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MER:礦機芯片的秘密:從原子結構說起的精彩故事_CMERGE

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本文講一下一個神奇的小部件:芯片。

你用過芯片嗎?

什么是文化,如果說文化就是“日用而不知”的習慣,那么,芯片就是當代人類的文化。

無論是冰箱、彩電、汽車、計算機、手機,都需要大量的芯片進行運算,發出指令信號,可以說只要有電的地方就有芯片。

只是芯片隱藏在機器之中,我們看不見,體現給我們的是外部的功能實現,所以大家也就看不到芯片。比特幣礦機的發展,讓人們注意到算力芯片,9nm、7nm、5nm的詞匯也開始傳入大家的耳朵里,感覺很厲害,至于怎么厲害,多數人也只能說出,數字越小越厲害,挖比特幣的效率越高。

這種回答,顯得有些單薄,如果是從業者,這樣的回答就顯得缺乏職業素養,但是,也不怪人們的認知問題,因為本來沒有幾個人說得清楚,今天我就嘗試以一篇文章,把這塊骨頭啃下來,建立知識框架,讓我們明白,美國人的芯片封鎖是怎么回事?礦機芯片是怎么回事?芯片的本質到底是什么?

隨著美國對中國芯片技術的封鎖,芯片這個名詞,又一次成為全球熱點,那么為了理解芯片,我們從最基礎的原子結構講起。

你沒有聽錯,就是原子結構,不過我會講得非常輕松愉快,會將閱讀流程近似于看電影的體驗。好了,系好安全帶,準備發車。

礦企Merkle將于5月收到4449臺比特大陸新礦機S19 Pro+ Hydro:2月6日消息,總部位于美國加州的Merkle Standard將成為美國首批獲得比特大陸最新礦機S19 Pro+ Hydro的加密礦企之一,該設備使用液體冷卻技術,可以降低熱量、功耗和噪音,并延長機器的使用壽命。

Merkle與比特大陸簽署一項協議,將在5月份獲得4449臺最新礦機,這些機器可為該公司增加約840 PH/s的挖礦能力。Merkle將在其位于華盛頓東部的旗艦數據中心部署所有比特大陸礦機,該數據中心擁有225兆瓦(MW)的容量,潛在的擴展能力高達500兆瓦。該礦商預計到今年年底將實現凈碳負排放,并達到4.6 EH/s的算力。(CoinDesk)[2022/2/6 9:34:12]

上圖類似飛鏢靶子的圖形,就是碳原子的原子結構,中間一個電子核,最外邊有四個電子,總共六個電子。

泰國Jasmine Group旗下子公司JTS計劃在比特幣下次減產前部署5萬臺礦機:泰國Jasmine Group旗下子公司JTS目前已簽訂了500臺比特幣礦機的采購合同,并于第三季度在Jastel數據中心開始安裝。此外,該數據中心的擴建工程正在進行中,預計將于2022年初新增5000臺礦機并投入使用。JTS計劃在比特幣下次減產前部署5萬臺礦機,屆時總算力將超過5EH/s,此外JTS還計劃在2024年成為東南亞最大的比特幣礦業中心。[2021/7/26 1:16:38]

硅原子的核外電子層數比碳原子多了一層,多了四個原子,最外層的電子是元素最體現化學性質的地方。也就是說,硅原子會比碳原子更加活潑,因為最外層的電子距離原子核比較遠,電子核的正電對電子的負電荷吸引力就較弱。

宏觀上表現為容易失去電子,除了氫和氦之外,其他原子,和別的元素結合達到8電子后就會形成穩定狀態。比如大家天天吃的食鹽的主要組成是NaCl,Na失去一個電子,Cl得到一個電子,各自都是8電子結構。這種就是離子鍵。另外一種是共價鍵,不同原子核可以共用電子形成共價鍵,比如兩個碳原子,放到一起,每個原子外邊有穩定的八電子結構。

碳族元素最外層是4個電子,處于中間位置。如果最外層是1個電子,就容易失去電子,最外層是7個電子就容易得到電子。中間位置的碳族元素,處于中間態,所以可以失去也可以得到,這就出現了最重要的一個詞:半導體。

嘉楠耘智將向Mawson提供11760臺比特幣礦機:納斯達克上市公司嘉楠耘智(NASDAQ:CAN)周三宣布,它將向美國上市公司Mawson Infrastructure(WIZP:OTCQB)提供11760比特幣礦機。

嘉楠耘智表示,將在2021年全年運輸和安裝用于Mawson Infrastructure的A1246 ASIC阿瓦隆礦機,為其全球加密挖礦業務增加1.05EH算力。(CoinDesk)[2021/4/21 20:45:14]

Si下面的Ge、Sn,Pb則直接成為了金屬元素直接就可以導電。Si上面的元素C是構成地球上有機生命體的基礎,而Si硅本身就成為完美的半導體材料,硅谷的名字也是這么來的,所以,很多科幻小說,說碳基生命和硅基生命的根據也是源于此處,但是硅基生命和碳基生命的生成原理是不同的,前者是邏輯電路導通,后者是共價鍵有機物化合。直白一點就是硅基生命是變形金剛那一類,碳基生命是我們人類這一類,扯遠了。

現在已經找到了好的材料,怎么實現邏輯電路呢?

動態 | 芯動發布Grin G32礦機參數,預計在8月交付:4月17日,芯動官方推特公布了G32礦機的參數。G32礦機是用于Grin幣種的礦機,有三種型號。目前G32礦機采取預定方式,預計交付時間是2019年8月[2019/4/17]

一邊放硼元素B,一邊放磷元素P,特殊光線一照射,B和Si生成共價鍵,P和Si也形成共價鍵。

所以,對于8電子穩定結構,B和Si只有7個電子,少了一個電子;而P和Si有9個電子,多了一個電子。這就出現了一個趨勢,雖然大家都不是金屬,但是有了金屬的性質,多的一個電子,就有跑到少一個電子地方的趨勢。因為中間部分是半導體Si所以電子不會跑來跑去,而是就呆在那里待命。

等待什么命令呢?加上電壓。如果電壓從B到P,也就是B這邊是正極,P那邊是負極,電子就會在電壓作用下,從右邊跑到左邊。電壓反過來,就導不通。這就是二極管單向導通的原理。

螞蟻礦機B3將對老客戶進行退款:“螞蟻礦機銷售”公眾號發布“B3老客戶退款公告”。退款對象:截止本公告發布時,已通過螞蟻礦機官網購買單價為人民幣17000元的B3且已經全額支付價款的客戶。退款方案:對于退補對象,每購買一臺單價為人民幣17000元的B3且全額支付價款的,退還購機款人民幣4000元。[2018/5/2]

根據二極管原理就形成了上圖所示的邏輯門。“與門”“或門”“非門”,然后這些邏輯門進行拼接就形成了邏輯更加復雜的電路,計算機的世界就此打開。0和1在機器里有規律地蹦來跳去。

簡單的邏輯算法,經常億萬次的計算就可以集成為復雜的電路實現功能。

電路材料從真空管變成晶體管,從20世紀八九十年代,計算機的大發展,導致了對運算能力的需求不斷提高,很多發達國家開始大力投入芯片的研究,那時候我國經濟建設剛剛有些起色,自然沒有能夠全力投入研發。

電腦的CUP發展迅速,于是英特爾公司的創始人之一戈登摩爾,提出了摩爾定律,也就是18個月芯片性能增加一倍。這個定律基本上是拍腦門說出來的,因為這只是一個觀測規律沒有什么真正的理論支撐。

下面看一下,芯片的制作流程。

首先從沙子里高溫提取出單質硅,這里的硅是穩定的晶體結構,做成一個硅柱。

然后把切成很薄的圓片。

然后,光刻。在圓片上面涂上感光材料,然后在強光的照射下性質會改變,從不溶于水變成溶于水。控制光線,去照射不同的位置后,用水一沖,得到了凹槽。

凹槽中是露出硅單質的,然后對不同的部位摻入上文說的硼和磷,邏輯電路就在凹槽中形成,多余的硅也可以用腐蝕液給弄掉。這樣就形成了一個一個的晶體管,當然,凹槽中也可以參與金屬材料,這樣形成電容電阻等電子元器件。

開個腦洞,人類幾十億人如果每個人在高等文明的眼里只是一個晶體管的話,那么,地球的運算能力對于高等文明也就是一個指甲蓋。

光刻的精度決定了芯片的質量,晶體管的尺寸已經小到指甲蓋大小的面積上,能集成10億個以上的晶體管。光刻機很重要。設計環節非常關鍵,核心價值幾乎都牢牢掌握在美國手里。

現在的問題是,為什么中國能干出格力、小米、海爾這樣的企業卻做不出來芯片呢?

手機、家電可以用中國的人口紅利和廉價勞動力,我的東西做得多做得好,又非常便宜,我直接打開銷路去打低端市場,然后走到中高端,高端,賺了錢不斷迭代到最好就好了,別的國家很難和我們競爭了。

那么,芯片為什么不可以從低端市場做起慢慢發展?

網上都在說國家投入不夠,資源錯配,起步晚等等問題,其實這些都不是根本的問題,其他行業也有同樣的問題,照樣克服。

因為芯片行業幾乎沒有廉價低端市場,也就是說你做了芯片必須是頂級的,一般般的芯片根本沒人用,不只是因為性能,因為你的爛芯片比人家的好芯片還貴!連價格優勢都沒有。

芯片行業更新速度快,市場永遠最需要最高性能的芯片。設計、流片、生產等等環節,都需要大量資金投入,但這個不是問題,因為新一代芯片需求量巨大,直接把成本攤薄了,利潤可觀的情況下,沒有必要賣到客戶承受不起。其實芯片的價格從一定程度來說已經是非常便宜了。所以市場上,全部都是最高等級的芯片,芯片業幾乎沒有低端市場。

那為什么中國礦機廠商的芯片為什么可以領先?

有幾個原因:

第一,ASIC算力芯片本身的邏輯電路極為簡單,不需要完成復雜的運算,只是哈希碰撞找數而已,功能非常單一,容易設計出來。這一點要承認,不信你去設計生產出來英特爾芯片試試,世界上第一臺ASIC礦機也是美國搞出來的,不過我國人民的勤勞智慧以及資本的涌入讓這個產業迭代非常快,巨頭還沒反應過來,咱們的貨都賣到他們家門口了;

第二,礦機還有很多別的供應鏈因素,中國有最好的電子產業供應鏈,就像手機、無人機廠商需要把廠安在珠三角地區;

第三,亞洲的數字貨幣市場又大發展又快,一旦形成規模效應,后面的追趕都不是很容易,這和手機的邏輯是一樣的。

芯片是工業制成的皇冠,復雜程度絕不是一篇文章能夠完全說明白的。

本文從原子結構引到硅材料,從半導體二極管講到光刻機以及芯片制造流程,統籌分析了目前的芯片及礦機芯片的發展,相信會為有志于礦機和數字貨幣行業的人開啟一扇小小的窗戶。

區塊鏈投資本質就是金融投資,金融投資是一項非常綜合復雜的活動,要搜集和了解很多方面的信息,才能做出可能有效的判斷,對礦機的基本了解,對算力的增減,礦機廠商的動作分析都是必備的要素。如果只是非常單純的看別人炒幣賺錢,覺得自己就能賺錢,是非常淺薄的認識,因為市場上賺錢的永遠是少數人,那些用心用腦并且有點運氣的少數人。

作者:村頭二舊

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