比特币是如何产生的？

比特币在点对点网络基于区块链技术完成解码运算后奖励给运算者的礼物，全网每10分钟产生一个区块，解码获得该区块，包含12.5个比特币。这个过程被称为挖矿。

一，挖矿原理

最初的时候，我们用电脑CPU就可以挖到比特币，比特币的创始人中本聪就是用他的电脑CPU挖出了世界上第一个创世区块。然而，CPU挖矿的时代已经过去了，现在比特币需要通过ASIC和大规模集群挖矿才能产生了。

回顾挖矿的历史，比特币的挖矿基本经历了下面的这五个时代“

（1）CPU挖矿

（2）GPU挖矿

（3）FPGA挖矿

（4）ASIC挖矿

（5）大规模集群挖矿

芯片的更新换代带来的挖矿速度的革新：

CPU（20MHash/s）——GPU（400MHash/s）——FPGA（25GHash/s）——ASIC（3.5THash/s）——大规模集群挖矿（3.5THash/s*X）

挖矿速度，专业的说法叫算力，就是计算机每秒产生hash碰撞的能力。也就是说，我们手里的矿机每秒能做多少次hash碰撞，就是算力。算力就是挖比特币的能力，算力越高，挖得比特币越多，回报越高。

在比特币的世界里，大约每10分钟会记录一个数据区块。所有的挖矿计算机都在尝试打包这个数据块提交，而最终成功生成这个数据块的人，就可以得到一笔比特币报酬。最初，大约每10分钟就可以产生50个比特币的报酬，但是该报酬每4年减半，现在每10分钟比特币网络就只能产生12.5个比特币了。

而要成功生成数据块，就需要矿工找到那个有效的哈希值，要得到正确的哈希值，没有任何的捷径可以走，只能靠猜，才的过程就是计算机随机hash碰撞的过程，猜中了，你就得到了比特币。

二，挖矿方法

挖矿芯片经历了CPU挖矿到GPU挖矿到FPGA挖矿，如今走入了ASIC挖矿时代，然而挖矿的方式也经历了从一两台看矿机挖矿到小矿机作坊，再到如今走入了大规模矿场挖矿的时代。

（1）挖矿方式：从一台矿机到大规模矿场

如果你开始尝试挖矿，你需要准备一台矿机，一台能联网的电脑，一个AUC，一个树莓派，电源及各种连接线等。各种设备的链接顺序为网线>树莓派>MicroUSB线>AUC>4PIN连接线>矿机和电源。

各种设备的功能如下：

矿机

树莓派（控制器），挖矿只需要做简单高效的数值计算，矿机运作的程序就写在小巧的树莓派里。每个树莓派约可以控制约60台矿机。

AUC，转换器，而每个AUC也可以串联多台矿机。

电源，通电。

把所有这些设备连接好，接通电源，修改树莓派IP网段和路由器IP网段一致，并设置矿工，然后连接矿池就可以开始挖矿啦！

如果需要部署多台矿机，则还需要变压器等设备。

（2）.矿池

除了上面的装备，你还需要一个必备的工具——矿池。矿池的作用是集合大量矿机算力，增大你得到比特币的几率，同时将你未来能得到的比特币收益提前平均分配到你的账户里。

简单的解释如下：现在比特币全网每10分钟产生一个区块，这个区块包含25个比特币。假设全球有1W人参与挖矿，那么在这10分钟内，只有1个幸运儿拿走了这25个比特币，其它人则颗粒无收。而矿池的原理是大家组队开采，并按约定的分配方式分配，使得矿工的比特币收益趋于稳定，减少矿工的风险。在此以最常用的PPS分配方式为例，假设你的算力是10T,而整个矿池的算力是100T，你的算力占矿池算力的1/10，假设矿池一天能产生10个比特币，那你每天就能拿到1个比特币。

(3).云算力

在现实情况下，挖矿矿机常常供不应求，同时，矿机发货需要很长的等待期。矿机安装、调试、维护等流程非常复杂，需要耗费大量的精力，矿工们还要忍受矿机的噪音和热量。对矿工来说，最大的成本还不是这些，是挖矿所消耗的高昂的电费，中小矿工的盈利空间越来越小甚至为负。

而云算力服务可以很好地解决中小矿工和一般用户参与挖矿门槛高赚钱难的痛点。现在比特币挖矿已经进入了大规模集群挖矿的时代了，一些商家在电费低廉的地区（如云南四川内蒙等地）大规模建设矿场，他们拥有更低的机器价格和低廉的电费，还可以通过机房结构的设计和当地的地理及气温优势来实现良好的散热通风，降低机器消耗的能量。

而云算力服务平台打通矿场、矿池等基础资源，通过算力租赁的形式在网上向用户远程出租算力。云算力租赁服务解放了矿工的时间和精力，省去了矿工买矿机、等待矿机、安装矿机、维护矿机、忍受噪音等一系列操作，让用户通过网络购买算力即可找到挖矿的快感，轻松获得挖矿带来的收益。

三、挖矿收益与风险

挖矿收益可以通过以下公式来计算:

挖矿收益=产生的比特币*币价-矿机成本-电费-维护费及人工成本-矿场折旧费等

回本时间（单位：天）= 矿机价格（包括矿机电源和场地费用）÷每天收益（矿机挖出的比特币数量×比特币价格 - 矿机电费）

这条公式当中，比特币数量和比特币价格是个变数，比特币数量有一个周期就是难度调整时间，大概13天左右随着这段时间全网算力上升多少比例而相应上涨。而比特币价格波动又很大，每天、每周、每年涨跌几百几千都属于常态。

一条公式中，有两个未知数，这条公式就无法有一个准确的答案，这就是为什么没有人能够算出比特币挖矿回本时间的原因。

如果你只是一个小矿工，一般情况只要扣除矿机成本和电费即可。大家也可以去BTC123或者比特范等网站，通过挖矿收益计算器计算回本周期和挖矿收益。

如果你购买了云算力平台的产品：

收益=算力收益-算力成本。

有收益就会有风险，挖矿风险如下：

1.比特币产量减半。16年7月，比特币网络将面临比特币减半，即每10分钟，每个区块只包含12.5个比特币，意味着相同算力挖出的比特币也会相应减少。但另一方面，币价也有上升可能。

2.比特币币价和计算难度不稳定，导致用户收益也不稳定。

3.断电、机器维护等风险。

四、什么是比特币矿机

（1）比特币矿机的心脏-ASIC芯片设计

首先芯片设计者将经过前端和后端设计完成芯片的最终图纸。

芯片的图纸，如今不是用手工完成的了，因为如果把一个芯片的最小设计单元当作乐高积木的化，一个芯片的大小估计就是一个小镇那么大了，所以需要用软件来实现芯片的功能，实现这个功能模型的任务，这就是前端。

前端得到的是计算机辅助设计的文件，这个文件在设计的逻辑要求上满足实现真正芯片设计的要求，后端的工程师就根据这个文件的输入，按照芯片厂家生产线的要求，再次利用计算机辅助设计软件，将其更深的转译为芯片掩膜的物理结构。

往往前端后端的设计都是分开由不同的工程师完成的，一是因为专业性，二也是因为设计方案的保密性，需要前后端设计组合起来才能完成芯片生产。

（2）流片

设计好的芯片方案交给晶圆厂流片（tape out）

七八十年代的时候，集成电路的数据是写在磁带上的，也就是tape，那时的设计人员把最后一天，把一堆磁带抱到晶圆厂里去生产的那个过程叫tape out，现在是用ftp最后设计提交晶圆厂，但叫法还是保留下来了，提交晶圆厂后就开始做mask，然后做wafer。

晶圆厂将单晶硅锭（整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％）切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。

芯片的一次性工程费中最主要的投入，也是最暗昂贵的部分就是用于芯片生产过程中使用的光罩（mask）

很多层光罩经由数十次在晶圆片上的反复曝光和腐蚀形成了芯片所需的微小结构，整个晶圆片大小的光罩（full mask）加工费是极贵的。

测试芯片通过多工程晶圆片（MPW）工艺来降低成本，就是每个参与MPW的芯片设计者，只占用整个晶圆片的很小一部分面积，来共同分担整个光罩的一次性工程投入（NRE）。

MPW后芯片样品经过测试达到设计要求，就可以投产全掩膜（full mask），进行批量化的芯片生产。

（3）电路板焊接

芯片从晶圆片到焊接到电路板上，还需要经过封装和检测，才能批量化生产。

电路板（PCB板）是支持芯片与外围电子零件的物理基板，用腐蚀的方式将预先制备的覆铜板蚀刻出需要的导线，并经过打孔和多层粘合，形成复杂的电路设计。

从芯片的设计规范制定，外围电路的预估，可以指导一款矿机芯片的设计，后面电路的设计与样片测试，在加上电源模块，散热风扇等可以得到矿机样机。

（4）生产发货

矿机经过设计达到成本，性能，可生产和可维护的预期后，就进入了生产准备阶段，生产线开始调试生产工艺细节，物料采购开始为批量生产进行备料，最后开始的，就是矿机的批量化生产和测试。

（5）新手如何挑选比特币矿机

许多新手在挑选比特币矿机时存在两个误区：

1、总是想要算力大的矿机，觉得矿机算力越大越好，越不容易被淘汰；

2、总是想知道自己想买的矿机一天能挖出多少比特币，而不知如何计算。

（6）对于第一个问题，需要纠正一个误区：不是算力越大的机子就一定好

比特币矿机都是基于ASIC芯片做的机子，就是让挖矿程序在ASIC芯片上跑，目前市场上流行的矿机的芯片有110nm芯片、有55nm芯片、有28nm芯片，由这些做出来的矿机大大小小，算力从几G到几千G不等，而算力的大小无非就是购买的机子包含了多少ASIC芯片，有钱的多买一点，每天产出的比特币就多一点，投入的钱也要多一点，而比特币矿机的淘汰基本不取决他的算力。

也许有人会说目前1G算力一天可以挖5元，要是比特币全网难度增加100倍，那一台1G的矿机一天只能挖5分钱，这样的矿机就会被淘汰，没人愿意再费精力去维护这样的矿机.

上面这种情况确实是比特币矿机淘汰的一种方式，但目前的矿机算力一般要比1G大的多，而难度增长的速度也要比100倍小得多。

比特币矿机另一种主要的淘汰原因是产出赶不上电费，无论你有多大的算力，当你1000G算力的每天挖出的比特币不够支付这台1000G矿机的电费时，这台矿机就失去了存在的意义，这才是比特币矿机淘汰的真正原因，那怎么计算这个电力平衡点呢，我们还是回到每G算力来计算，目前100nm芯片的比特币矿机的功耗，一般在10W/G左右，目前1G算力24小时产生约值5元人民币，大家可以计算一下离电费平衡点还很远，电费约0.15元占每日产生的5元的3%（注意：此平衡点不仅受制于比特币全网难度，更取决于比特币的币值）

世界范围内量产比特币矿机芯片有GlobalFoundries、台积电、三星等，国内比特币矿机芯片几乎都产自台积电，现在主流比特币矿机已经都采用28nm制程的ASIC芯片，矿机芯片从110nm到55nm，再到28nm每次制程提升都会带来矿机性能的大幅提高，而到了28nm之后已经接近目前芯片行业的制程技术极限，再提升空间已经缩小很多。

20nm相对于28nm的提升不大，而矿机芯片厂家如果想新研发20nm必须再次投入巨资，这应该是厂家不愿意的，现在台积电又推迟量产16nm芯片以及现在比特币行业的低迷，比特币矿机芯片的升级换代速度必将减慢，今年比特币矿机芯片看来是无望进入16nm时代了。

在相同制程下芯片设计的好坏也会导致芯片性能相差不少，但制程的提升，也就是芯片nm数的缩小，带来芯片性能提升是最本质和最有效的。

（2）对于第二个问题，怎么知道我的矿机一天能挖多少比特币呢？

比特币全网目前每天产出约4000个比特币，你的矿机一天能挖多少比特币就取决于你的算力占全网算力的百分比，比如现在全网算力是5P(5000T=5000000G),你有1P的算力，那么你的矿机一天就可以挖出4000个币的5分之1，即800个比特币。

程序已经把所有复杂内容计算后得到一个很简单的表示：0.0008B=5.57元/G*天，就是表示1G算力1天24小时不间断开机，各项运行指标完美的情况下可以挖到0.008个比特币，再根据前面比特中国的实时币值相乘后就得到相应的1G算力一天可以挖出多少钱了。