MODULE 2 (A) - CRYPTOCURRENCY INTUITION
09. CPUs VS GPUS VS ASICS

채굴자들이 해시 암호문을 해독할 때 사용하는 여러 종류의 하드웨어에 대해 알아볼 것이다.
특히 CPU, GPU, ASIC을 다룰 것이다.

CPU(Central Processing Unit)

CPU 또는 중앙 처리 장치라는 컴퓨터나 노트북의 메인 마이크로 칩이며, 모든 것이 걸쳐 가는 곳이고 모든 명령어가 그곳에서 실행된다.
즉, 컴퓨터의 연산이 이루어지는 핵심 공간입니다

CPU는 여러 일을 처리하기 위해 다재다능해야 하기 때문에 앞으로 소개할 다른 하드웨어에 비해 일반적인 성격을 띈다.
매우 강력하고, 매우 정교한 일을 할 수 있지만 보통 일반적인 일을 한다는 것이고, 어떤 한 분야 즉, 채굴에 특화되지 않았다.

따라서 SHA256 해시와 같은 문제를 풀 수 있고, 사람보다 빠르게 계산할 수 있지만 10 MH/s($10^7$ H/s)라는 속도의 한계를 갖는다.

이 속도는 예를 들어 비트코인 네트워크의 전반적인 해시율과 비교해보면 그렇게 빠른 속도는 아니다.

GPU(Graphics Processing Unit)

GPU는 컴퓨터나 노트북에 있는 그래픽 카드 또는 비디오 카드라고 부르는 장치이다.
GPU는 예를 들어 그래픽이 화면에 나타나는 작업 등에 특화되어 있다.

GPU가 그래픽 관련 작업에 특화되어 있는 이유는 GPU가 그래픽 연산을 위해 고안되었기 때문이고, 이를 위해 행렬 연산에 특화되어 있다.
행렬 연산은 영상 작업에 필수적인데 때문에 GPU는 행렬 연산이나 또 다른 행렬 연산인 행렬 곱셈에 특화되어 있다.

이는 이미 해시 계산에 특화되어 있다는 뜻이고, GPU는 해시를 보다 빠르게 계산한다.
CPU와 비교했을 때 GPU는 CPU에 비해 다양한 기능을 수행할 필요가 없기 때문에 GPU가 더 효율적으로 처리할 수 있다.

따라서 최대 1 GH/s($10^9$ H/s)라는 속도를 가진다.

ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)

ASIC는 2014년에 개발되었으며, 이는 비트코인 채굴 세계를 완전히 바꾸어 놓았다.
ASIC은 애플리케이션별 집적 회로를 뜻하며, SHA256 해시를 계산이라는 오직 한 가지 작업에 완벽히 특화되어 있다.

이 장치의 집적 회로는 어떤 연산도 할 필요 없이 고안되었다.
즉, CPU나 GPU처럼 비트 연산이 아닌, ASIC 장치는 연산할 때 회로에만 의존한다.

장치의 구조로 인해 전기가 장치에 흐를 때 논리적 수준이 아닌 물리적 수준에서 연산이 이뤄지며, 전기가 흐르면 연산이 실행되어 결과물이 나온다는 것이다.
따라서 ASIC은 1000 GH/s($10^{12}$ H/s) 이상의 속도를 낼 수 있다.

Extra: Cloud Mining

추가적으로 채굴을 하는 방법 중 하나로 클라우드 채굴이 있다.

이는 채굴자들이 할 수 있는 채굴의 한 종류이며 채굴자들이 오프 프레미스 형태로 어딘가 떨어진 곳에서 수수료를 지불하여 장비를 빌리고 해당 장비로 채굴하는 방식이다.
즉, 채굴자들은 다른 사람의 장비를 사용하고자 수수료를 지불하고 이 장비는 거대한 서버실과 같으며, 클라우드 컴퓨팅이나 클라우드 저장소와 비슷한 형식이다.

CPU vs GPU vs ASIC

먼저 성능 측면에서 비교하자면 다음과 같다.

CPU < GPU < ASIC

이처럼 CPU는 다른 하드웨어에 비해 해시율이 낮기 때문에 GPU나 ASIC을 주로 사용하려고 한다.
하지만 ASIC은 비트코인과 같은 특정 암호화폐에만 사용될 수 있다.
비트코인이 SHA256해시를 사용하기 때문에 ASIC이 사용되고 대부분의 ASIC 장치는 이 연산을 위해 특별히 고안된 것이기 때문이다.

예를 들어 이더리움의 경우, 이더리움은 이더 해시라는 다른 해시를 사용한다.
이 자체적인 해시는 메모리가 무거운, 즉 메모리에 의존적이어서 해시 계산을 위해 숫자를 무작위로 추출할 때 메모리 접근을 요구한다.
이 경우 ASIC의 속도는 크게 도움 되지 않습니다 어차피 메모리에 접근해야 하기 때문이고, 해시 계산 속도는 메모리 접근 속도에 의해 제한적이게 된다.
따라서 ASIC은 오직 비트코인과 같이 SHA256 해시를 사용하는 암호화폐에 사용된다.

또한 해시율을 다른 암호화폐와 비교하면 안 된다.
왜냐하면 각각의 암호화폐에서 사용되는 해시의 종류 등이 다르기 때문에, 어떤 것은 좀 더 쉽게 풀 수 있고 어떤 것은 어렵게 풀 수 있다.
따라서 해시율은 달라질 것이고, 해시율을 비교할 수 없게 될 것이다.
그러므로 해시율은 같은 암호화폐에서만 비교할 수 있다.

요약

하드웨어	특징	해시율
CPU	- 중앙처리 장치 - 범용적으로 사용가능	< 10 MH/s
GPU	- 그래픽 관련 작업에 특화 - 행렬 연산에 특화	< 1 GH/s
ASIC	- SHA256 계산만을 위해 나온 하드웨어 - 비트 연산이 아닌 회로에 의존한 연산을 시행 - 즉, 논리적 연산이 아닌 물리적 연산을 실행해 빠른 속도를 확보	> 1000 GH/s

• 추가적으로 Cloud Mining이라는 방법을 사용해 채굴하기도 한다.
• 각각의 블록체인 프로토콜에 적합한 하드웨어를 사용해 채굴해야한다.
• 각각의 블록체인 프로토콜 마다 사용하는 해시 종류 등이 다르기 때문에 다른 시스템끼리의 해시율을 단순 비교할 수 없다

추가 읽기 자료

이더리움의 메모리 의존도와 커스텀 하드웨어로 채굴하는 방법 - Vijay Pradeep
Vijay Pradeep, (2017). Ethereum's Memory Hardness Explained, and the Road to Mining it with Custom Hardware