Zwei Arten, einen Chip zu entwerfen
Ein Rechenchip ist ein Verbund aus Milliarden von Transistoren. Die Frage ist, was man sie tun lässt, und es gibt zwei gegensätzliche Ansätze: Darin liegt der ganze Unterschied zwischen einer GPU und einem ASIC.
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Die GPU (Graphics Processing Unit) ist ein programmierbarer Prozessor. Ihre Tausenden von Kernen führen Befehle aus: Man lädt ein Programm, sie liest es, decodiert es und führt es aus. Dieselbe GPU trainiert ein KI-Modell, berechnet ein 3D-Rendering oder simuliert ein physikalisches Phänomen; es genügt, das Programm zu wechseln.
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Der ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) ist ein Schaltkreis, der einem einzigen Algorithmus gewidmet ist. Es gibt kein Programm: Der Algorithmus ist direkt in Logikgattern umgesetzt. Ein Bitcoin-Mining-Chip berechnet nur den doppelten SHA-256, dafür aber Hunderte Milliarden Mal pro Sekunde.
Bei Happy Mining verkaufen und installieren wir beides: ASIC-Miner für Bitcoin und GPU-Server für künstliche Intelligenz. Wir werden oft gefragt, warum man nicht mit einer GPU Mining betreibt oder warum man keine KI auf einem Antminer laufen lässt. Hier ist die Antwort.
Programmierbar oder fest verdrahtet: der Preis der Flexibilität
Eine GPU ist dafür ausgelegt, sich an jeden beliebigen Algorithmus anzupassen. Dazu durchläuft jede Operation eine Steuerungskette: Lesen des Befehls, Decodieren, Scheduling der Threads, Zugriff auf Register, Caches und Speicher. Diese Maschinerie belegt einen großen Teil des Siliziums und verbraucht bei jedem Befehl Energie, unabhängig von der durchgeführten Berechnung. Das ist der Preis der Flexibilität: Die GPU ist bei einer großen Vielfalt von Problemen effizient, ohne bei einem davon optimal zu sein.
Ein ASIC verzichtet auf diese gesamte Maschinerie. In einem Mining-Chip sind die 128 Runden des doppelten SHA-256 nacheinander fest verdrahtet, in Form einer Pipeline: Bei jedem Taktzyklus tritt eine neue Nonce in den Schaltkreis ein, und ein vollständiger Hash kommt heraus. Kein Befehl muss gelesen werden, kein Zyklus geht für die Steuerung verloren; fast das gesamte Silizium rechnet. Die Effizienz ist maximal, aber der Chip ist starr: Er kann keinen anderen Algorithmus ausführen.
Die Animation oben auf dieser Seite gibt beiden Chips dieselbe Aufgabe. Beim Bitcoin lädt die GPU ein Programm für Ganzzahlberechnungen und führt es mit Steuerungspausen aus, während die Pipeline des ASIC ohne Unterbrechung läuft. Bei der KI programmiert sich die GPU um, um ihre Tensor Cores zu nutzen; der ASIC dagegen hat für diese Berechnung keinen Schaltkreis.
Im Inneren einer GPU: die NVIDIA H200
Unsere 3D-Explosionsansicht der NVIDIA H200 führt Sie vom Modul bis hinunter zum Rechenkern. Der Chip GH100 misst 814 mm² und zählt 80 Milliarden Transistoren, verteilt auf 132 aktive Multiprozessoren bei der H200. Öffnen Sie den Chip, und Sie werden sehen, dass die Rechenkerne nur einen Teil des Layouts ausmachen: Jeder Multiprozessor trägt auch seinen Befehlscache, seine Scheduler, seine Register und seinen Datencache, und die Mitte des Chips wird von 50 MB L2-Cache eingenommen. Rundherum liefern sechs HBM3e-Speicherstapel 141 GB mit 4,8 TB/s. All das dient einem einzigen Zweck: unterschiedliche Programme effizient auszuführen.
Genau das braucht die KI. Ein Sprachmodell multipliziert riesige Gewichtsmatrizen, die bei jedem generierten Wort erneut aus dem Speicher gelesen werden müssen: Bandbreite und Programmierbarkeit zählen mehr als alles andere. Die H200 erreicht bis zu 3.958 TFLOPS in FP8 (mit Sparsity).
Im Inneren eines ASIC: der Antminer S21 Hydro
Unsere 3D-Explosionsansicht des Antminer S21 Hydro unternimmt dieselbe Reise. Die Maschine enthält drei Hashboards mit je 216 BM1368-Chips, also 648 Chips. Zoomen Sie auf ein Hashboard: Die Chips sind in einer Kette verbunden, die Arbeit tritt beim ersten ein und wandert von Chip zu Chip bis zum letzten, und die Ergebnisse kommen in umgekehrter Richtung zurück. Steigen Sie in einen Chip hinab: Fast seine gesamte Fläche besteht aus derselben, immer wiederholten Hash-Engine, ohne Befehlsdecoder, ohne Cache, ohne externen Speicher. Jede Engine ist der doppelte SHA-256, entrollt in 128 Stufen: eine im Silizium fest verdrahtete Pipeline.
Das Ergebnis: Ein BM1368-Chip berechnet rund 500 Milliarden Hashes pro Sekunde bei 8 W. Eine H200 erzeugt bei derselben Berechnung in der Größenordnung von 10 Milliarden bei 700 W, nach unserer Schätzung auf Basis ihres Ganzzahl-Durchsatzes. Der ASIC-Chip leistet fünfzigmal mehr Arbeit mit fünfundachtzigmal weniger Energie: Er ist mehr als viertausendmal effizienter.
Und das FPGA?
Zwischen beiden gibt es das FPGA (Field-Programmable Gate Array), einen rekonfigurierbaren Schaltkreis: Seine Logik kann nach der Fertigung neu gestaltet werden, um einen bestimmten Algorithmus umzusetzen. Damit nähert es sich bei einer bestimmten Berechnung einem ASIC an, ohne jedoch dessen Dichte oder Energieeffizienz zu erreichen, denn seine rekonfigurierbaren Gatter bleiben langsamer und verbrauchen mehr als Gatter, die ein für alle Mal ins Silizium geätzt sind. FPGAs wurden 2011 und 2012 kurzzeitig für das Bitcoin-Mining eingesetzt, zwischen der Ära der GPUs und der Ankunft der ersten ASICs im Jahr 2013. Heute dienen sie vor allem dem Chip-Prototyping, der Telekommunikation und dem Hochfrequenzhandel.
ASIC oder GPU: Was sollten Sie wählen?
Die Frage ist nicht, welcher Chip der beste ist, sondern welche Berechnung Sie durchführen müssen.
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Für das Bitcoin-Mining ist der ASIC seit über zehn Jahren die einzige rentable Wahl. Auch die anderen Proof-of-Work-Kryptowährungen (Litecoin und Dogecoin mit Scrypt, Kaspa…) haben ihre ASICs: siehe alle unsere ASIC-Miner. Unser ASIC-Rentabilitätsrechner bewertet eine Maschine mit den aktuellen Daten des Tages.
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Für künstliche Intelligenz, 3D-Rendering oder wissenschaftliches Rechnen ist die GPU unersetzlich: Ein ASIC kann nur den Algorithmus ausführen, für den er entwickelt wurde. Eine GPU amortisiert sich durch ihre Nutzung oder durch die Vermietung ihrer Rechenleistung: siehe unseren GPU-Rentabilitätsrechner.
Ein letztes, oft vergessenes Kriterium: die wirtschaftliche Lebensdauer. Ein Mining-ASIC ist nützlich, solange das Mining mehr einbringt, als der verbrauchte Strom kostet; eine GPU behält ihren Nutzwert, solange Programme sie benötigen. Wir sprechen gern mit Ihnen darüber: Rufen Sie uns an unter +33 6 32 49 26 41.
