ASIC: الشريحة المتخصصة وراء تعدين البيتكوين

ASIC (الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيق، application-specific integrated circuit) هي شريحة مصممة لمهمة واحدة بدلًا من الحوسبة العامة. في تعدين البيتكوين، تحسب شريحة ASIC تجزئات SHA-256 الخاصة بشبكة بيتكوين بسرعة أكبر بكثير، وبطاقة أقل بكثير لكل تجزئة، مقارنةً بالمعالج متعدد الأغراض. أما مُعدِّن ASIC، أو ASIC البيتكوين (Bitcoin ASIC)، فهو الجهاز المبني حول عدد كبير من هذه الشرائح.

تُقاس سرعة مُعدِّن ASIC بالتيراهاش في الثانية (TH/s)، والتيراهاش الواحد يساوي تريليون تجزئة. وتُقاس كفاءة الجهاز بالجول لكل تيراهاش (J/TH)، أي الطاقة التي يستهلكها الجهاز مقابل كل تريليون تجزئة.

ما الذي تفعله شريحة ASIC في تعدين البيتكوين؟

تطلب آلية إثبات العمل في بيتكوين من المعدِّنين حساب تجزئة رأس كتلة مرشحة. ورأس الكتلة المرشحة هو ملخص من 80 بايت لكتلة يحاول المعدِّن إضافتها إلى السلسلة. ويحتوي الرأس على مرجع إلى الكتلة السابقة، وبصمة لمعاملات الكتلة، والوقت، والهدف، ورقم من 32 بت يُسمى النونس (nonce).

لحساب تجزئة الرأس، يمرّره المعدِّن عبر دالة التجزئة SHA-256 مرتين. والتجزئة هي الناتج ثابت الطول الذي تُنتجه دالة التجزئة من مدخلاتها. وتقرأ شبكة بيتكوين هذا الناتج كرقم، ولا تكون الكتلة صالحة إلا إذا كان الرقم مساويًا للهدف الذي تحدده الشبكة أو أقل منه.

عندما لا تصيب التجزئة الهدف، يغيّر المعدِّن النونس ويحسب تجزئة الرأس من جديد. وكل تجزئة هي تخمين واحد لكتلة صالحة.

تحتوي شريحة ASIC المخصصة لتعدين البيتكوين على دوائر مصممة لهذه العملية الحسابية الوحيدة، وهي SHA-256 المزدوجة. صُمِّم المعالج متعدد الأغراض لتشغيل أي برنامج، بينما تؤدي شريحة ASIC مهمة واحدة، ولهذا تحسب عددًا أكبر بكثير من التجزئات في الثانية وتستهلك طاقة أقل بكثير لكل تجزئة. وتحدد شريحة ASIC إلى حد كبير تكلفة الجهاز وكفاءته، وهي عادةً الجزء الأكثر استهلاكًا للطاقة.

يحمل جهاز تعدين البيتكوين العديد من شرائح ASIC على لوحات دوائر تُسمى لوحات التجزئة (hashboards). والناتج المجمّع لهذه الشرائح هو معدل التجزئة (Hashrate) الخاص بالجهاز، أي عدد التجزئات التي يحسبها الجهاز في الثانية.

لماذا انتقل تعدين البيتكوين من وحدات CPU وGPU إلى ASIC؟

في السنوات الأولى لبيتكوين، كان برنامج العميل القياسي يتيح للمستخدمين تعدين BTC باستخدام وحدة المعالجة المركزية (CPU) في الحاسوب. ووحدة CPU هي المعالج متعدد الأغراض الذي يشغّل برامج الحاسوب.

منذ عام 2010، انتقل تعدين البيتكوين إلى وحدات معالجة الرسوميات (GPU). ووحدة GPU هي المعالج الموجود على بطاقة الرسوميات. وبحلول منتصف عام 2011، أصبحت مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA) شائعة أيضًا. وFPGA شريحة يمكن تهيئتها بعد التصنيع لتنفيذ وظيفة منطقية محددة.

صدرت أولى شرائح ASIC المصممة لتعدين البيتكوين في عام 2013. وتتفوق ASIC على وحدات CPU وGPU وFPGA في السرعة وفي الطاقة المستهلكة لكل تجزئة.

يجمع Bitcoin Wiki، وهو مرجع عن بيتكوين يديره المجتمع، نتائج اختبارات الأداء لأجهزة حقبة 2010-2013. وقد حسب معالجان مكتبيان من تلك الحقبة، هما Intel Core 2 Quad Q6600 وCore i5-750، نحو 11 و14 MH/s (مليون تجزئة في الثانية).

Antminer S21 XP هو مُعدِّن ASIC حالي من إنتاج الشركة المصنعة Bitmain، التي تُدرج سرعته عند 270 TH/s حتى أكتوبر 2026. ويساوي هذا المعدل 270 مليون MH/s. وبهذا المقياس، يكون S21 XP أسرع بنحو 330,000 مرة من AMD Radeon HD 7970، وهي بطاقة رسوميات متطورة من أوائل عقد 2010 قدّرتها اختبارات Bitcoin Wiki بنحو 825 MH/s.

لا تزال بطاقة الرسوميات قادرة على حساب SHA-256، لكن تعدين البيتكوين بوحدات GPU لم يعد قادرًا على منافسة تعدين البيتكوين بشرائح ASIC. ويقول Bitcoin Wiki إن تعدين البيتكوين بوحدات GPU «أصبح غير عملي» لأن إجمالي معدل التجزئة في الشبكة ارتفع كثيرًا بعد ظهور ASIC.

ماذا يوجد داخل مُعدِّن ASIC للبيتكوين؟

جهاز تعدين البيتكوين اليوم هو مُعدِّن ASIC، ويُسمى أيضًا مُعدِّن بيتكوين ASIC، أو في الاستخدام اليومي منصة تعدين البيتكوين (mining rig). ويجمع مُعدِّن ASIC أربعة أنواع من المكونات، هي لوحات التجزئة ولوحة التحكم ووحدة الإمداد بالطاقة ونظام التبريد.

في تفكيك لجهاز Antminer S19j Pro من Bitmain، أحصت Hashrate Index، وهي جهة تنشر بيانات عن تعدين البيتكوين، ثلاث لوحات تجزئة تحمل كل منها 126 شريحة، أي 378 شريحة في المجموع. وتشير المراجعة نفسها إلى أن معظم مُعدِّنات ASIC تستخدم ثلاث لوحات تجزئة.

لوحة التحكم هي الحاسوب الصغير المدمج في الجهاز. وتشغّل لوحة التحكم البرنامج الثابت (firmware)، وهو البرنامج الذي يدير الجهاز. كما تنسّق لوحة التحكم عمل لوحات التجزئة وتقرأ بيانات المستشعرات.

عبر شبكة إيثرنت (Ethernet)، تربط لوحة التحكم مُعدِّن ASIC بمجمع تعدين. ومجمع التعدين مجموعة من المعدِّنين يجمعون عمل التجزئة الخاص بهم ويتقاسمون مكافآت الكتل التي يفوزون بها بنسبة العمل الذي ساهم به كل منهم.

تحوّل وحدة الإمداد بالطاقة التيار المتردد (AC) القادم من الشبكة الكهربائية إلى تيار مستمر (DC) منخفض الجهد تعمل به الشرائح. في S19j Pro، تحوّل وحدة الإمداد بالطاقة 200-277 V AC إلى 12-15 V DC. وبالنسبة إلى Antminer S21 XP، تحدد Bitmain، حتى أكتوبر 2026، مدخلًا بجهد 220-277 V AC وتيار 20 A، وخرجًا لوحدة الإمداد بالطاقة بقدرة 4,000 W، وهو أعلى من الاستهلاك المعتاد للجهاز البالغ 3,645 W. وتُدرج Bitmain وحدة الإمداد بالطاقة الخاصة بجهاز S21 XP كطراز منفصل.

تستخدم مُعدِّنات ASIC المبرّدة بالهواء مراوح لإخراج الحرارة من الهيكل. ويحتوي S19j Pro على أربع مراوح، اثنتان تسحبان الهواء إلى الداخل واثنتان تدفعانه إلى الخارج.

تستبدل مُعدِّنات ASIC المائية (Hydro) التبريد بالهواء بالماء أو بسائل تبريد آخر يتدفق عبر الجهاز. أما تعدين البيتكوين بالغمر فيغمر مُعدِّن ASIC في سائل غير موصل للكهرباء (عازل). وينقل هذا السائل الحرارة أفضل بكثير من الهواء ولا يوصل الكهرباء، لذلك يمكنه أن يحيط باللوحات ويزيل حرارتها دون الحاجة إلى نفخ الهواء فوق المشتتات الحرارية.

كيف تقرأ ورقة مواصفات مُعدِّن ASIC؟

حتى أكتوبر 2026، تُدرج صفحة مواصفات Antminer S21 XP لدى Bitmain، وهو مُعدِّن ASIC مبرّد بالهواء، القيم المعتادة التالية:

• معدل التجزئة: 270 TH/s، بزيادة أو نقصان 3%
• القدرة: 3,645 W عند المقبس، بزيادة أو نقصان 5%، مقيسة بهواء داخل بدرجة 25 °C
• الكفاءة: 13.5 J/TH، بزيادة أو نقصان 5%
• الخوارزمية: SHA-256، لعملة BTC وعملتين أخريين تعملان بخوارزمية SHA-256
• الضوضاء: 76 dBA (ديسيبل بترجيح A) عند أقصى سرعة للمراوح

معدل التجزئة هو سرعة مُعدِّن ASIC، على غرار القدرة الحصانية لمحرك السيارة. والقدرة هي الكهرباء التي يستهلكها الجهاز أثناء تشغيله. أما الكفاءة فتربط بين الاثنين وتعمل مثل استهلاك السيارة للوقود، لذا فإن رقم J/TH الأقل يعني أن الجهاز يستهلك طاقة أقل لإنجاز العمل نفسه.

يمكنك التحقق من سطر الكفاءة بقسمة القدرة على معدل التجزئة. بالنسبة إلى S21 XP، فإن 3,645 W مقسومة على 270 TH/s تساوي 13.5 واط لكل TH/s (W/TH). ويعطي W/TH وJ/TH الرقم نفسه لأن الواط الواحد يساوي جولًا واحدًا في الثانية.

أرقام ورقة المواصفات قيم معتادة وليست وعودًا. تقيس Bitmain أداء S21 XP بهواء داخل بدرجة 25 °C وتسمح بتفاوت قدره 3% في معدل التجزئة و5% في القدرة والكفاءة، لذلك قد لا يطابق جهاز يعمل في هواء أكثر حرارة ما ورد في الورقة.

يستند مُعدِّن البيتكوين الرقمي من GoMining إلى قوة تعدين حقيقية من أجهزة ASIC في مراكز بيانات GoMining. ولكل مُعدِّن بيتكوين رقمي قوة تعدين محددة بوحدة TH وكفاءة طاقة محددة بوحدة W/TH، وهو المقياس نفسه الذي يمثله سطر J/TH في ورقة مواصفات ASIC. والكهرباء جزء من رسوم الصيانة التي تُخصم يوميًا من مكافآت المُعدِّن الرقمي بعملة BTC، وانخفاض W/TH يعني انخفاض تكلفة الكهرباء في هذه الرسوم.

ما حدود مُعدِّن ASIC؟

يشغّل مُعدِّن ASIC خوارزمية تجزئة واحدة ولا شيء غيرها. ويستطيع جهاز يعمل بخوارزمية SHA-256 مثل S21 XP تعدين BTC والعملات الأخرى العاملة بخوارزمية SHA-256 التي تُدرجها Bitmain في ورقة مواصفاته، لكن الجهاز لا يستطيع تعدين العملات التي تستخدم خوارزمية مختلفة.

تتراجع مكانة مُعدِّنات ASIC القديمة كلما خفّضت الأجيال الأحدث قيمة J/TH. حتى أكتوبر 2026، تُدرج Bitmain جهاز S19 XP، وهو من جيل سابق، بمعدل 141 TH/s وقدرة 3,031.5 W وكفاءة 21.5 J/TH. ومقارنةً بكفاءة S21 XP البالغة 13.5 J/TH، يستهلك S19 XP طاقة أكثر بنحو 59% لكل TH/s من معدل التجزئة، لذلك ينفق الجهاز الأقدم كهرباء أكثر على العمل نفسه.

مُعدِّن ASIC المبرّد بالهواء صاخب ويعمل بحرارة عالية. وتتحول الكهرباء التي يستهلكها جهاز تعدين البيتكوين كلها تقريبًا إلى حرارة. وحتى أكتوبر 2026، تصنّف Bitmain قدرة S21 XP عند 3,645 W، لذلك يطلق الجهاز ما يقارب هذه الكمية من الحرارة طوال فترة تشغيله.

يقدّر المعهد الوطني للصمم واضطرابات التواصل الأخرى (NIDCD)، التابع للمعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة، مستوى المحادثة العادية بنحو 60-70 dBA. ويقول NIDCD إن الأصوات عند 70 dBA أو أقل من غير المرجح أن تسبب فقدان السمع حتى بعد التعرض الطويل، وإن التعرض الطويل أو المتكرر عند 85 dBA أو أكثر يمكن أن يسببه. ومستوى 76 dBA لجهاز S21 XP أعلى من المحادثة العادية ويقع بين هذين المستويين. ولا تذكر Bitmain المسافة التي قاست عندها هذا الرقم، لذا فالمقارنة تقريبية.

في تقرير يستند إلى بيانات استطلاع من منتصف عام 2024، وجد مركز كامبريدج للتمويل البديل (Cambridge Centre for Alternative Finance)، وهو مركز أبحاث، أن أكبر شركة مصنعة استحوذت على نحو 82% من سوق مُعدِّنات ASIC العاملة بخوارزمية SHA-256. وقدّر التقرير نفسه حصة أكبر ثلاث شركات مصنعة بأكثر من 99% من تلك السوق. ويعني هذا التركّز أن إمدادات أجهزة تعدين البيتكوين الجديدة تعتمد على عدد قليل من الشركات المصنعة.