象，就是國外比特幣芯片公司的退出市場，2014年和2015年高調的KNC、bitfury、Spondoolies-Tech、21Inc.都很快宣布破產或者退出礦機芯片市場。

隨著比特大陸一些員工的離開，動態觸發器這個技術逐漸地傳播到國內其它的芯片開發商那里，但是這個技術基本還是約束在國內了。2017年日本GMO還在12nm以及7nm試圖進入這個領域，從這家公司的宣傳上看，他們還是采用的靜態觸發器的結構，再加上遇上了2018年的熊市周期，一年后就虧損退出這個市場，是可以預期的。

在16nm之前，新一代工藝mask在數百萬美元以內，而重新設計動態邏輯的技術、人力與風險顯然是高于數百萬美元的，所以動態邏輯的優勢無法體現。然而16nm之后，新的10/7nm，以及將來的5nm的成本都數千萬美元了。動態邏輯能夠超越一個制程節點的性能就會讓它顯得更加優勢，煥發出新的生命力。我期待著更多的應用動態邏輯的公司出現，讓這個古老的設計藝術重現在我們時代。

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