比特币矿机：芯片竞赛新战场
▌比特币矿机，一面是“信任价值”，一面是“看涨期权”
比特币矿机，承载“价值互联”
区块链(Blockchain)是一个去中心化、去信任的通过集体维护搭建可靠数据库的技术方案。
以支付转账为例，传统的支付转账系统需要由银行作为第三方(对应概念“中心化”、“第三方信任背书”)，根据交易双方提出的请求，划转相应金额—即更改数据库中双方名下的账户余额，这个过程中记账权完全归属于银行。
而在搭载了区块链技术的支付转账系统中，用户之间可以直接进行点对点的交易(对应概念“去中心化”)。
我们不需要中心化机构来替用户记账，取而代之，系统中每一个用户都可以按照特定规则参与竞争记账。
在某个时间段内，争夺到记账权的用户把这段时间的交易写到一个区块当中，就像写到一张账页。系统中其他用户确认该账页不是假账后，对它进行备份，完成整个动作。
在下一个时间段周而复始，每一个区块首尾相连，构成一个完整的链条。通过密码学原理，新的区块对之前的区块天然形成了防篡改保护(对应概念“去信任”)。
由于没有中心化的机构存在，区块链完全根据事先设定的程序自动运行，能够极大降低成本和提高效率，并且保证数据记录过程和结果公开透明。
在支付交易之外，区块链还可以用于更加广阔的领域，比如医疗、供应链管理、物联网、安全认证、游戏、社交以及人工智能等领域，其对社会生产关系会产生深远影响。
点对点价值传递，区块链引领未来“价值互联网”。互联网时代的到来打破了人们在点对点信息传递方面的壁垒，随着线上人口红利的减少，目前已进入到续航乏力的“后互联网时代”。
而区块链技术的出现，使得互联网不仅可以作为点对点信息的载体，还可以点对点进行价值传递，例如刚刚提到的去中心化的支付转账系统。
不仅仅是支付转账，我们还可以利用区块链防篡改的特点对个人的线上行为数据进行背书，从而真正实现个人的“数据价值化”。等等此类让我们看到，未来的风向，必然是搭载着区块链技术的“价值互联网”。
比特币挖矿:提供算力资源，维系“信任价值”
比特币网络是首个成功应用了区块链技术的支付交易系统，没了中心化机构信用背书，该系统的“信任价值”由其加密算法&共识机制创造;而其首创的“挖矿”行为则激励了更多网络节点加入进来，维护并增加该系统的“信任价值”。
比特币挖矿，用一句话的解释即为“争夺系统的记账权，获得比特币作为奖励”。具体展开概念，则需要知道“怎么挖”(PoW共识机制)和“挖什么”(激励机制)。
“怎么挖”:遵循PoW共识机制，即工作量证明机制(ProofofWork)，是用户竞争记账权的“游戏规则”。
它确保了庞大的分布式网络可以达成共识，同时，因为用户争得记账权需要付出代价(计算资源和时间)，PoW共识机制也限制了网络中的噪声和故意攻击行为，确保了网络的安全性。
PoW共识机制具体如下:用户将上一个区块的哈希值以及网络中尚未确认的交易内容打包到一个区块中，然后通过自己的计算机不断随机尝试找到一个合适的数字，使得该数字加上该区块内容的哈希值满足系统的挖矿难度设定(例如，哈希值的前10位数必须都是0)。
首先完成该任务的用户将争夺到这个区块的记账权—全网广播该区块，所有的用户在验证后对其进行备份，自此，分布式的比特币网络在不需要第三方信任背书的前提下，针对这个区块内的交易达成了全网共识。
“挖什么”:激励机制则保证了有足够多的用户愿意参与记账，而更多的计算资源加入将会使得系统更加稳定安全，从而使得系统的“信任价值”得到提升。
相应的激励机制如下:每个成功记账的用户将会获得由系统发放的比特币以及交易方提供的转账手续费作为奖励。
在比特币网络刚刚创建的时候(2009年)，系统每次会奖励成功记账的用户50个比特币，之后每四年减半。
当前周期，系统每次会奖励成功记账的用户12.5个比特币。而转账手续费则由交易方设定，手续费高的交易将会被优先打包进区块，目前转账手续费约占挖矿总收益的10%左右。
鉴于记账成功后系统奖励的比特币均是系统设定好且首次发行流通的，这在某种程度上有点类似深埋地下的矿藏资源，因而我们会将这种提供计算资源、争夺记账权的行为形象地称为“挖矿”，参与挖矿的用户称为“矿工”，所使用的计算资源称为“矿机”，矿机所具有的计算资源称为“算力”，具体指矿机进行哈希运算的能力，而全网算力表示整个网络中的矿机算力之和。
挖矿难度则是由系统设定，每经过14天自动更新一次，它会随全网算力同步变化。
科技属性—从CPU到ASIC，矿机提效降耗的必然归宿
比特币矿机，本质上是一个计算机，其核心部件是计算芯片。具体来讲，目前主流的比特币矿机主要由如下几个部分构成:
包含计算芯片、散热片的算力板，风扇，控制器电路板，铝合金外壳，以及外置的电源。
这里面最核心的部件为计算芯片，矿机的计算性能和功耗大小由计算芯片决定，其成本占矿机总制造成本的80%左右。
“单位算力功耗”是评价矿机性能的核心指标。
矿工在购买矿机时通常不会考虑单台价格，而是关注回本周期，其中的关键指标就是“单位算力功耗”。
在相同计算能力的情况之下，矿机的功耗越小，意味着矿机的性能越好，所谓“单位算力功耗”即为矿机的功耗/算力。
随着全网算力的整体提升，挖矿成功的难度会越来越大，因此矿机需要不断定期换代以维持原有收益，近几年主流厂商通常每年升级一次产品系列，中间可能会根据市场情况发布更新版本对性能、功耗、价格进行微调。在这个过程中，单个矿机的算力不断得到提升，而核心指标“单位算力功耗”则不断下降。
优化“单位算力功耗”，需要用专用型芯片代替通用型芯片。
比特币矿机芯片的发展经历了从CPU、GPU、FPGA到ASIC的四个过程。在这个过程中，提供算力的芯片从通用型逐渐转向了挖矿专用型。
所谓ASIC芯片(Application-Specific-Integrated-Circuitchip)，即指为专门目的而设计的集成电路。ASIC的特点是面向特定算法需求，在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、单位成本更低的特点。
比特币挖矿属于特定算法下的重复计算，因此应用ASIC方案会使得芯片性能得到大幅提升。
ASIC矿机芯片的工艺制程先进，产品更迭速度快。
先进的芯片制程工艺可以提高集成电路的精密度，使得电子器件的特征尺寸不断缩小，从而芯片集成度不断提高，功耗降低的同时芯片算力得到提高。
为了获得最优的性能，ASIC矿机芯片的设计、制造一直走在芯片行业的前沿。
目前市场上主流的ASIC矿机芯片从110nm、55nm、28nm一直升级到16nm，未来半年内也将推出7nm制程的ASIC矿机芯片。
具体举例，以下是世界第二大比特币ASIC矿机供应商嘉楠耘智的产品、芯片更迭情况:
比特币矿机:金融属性凸显，投资者眼中的“看涨期权”
纵览“数字淘金”产业链比特币相关的价值链
参与者如下所示:上游为矿机的设计、生产&测试封装、销售商;中游为挖矿的矿池和矿场;下游为比特币交易所及钱包。
上游为比特币挖矿提供矿机。
包含无晶圆厂商，如比特大陆、嘉楠耘智等，它们主要负责芯片设计、矿机组装和销售，而将矿机芯片的制造、测试、封装交给代工厂;也包含相应负责制造、测试、封装的代工厂，如台积电、日月光。
中游进行挖矿，确认网络中的交易，同时系统增发的比特币通过其流入市场。
由于全网算力的指数级上升，目前个体挖矿成功的概率几近为零，因此出现了大大小小的矿场、矿池，通过聚集大量矿机的算力来竞争记账权，增大挖矿成功的概率。
主要的参与者有比特大陆、Bitfury、BTC.com、Antpool、F2pool等。
下游为比特币的交易、使用和储存服务商。
比特币交易所可以提供法币与比特币、比特币与其它加密货币之间的交易兑换，相关交易所为Coinbase、Bitfinex、OKCoin、火币等;比特币的支付转账、存储功能则可以通过比特币钱包完成，主流钱包有Blockchain、BitPie等。
上游代工厂:先进产能有限、话语权强
比特币矿机供应商一般采用无晶圆厂模式。即其只负责矿机芯片的设计，而将芯片的生产、测试、封装交由第三方代工。
由于芯片制造过程需要巨额的资本支出，这样的模式可以让比特币矿机供应商专注于产品核心—芯片的研发，同时获得定价合理、流程先进的产能。
上游代工厂先进产能受限，新产能扩充慢。
由于比特币ASIC矿机对性能要求很高，因而新产品需要应用最先进的制造、封装工艺。这就对相应代工厂提出了一定准入门槛，只有拥有先进制程工艺流水线、高质量封装水准(产品集成度高、散热效果好)的代工厂才能接下订单。
而在芯片领域这样的代工厂通常具有数量少、市场份额大的特点，以即将投入量产的7nm制程工艺流水线来看，全球相关市场被台积电一家独霸。
另一方面，由于新技术处于初期量产阶段，相应流水线的产能受限，而新产能的建设往往需要大量资金和时间投入，短期难以得到提升。
上游代工厂话语权强，只有订单量大、价格高、预付款的客户才能优先锁定产能。由于可选择的代工厂为行业龙头，同时产能有限，再加上同期竞争代工厂产能份额的还有各大手机芯片商(苹果、高通、华为等等)，因此矿机供应商对上游代工厂的话语权相对较弱。
只有订单量大、价格高的才能成为代工厂的优先客户，并且需要以预付的形式提前锁定产能，这对矿机供应商的规模、资金流转状况都提出了门槛要求。
供给端看矿机:紧握定价权，价格随挖矿收益同步调整
有限的产能+寡头垄断，使得比特币矿机供应商对下游具有极强议价能力。近年来比特币价格不断上升，拉动矿机新需求，上游矿机供应商在产能有限(受代工产能限制)、寡头垄断的情况下，对矿机有着绝对的定价权，自然矿机价格此时也是水涨船高，今年年初比特币价格疯涨的时候，蚂蚁矿机S9在华强北市场一度卖出34000元的期货单价。
那么，矿机究竟如何定价呢?利用历史价格数据我们做出如下分析:当期矿机价格=固定回本周期×当期挖矿日收益。
通过将历史的月度矿机价格和当月平均挖矿日收入(此处只为收入，而非收益，即不包含电力、租金等成本)作图可知，当期挖矿日收入与当期矿机价格之间呈线性关系。
我们将其解读为以下公式:P=D×(R-C)，其中P为矿机价格，D为回本周期，R为当期挖矿收入，C为当期挖矿成本，R–C即为当期挖矿收益。即当期矿机价格与当期挖矿日收益呈正比关系。
根据以上公式和线性回归结果，我们得到矿机供应商的定价策略:固定回本周期为180天左右，根据当期的挖矿收入动态地调整矿机价格。
值得注意的是，这样的定价策略中挖矿日收益是静态的，即假定未来的日挖矿收益维持不变，才可以保证回本周期为180天。若未来币价上涨导致日挖矿收益增加，则实际回本周期变短，反之则变长。
另外，实际购买矿机时我们在计算静态回本周期时往往与180天之间有偏差，主要由于以下几个因素导致:
1.矿机价格调整相对挖矿收益来说属于低频次，因此存在不同步现象，致使静态回本周期发生偏离。具体来说，挖矿收益每天会根据BTC价格的不同而发生变化，但矿机的价格调整却没有这么高频，以比特大陆为例，同款矿机在一个月内可能发出三批货，因而一个月内只调整三次价格。
2.矿机供应商在实际定价时，也会考虑到未来挖矿收益的预期变化。尤其在行情一路猛涨的情况下，会对未来挖矿收益作乐观判断，从而提高矿机价格，导致静态回本周期变长。
3.矿机供应商在下游挖矿收益下降的情况下，可能不愿意压缩自身利润空间。价格同步下降幅度小于挖矿收益下降幅度，因而使得静态回本周期变长。
需求端看矿机:比特币价格的“看涨期权”
从矿场、矿工角度而言，购买矿机挖矿是一项投资活动，其需求受“期望收益率”影响。
作为投资品，只有投资收益率期望值越高、风险越低，矿机的需求才越高。
市场上普遍认为，影响需求的是“挖矿收益”，但之前通过分析，我们发现矿机的购买价格会随着当前的“挖矿收益”动态调整，因此挖矿收益率及静态回本周期理论上并不发生改变，也就无从谈起影响需求。
真正影响需求的，是“期望挖矿收益”。具体来讲，如果大家预期未来的挖矿收益高于当前挖矿收益，那么预期回本周期将缩短，“期望收益率”将提高，进而提升下游需求。
比特币的“期望价格”是影响“预期收益率”的主要原因，进而推得，比特币的“期望价格”影响下游挖矿需求。
影响挖矿收益的因素有四个:算法、市场、矿场、硬件，这里具体因素的拆分我们不做赘述。
四个影响因素中，市场因素占主导作用，主要因为相对其它因素而言，比特币价格波动幅度较大。
以嘉楠耘智的AvalonMinerA721为例，当以比特币计价时，其每日挖矿收入随时间呈指数式衰减，这主要是由全网算力不断增加导致;而当以美元计价时，其每日挖矿收益随时间变化趋势则与比特币价格时间曲线类似。
这充分表明了影响挖矿收益最大的因素还是比特币价格。由此外推，影响“期望收益率”的主要因素就是比特币的“期望价格”。
将以上观点进一步提炼，即矿机可以看作比特币价格的“看涨期权”。
矿工买入矿机的时候，以确定的代价获得了未来数量相对确定的比特币(未来全网算力虽然不确定，但大致区间可估算)，而矿工购买矿机的想法来源于其预期未来比特币价格将高于现在，导致“预期挖矿收益”高于现在的挖矿收益，带来超额收益。
从这个角度来看，相当于矿工未来可以低于市场的价格购买比特币，矿机可以视作是币价的“看涨期权”。
▌淡季不淡，比特币算力需求持续高增长
全球区块链硬件市场空间大、增速快，2018年将近500亿。区块链相关的硬件设备主要为加密货币挖矿所用的矿机，据Frost&Sullivan统计，全球区块链硬件的销售收入从2012年的7000万元增长至2017年的193亿元，复合年增长率超过200%;
同时未来区块链技术在各行各业的广泛应用将推动区块链硬件需求增长，未来三年该市场将整体保持72%的年复合增长，2018年全球市场规模将达到456亿，至2020年，全球区块链硬件的市场规模将接近千亿。
从全网算力推导矿机部署周期—40天左右
假设两个时刻t1和t2所对应的全网算力之差为Δh，即为这段时间新增的在线比特币矿机算力。理论上Δh应该代表t1到t2之间新增的比特币算力需求，但因为矿机从下订单到最终作业需要一定部署周期T，因此Δh表示为t1-T到t2-T之间新增的比特币算力需求。
矿机的部署周期大概在40天左右。
在此之前我们得到，期望的BTC价格是影响需求的主要因素，因而两者之间应当呈正相关。如何表示期望的BTC价格是一个很难的问题，为了模型简单起见，我们采用某时刻前30天币价均值作为该时刻矿工心中的期望币价。
而当我们把新增矿机算力的时间序列向前移动40天左右时，期望币价和新增矿机算力的时间序列曲线正相关最明显。
淡季不淡，新增算力需求持续高增长
进一步通过线性拟合，我们可以得到期望币价和新增算力之间的线性关系。由于截距项很小，新增算力大小与期望币价几乎成正比。由此，我们可以将币价和算力增长定量的联系起来，并对2018年的算力需求作出预测。
不同于市场认为挖矿行业进入寒冬的看法，我们认为新增算力需求依旧处于高速增长阶段，中性判断2018年同比增速将达到165%。
受年初至今比特币市场行情走低影响，币价和挖矿收益发生大幅回落，这导致了新增矿机需求增速放缓。但通过数据我们发现，若2018年的剩余时间内以1万美元作为BTC期望价格，则2018年将产生39930PH/s的新增算力需求，同比去年增加165%。虽然相比去年下降，但如此的增速表明算力需
求仍处于高速发展阶段，究其本质原因是以下的四个因素:
1.矿机产品更迭很快，高性能矿机拉动需求发展;
2.矿机价格随币价、挖矿收益同步回落，因此矿机投资者的静态回本周期并未发生明显变化;
3.目前的币价水平较低，多数矿机投资者看多下半年BTC市场行情，因而选择在此时抄底购入矿机。
4.全球始终存在部分地区为电价、房租的价格洼地，持续拉动当地挖矿业需求。
由于BTC的价格波动幅度很大，因此我们以BTC价格为影响因素，对2018年新增算力需求作了敏感性分析。
当期望币价分别为6000美元(悲观预期)、1万美元(中性预期)、1.4万美元(乐观预期)时，相应新增算力需求为2.9、4.0、5.0万PH/s，同比2017年增速为96%、165%、235%。
值得注意的是，从截止6月份的数据看，矿机厂商的数据依然靓丽，但如果BTC价格依然维持现状甚至进一步下跌，则下半年厂商出货情况极有可能恶化。
其原因在于，年初币价高企，不少矿工高价购臵矿机入市(S9二级市场现货价格一度高达3万，如今不到4000)，这部分投资已经“沉默”，只要还高于可变成本(电费、人工运维等)，矿机就会持续投入，以期待BTC价格反弹，但与此同时外部投资者有可能望而却步，对购买矿机更为谨慎。
▌龙头优势稳固，行业将维持寡头垄断格局
ASIC矿机芯片设计进入门槛高
比特币矿机供应商主流采用无晶圆厂模式，自身的竞争优势主要体现在ASIC矿机芯片的设计上，而ASIC芯片设计属于高科技行业，需要企业能够及时根据市场推出性能更佳的世代产品，因而对企业的研发能力、资金投入等方面都提出比较高的准入门槛，企业需要拥有以下资源才能在该行业中立身不败:
强大的研发能力。
针对下游挖矿业全网算力不断增长的情况，上游ASIC矿机芯片设计商需要有能力适应产品快速更迭市场。只有以行业领先的速度，不断地推出更高性价比的产品，才能占得同类新产品市场的先机，获得相应的溢价和更多的客户青睐。
同时，快速、有效的研发能力也能减少企业在研发中失败的次数，从而减少不必要的研发费用。而这一切都需要芯片设计商拥有强大的研发团队、多年的研发经验和积累的研发数据。
雄厚的资本保障。
芯片设计具有前期投入大、周期长的特点，因而需要企业前期投入大量的研发经费，并有能力承受因此带来的潜在亏损。这对企业的流动资产和现金流提出了一定门槛要求。
与上游优质代工厂之间的良好合作关系。只有最高效的ASIC矿机才能获得市场的青睐，而在代工厂的生产工艺中，矿机芯片所采用的制程工艺对其性能影响极其关键。
鉴于高端制程工艺流水线产能有限，唯有企业的订单优先被代工厂执行，才能保证企业的最新产品及时进入市场，占据先机。因而需要企业与优质代工厂之间保持良好的合作关系，而这一资源通常是潜在进入者不具备的。
通常来说，芯片的硬件成本=(晶片成本+测试成本+封装成本+掩膜成本)/最终成品率。高效的ASIC芯片需要应用最先进的制程工艺，而最新的制程工艺问世之初，掩膜成本的耗费颇为不菲，多达十亿美金(成熟的制程工艺可能只有几百万美金)。
只有企业形成规模经济效应后，才能将掩膜成本分摊，使得单位成本下降，形成产品的成本优势。
市场集中度高，比特币矿机市场未来将维持寡头垄断格局全球比特币矿机市场呈现寡头垄断格局。
以比特币ASIC矿机为例，比特大陆、嘉楠耘智合计占据超过80%的市场份额。以2017年矿机交付量来看，比特大陆一家独占近70%，嘉楠耘智占20%左右。
快速强大的研发能力、雄厚的资本保障、与上游代工厂的良好关系、规模经济效应，这些无一不是行业龙头所牢牢把握的独有资源。
与此相应的，它们享有着头部的市场份额和绝对的产品定价权。
比特大陆创立于2013年，是全球最大的比特币矿机供应商，其设计的比特币矿机算力占据全网算力的70%。
目前比特大陆的蚂蚁矿机S9系列采用16nm制程的ASIC芯片，算力达到14TH/s，单位功耗低至94W/THs，凭借其性价比、稳定的工作状态、良好的售后服务而近乎垄断了市场。
比特大陆也向产业链下游延伸，目前控制了三个矿池进行比特币挖矿，Antpool、BTC.com、ConnectBTC，这三个矿池的算力合计达到全球算力的近40%。
与此同时，比特大陆也对外出售针对莱特币、以太币、门罗币等其它加密货币的ASIC矿机，并逐步转型向云基础设施、AI计算领域靠拢。
值得一提的是，市场在认可其产品的同时，也对其垄断算力资源、大幅变动产品价格的行为提出了质疑。
嘉楠耘智目前是全球第二大比特币矿机供应商，占据20%的市场份额。公司创始人张楠赓在2013年初研发出了第一台FPGA矿机，开启了FPGA挖矿的新纪元，之后其率领的研发团队深耕比特币ASIC矿机产品—阿瓦隆系列。
该系列产品具有高效低耗、高热密度、故障率低的特点，主打产品Avalon841采用16nm制程的ASIC芯片，算力达到13TH/s，单位功耗低至99W/THs。
公司将于2018年下半年领先市场，推出基于7nm工艺的比特币ASIC矿机。除了积极布局区块链行业之外，公司正在开发人工智能AI芯片，用于语音识别、基因检测和无人驾驶等领域。
亿邦通信为一家通信相关企业，在数据通信、光纤传输通信、软件开发、ASIC设计等领域具有较强的技术实力和市场竞争力。
公司旗下拥有翼比特系列矿机，主流产品E9.3采用其自主研发的10nm芯片，算力达到16TH/s，单位功耗110W/THs。
PangolinMiner的神马矿机M3X是一款采用28nm芯片的ASIC矿机，算力可达13TH/s，单位功耗为162W/THs。该产品主打性价比，通过低价打入市场，以相对大厂而言较短的回本周期获得部分用户青睐。
HalongMining是一家ASIC芯片制造公司，由国外比特币开发者成立，公司意图为市场提供比特大陆矿机以外的优质选择，打破原有的垄断格局。
目前该公司产品线只有一种机器:DragonMintT1，算力达到16TH/s，单位功耗低至90W/THs，产能限制是该产品遇到的主要问题，目前该产品已处于售罄状态。未来公司除了售出矿机之外，也将单独发售挖矿芯片。
芯动科技是一家国内IP/IC设计公司，在国内和北美均拥有设计团队，通过先进的产品和服务，芯动科技IP已经帮助许多一线公司实现了SOC的快速成功。
目前，公司最新的比特币矿机产品INNOSILICONT2采用10nm的ASIC芯片，拥有17.2TH/s的强大算力，单位功耗为91W/THs。但与此同时，该矿机的定价高达1500美元，相对其它矿机而言，静态回本周期较长。
比特币矿机行业未来竞争格局不变，两家龙头企业在核心资源上更胜其它企业一筹。
通过产品对比，我们可以发现，市场龙头比特大陆、嘉楠耘智在产品的两大核心参数(“单位算力功耗”、“单位算力价格”)上褒有优势，每年更迭不断的新产品同样证明了这两家公司研发能力的可持续性;相比而言，其它的矿机供应商或存在规模效应不足、产品定价过高、系列开发能力不足的问题。(国盛证券：丁琼 )
更多行业报告下载：www.767stock.com
每日深度行业阅读，欢迎关注@乐晴智库
点击"阅读原文"加入荣誉会员，获得更多深度行业研究报告