IPFS/Filecoin上线倒计时10天 深度解析GPU挖矿

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

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：

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：

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：

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。

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。

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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编译者/作者：Firefly萤火区块链

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