比特币挖掘的三体问题

“越透明的东西越神秘，宇宙本身是透明的，只要目力能及，你想看多远就看多远，但越看越神秘”

比特币挖掘是一个连接硬件和软件、能源和金融市场的复杂现象。无形的规则支配着它的方方面面。单个行动的绩效由各种外部因素决定，这些因素往往很难量化，几乎不可能预测。

从宏观角度看，我们可以确定推动采矿业整体发展的三种主要力量：排放时间表、气候周期和硬件迭代。每一项都会影响矿商利润计算的不同部分：

=(大宗奖励+费用)*价格*矿工哈希率/全局哈希率-(电费+硬件折旧)。

当2012年第一次减半时，大多数人都是在家里用PC和GPU钻机开采。hashpower的分布分散在世界各地。市场上的主导力量就是大宗报酬的减少。随着采矿生产成本翻了一番，大量的hashpower下降，暂时转向更有利可图的Litecoin。到2016年第二次减半时，商业ASIC已经可用，工业采矿设施已经投入运营。

早在今年5月出现第三次减半之前，市场评论员就对可能的结果进行了激烈的讨论。一些人附和说，由于供应冲击，价格将呈指数级增长。其他人猜测，20-30%的网络哈希率将消失。由于减半区块的时间与气候周期的过渡和硬件从16纳米升级到10/7纳米的时间重叠，这三种力量都在联合行动。

比特币是hashpower的产物。如果没有激励矿商继续投资于硬件和烧电来增强比特币网络的结算保证，比特币行业就不会存在。在没有充满活力的区块空间市场的情况下，区块奖励是他们的主要收入来源。多年来，由于比特币价格升值，奖励的价值大幅增长，这反过来又将采矿业培育成一个价值数十亿美元的行业。

与大多数实物商品不同，比特币的协议规定了一个定义明确的四年一次的减排时间表。每天都有固定的新硬币被创造出来，其中不同比例的硬币被重新分配给比特币经济的其他部分。由于矿商是比特币的唯一天然供应商，也是始终如一的卖家的最大群体，因此利润率是决定供应面动态的关键因素。

直观地说，将大宗奖励减半会立即使每个参与者的生产成本翻一番。一些老一代的机器可能会变得效率太低而无法操作。合并往往发生在这些时间段。能够获得有竞争力的电力来源的矿商将以极其便宜的价格批量购买这些机器，机器二级市场变得更加活跃。

矿工是实物形式的双变量看涨期权。定价的复杂性和货物运输的困难使得机器二级市场不透明、流动性差，并且高度依赖内部人士。但糟糕的价格发现有时会给足智多谋的矿商带来巨大的套利机会。例如，2018年末，比特币价格大幅下跌至3000美元。显著比例的hashpower下降，催生了一波“采矿死亡螺旋”的头条。一些矿工能够铲起大量暂时冲走的Antminer S9。在短短4个月内，比特币价格就进入了疯狂的牛市。这些买家不仅从他们开采的硬币中赚取了丰厚的利润，而且机器的转售价值也增加了3倍。这表明无利可图的硬件仍有期权价值。

这些整合活动改变了硬件市场构成。市场构成告诉我们整个采矿活动消耗了多少能源。在计算矿商停止出售的“价格下限”时，有很多天真的尝试。每个矿商的进入时间、资金量、成本基础和风险承受能力都不同，因此整个行业的成本基础实际上是非常广泛的。尽管如此，每个层面都会有抛售。要评估整个网络的销售压力，我们需要了解机器的确切组成。由于行业中没有任何一方能够访问机器的整个交易流及其能源成本，因此收集此数据相当具有挑战性。Blockware团队是最早尝试通过调查单个设施来做到这一点的团队之一。在3月份发布的减半评论中，他们估计网络的硬件构成如下：

减半后，网络哈希率从3月份的约109 EH/s降至约94 EH/s。假设所有离开网络的机器都是底部类别中的S9，我们可以更新合成表：

使用上述数据，我们可以计算出不同价格水平的粗略加权平均卖压，以占全球日交易量的百分比表示：

请注意，此分析仅用于说明目的。这里，所有老一代机器用S9表示，新一代机器用S17表示。不用说，矿工从多个制造商购买机器，不同制造商的同一代机器的规格非常不同。在现实中，市场构成的差异要大得多。此外，此分析是静态快照。硬件构成流动性很强，随着市场寻求新的减半后均衡，机器正在积极换手。四川即将到来的汛期也对大多数矿工的电费造成了巨大影响。随着越来越多的矿商使用抵押贷款、期货甚至hashpower市场等金融工具，该网络的矿商抛售压力将得到部分缓解或推迟。

从观察挖掘组成是如何随时间演变而得出的结论是，hashpower是不可替代的“，换句话说，hashpower的每个单元都是独一无二的。今天1/s的hashpower的生产成本与昨天不同。

气候循环是采矿作业地理集中的副产品。多年来，比特币采矿业不经意间受益于中国西南地区水电的大规模过度投资。过剩的廉价电力，巨大的电力容量，廉价的劳动力成本，以及离制造商很近的地理位置，使它成为采矿的理想地点。据估计，世界上超过65%的hashpower集中在这些省份。

5-10月是中国西南地区的汛期。这也是矿业企业的节日时期，因为大量供应过剩的水电产能显着降低了矿商的运营费用。对于中小矿工来说，汛期可以降低高达40%的成本。对于拥有自有设施的大型矿工来说，汛期电费几乎可以忽略不计。新疆，内蒙古80%以上的矿工将成群结队地迁移到四川，云南和贵州，享受优惠，11月份旱季到来后，他们将回迁或出售设备。

蓬勃发展的采矿业是当地发电厂业务的福音。许多人将他们的设施改装或建造成数据中心，以容纳矿工。

渐渐地，该行业围绕着这些气候模式构建了自己的结构。就像古代的仪式一样，每年在汛期到来之前，大型矿业会议都会在四川省会成都组织起来。一些设施只在汛期向外部客户开放。制造商在新产品上市前就计划发布新产品。矿工们争先恐后地大量采购最新最好的机器。

2020年初，由于普遍的宏观不确定性，投资者和矿商恢复了谨慎应对的模式。由于COVID的供应链冲击，新机器的生产暂时停止。在减半之后，更多的机器离开了网络，使得托管容量的供应大于需求。四川和云南地区的许多设施都很难找到客户。他们的绝望进一步降低了平均电价。与去年0.24-0.26元/千瓦时的综合成本相比，今年的平均成本可以低至0.10-0.20元/千瓦时。

整体奖励减半的影响将被较低的电力成本部分吸收。许多设施不得不与发电厂签订合同，承诺最低用电量。为了招揽生意，他们中的一些人提供“联合采矿”计划，矿工每月支付最低的成本，并与设施所有者分享采矿收入。有效地将部分市场风险转移到东道国自身。

然而，这并不意味着低运营费用是绝对保证的。虽然水电设施在汛期价格较低，但它们通常位于极其偏远的地区。电源和互联网连接可能不太稳定。有时他们甚至冒着被洪水淹没的风险：

中国四川当地一个矿场被该地区最近的暴雨摧毁，视频附1/2 pic.twitter.com/CvdEAUeq3x。

-poolin(@Officalpoolin)2019年8月21日

另一个风险是地方政府的政策会不时改变。在2018年之前，大多数地方官员对采矿是什么一无所知。这些设施将其活动报告为大数据或云计算项目的数据中心。2018年，由中国央行领导的一个委员会将加密货币开采称为“虚假创新”，理由是开采极其浪费，必须“有序停止”。一些采矿作业确实在压力下关闭了。但在2019年末，国家发改委(NDRC)将采矿从要淘汰的活动名单中删除。请注意，发改委还监管能源行业。汛期浪费的大量水电是一个长期存在的问题。官员们开始意识到，比特币开采是将当地过剩产能转化为全球数字商品的一种非常有效的方式。

几个月前，四川一些城市宣布了一项名为“水电消费示范区”的合资计划，以支持“区块链产业”的发展。不幸的是，尽管有更多的设施开放营业，但今年的降雨量并没有预期的那么大。随着夏季炎热的开始，水电站产生的电力目前正被转移到四川其他地区用于居住。

上周，四川某县发布了另一份通知，要求水电站停止接受采矿业务。虽然地面内部人士并不指望这一命令会得到执行，但这表明了汛期能源场景的复杂性。这不是一个开关就能立即降低矿工电费的神奇开关。

在加密货币开采的这一阶段，气候周期是一个相当独特的现象。如果采矿作业未来转移到更多不同的地点，变得不那么集中在单一电源上，那么这个周期将不再起到如此重要的作用。

厂商们不断地在军备竞赛中生产主导产品，长期以来，Bitmain的Antminer S9占据了市场主导地位。根据该公司2018年提交的IPO文件，Bitmain机器占据了市场上约74.5%的ASIC。但在过去的两年里，MicroBT的Whatsminer和Canaan的Avalon等竞争对手正在迅速蚕食Bitmain的市场份额。

2017年，Whatsminer销售额占网络哈希率的~7.2%。2018年~9%，2019年~35%。鞋盒矿工是大宗商品。虽然有一些定性因素可以帮助制造商脱颖而出，如客户服务、交货时间和供应链管理等，但竞争迫使制造商坚持不懈地关注两个关键指标：单价和效率。

效率用焦耳/Th/s来衡量，度量越低，计算哈希函数所消耗的能量就越少。每一代采矿硬件都是以其效率的提高来定义的。

机器效率的提高对收益有重大影响。使用当前的比特币难度和一台二手Antminer S9i的平均价格(每台机器21美元，每台机器97.0J)，我们可以计算出在不同价格水平下实现盈亏平衡的大致天数：

新款Antminer S19 Pro实现盈亏平衡的天数(每台机器2,407美元，每台机器29.5焦耳/秒)：

在大多数情况下，S9是无利可图的，但能够获得极其廉价电力的矿商仍然可以在盈利的情况下运营它们。对比上面两张表，我们可以看到，在0.40美元/千瓦时以下，矿商在S9实现盈亏平衡的速度更快。多亏了廉价的电源，当新一代产品投放市场时，机器不一定会立即退役。Coinmetrics的团队根据随机数分布，将Antminer S7与S9在一段时间内的估计使用量汇总在一起。我们可以看到，Antminer S7的使用率并不是随着S9s的普及而单调下降的：

正如排放时间表部分所讨论的，足智多谋的矿工可以战略性地利用老一代的机器。这种套利机会通常出现在哈希率相对较高、比特币价格相对较低的时候。尽管hashpower的价值在很大程度上取决于比特币的价格，但由于硬件市场对金融市场走势的反应迟缓，hashrate和价格之间存在差距。制造定制芯片会产生非经常性的工程成本。这家矿商制造商及其供应链合作伙伴在制造的芯片数量上摊销费用。在许多情况下，铸造厂要求制造商为晶圆储备订单预付全额费用，除非制造商是拥有大量订单的长期客户。

晶圆订单的周期通常为12-13周。时间差距使制造商制定前瞻性商业计划极具挑战性。2017年末，许多制造商在牛市期间没有足够的库存向市场销售，随后误判了市场还会反弹多久。制造商(包括英伟达)，高估了2018年的订单量，不得不在下半年逐步亏本出售库存。

一旦市场完成从16 nm到7 nm的升级，后端进程的军备竞赛将会在很长一段时间内停止。新机器的平均寿命从以前的2年延长到3-4年。设备故障率变得更加重要。在实践中，它将与单价和效率一起被视为关键的估值指标之一。

频繁的机械故障减少了矿工的散列输出，并在保修结束后很长一段时间内迅速增加了维护费用。高失败率意味着维护将侵蚀相当大%的收入。例如，由于低质量的散热设计，Antminer S17系列的故障率约为30%。散热器很容易在邻近的散热器上坍塌，并使整个散热板短路。这个问题的修复成本相当高，因此，尽管S17基于先进的后端流程，但它仍然是一款糟糕的产品。

调整一些Antminer S17，找到一个散热板，它有一个散热器脱落，短路了一些东西，并炸毁了一些电容器。这类东西降低了采矿盈利能力pic.twitter.com/RG48deidCa。

-Rolf Versluis(@RolfVersluis)2020年5月11日

先进的机器意味着更高的前期资本支出，这反过来又推动采矿业进一步工业化。不久，将有更多的数据中心定制其基础设施，以满足特定于挖掘的需求。火炬气体开采、浸泡冷却和内部监控解决方案开始出现。

与此同时，我们是否应该担心工业化将进一步集中采矿游戏？硬件制造是一种繁殖过程，它主动消除了基因突变的需要。在目前的状态下，它得益于标准化和集中管理。在采矿业，工业化是不可阻挡的。分散挖掘更好地集中在下游散列权投票的分布式所有权上，例如Stratumv2。

在经历了十年的野蛮生长之后，采矿业正处于十字路口。这三股力量的纠缠产生了不可预测的短期差异，但从长期来看，随着比特币与经济其他领域更深入、更广泛地融合，采矿业将变得更具竞争力和资源密集型。在过去，矿工只需专注于将费用保持在尽可能低的水平。展望未来，微薄的利润率将迫使矿商更加意识到现金流和风险管理。两大趋势将塑造未来的行业：工业化和金融化。