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IPFS/Filecoin上线倒计时10天,深度解析GPU挖矿

2019/12/2 9:00:00

官方报告Filecoin测试网上线时间2019年12月11日,距今仅剩10天!


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在这最后10天里,你是否已经抓住机会,进入Filecoin首批矿工的预备行列,为获取Filecoin头矿红利做好准备?


Filecoin因其带来的革命性技术突破,成为区块链2019年大火的超级明星项目,2017年1小时募集2.5亿美金,以飓风般的速度占据了科技圈与投资圈头条。


作为当红炸子鸡项目,IPFS官方的一举一动也牵动业内神经,11月27日,Filecoin官方技术成员Why发言,公布Filecoin官方将在下一个开发版本中启用GPU方案。一时众说纷纭,激起千层浪,那么GPU与CPU区别到底是什么?对挖矿有什么影响?今天萤火虫来为您深度解析。



1、CPU即中央处理器


CPU( Central Processing Unit, 中央处理器)就是机器的“大脑”,也是布局谋略、发号施令、控制行动的“总司令官”。


简单来说就是:计算单元、控制单元和存储单元,架构如下图所示:


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图:CPU微架构示意图


从字面上我们也很好理解,计算单元主要执行算术运算、移位等操作以及地址运算和转换;存储单元主要用于保存运算中产生的数据以及指令等;控制单元则对指令译码,并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。


所以一条指令在CPU中执行的过程是这样的:读取到指令后,通过指令总线送到控制器(黄色区域)中进行译码,并发出相应的操作控制信号;然后运算器(绿色区域)按照操作指令对数据进行计算,并通过数据总线将得到的数据存入数据缓存器(大块橙色区域)。过程如下图所示:

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图:CPU执行指令图

CPU遵循的是冯诺依曼架构,其核心就是:存储程序,顺序执行。在这个结构图中,负责计算的绿色区域占的面积似乎太小了,而橙色区域的缓存Cache和黄色区域的控制单元占据了大量空间。


因为CPU的架构中需要大量的空间去放置存储单元(橙色部分)和控制单元(黄色部分),相比之下计算单元(绿色部分)只占据了很小的一部分,所以它在大规模并行计算能力上极受限制,而更擅长于逻辑控制。


另外,因为遵循冯诺依曼架构(存储程序,顺序执行),CPU就像是个一板一眼的管家,人们吩咐的事情它总是一步一步来做。但是随着人们对更大规模与更快处理速度的需求的增加,这位管家渐渐变得有些力不从心。


于是,能不能把多个处理器放在同一块芯片上,让它们一起来做事,这样效率不就提高了吗?GPU便由此诞生了。


2、GPU即图形处理器


GPU全称为Graphics Processing Unit,中文为图形处理器,就如它的名字一样,GPU最初是用在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上运行绘图运算工作的微处理器。


为什么GPU特别擅长处理图像数据呢?这是因为图像上的每一个像素点都有被处理的需要,而且每个像素点处理的过程和方式都十分相似,也就成了GPU的天然温床。


GPU简单架构如下图所示:

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图:GPU微架构示意图


从架构图我们就能很明显的看出,GPU的构成相对简单,有数量众多的计算单元和超长的流水线,特别适合处理大量的类型统一的数据。


但GPU无法单独工作,必须由CPU进行控制调用才能工作。CPU可单独作用,处理复杂的逻辑运算和不同的数据类型,但当需要大量的处理类型统一的数据时,则可调用GPU进行并行计算。现在GPU不仅可以在图像处理领域大显身手,它还被用来科学计算、密码破解、数值分析,海量数据处理(排序,Map-Reduce等),金融分析等需要大规模并行计算的领域。


3、GPU的特点


从根本上说CPU和GPU它们的目的不同,且有不同侧重点,也有着不同的性能特性,在某些工作中CPU执行得更快,另一工作中或许GPU能更好。当你需要对大量数据做同样的事情时,GPU更合适,当你需要对同一数据做很多事情时,CPU正好。


GPU能做什么?关于图形方面的以及大型矩阵运算,如机器学习算法、挖矿、暴力破解密码等,GPU会大幅提高计算效率。


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相对于CPU来说,GPU存在很多特点。


  • GPU拥有的核心的数量要比高端CPU的核心数量多很多。GPU的总体性能-芯片面积比以及性能-功耗比比CPU高很多,所以在处理越多线程的并行计算的任务性能高很多。


  • GPU能够通过大量并行线程之间的交织运行隐藏全局的延迟,除此之外GPU还拥有大量的寄存器、局部存储器和cache等用来提升外部存储的访问性能。


  • 在传统的CPU运算中,线程之间的切换是需要很大的开销的,所以在开启了大量线程的算法的效率是很低的。但是,在GPU中,线程之间的切换是很廉价的。

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GPU的计算能力比CPU强很多,CPU+GPU并行计算,将为我们带来更高效的解决方案。


4、GPU对Filecoin挖矿的影响


萤火虫开发团队认为,对Filecoin挖矿来说,出块才是重中之重,是打造Filecoin数字王国的基石,无法出块,算力也只是空中楼阁,IPFS官网消息也印证这点,CPU的确不会被取代,但是会采用GPU来辅助加速时空证明的时间。


这也是为什么萤火虫团队判断,在下一开发版本时,CPU固然是可以提高算力,但是没有GPU配置的挖矿将会遇到出块率极低甚至无法出块的情况。


与比特币不同,Filecoin的挖矿重点还是会放在存储之上,GPU的启用更多是为解决ePoST证明的计算时间。

如果能够实现一台机器用于多台矿机完成ePost证明计算,就有可能实现顺利、快速完成出块的同时,平衡挖矿成本,从而保证Filecoin挖矿的利益。


IPFS是难得一遇的万亿级项目。在乱象丛生的行业形态下,浙江萤火虫区块链成为国内踏实的IPFS生态建设者,不断跟进并研究Filecoin的官方进度,持续不断的优化软、硬件,与各位IPFS爱好者一起,用分布式存储构建更美好的世界!


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