ASIC: Der spezialisierte Chip hinter dem Bitcoin-Mining

Ein ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, also eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung) ist ein Chip, der für eine einzige Aufgabe entwickelt ist statt für allgemeine Rechenarbeit. Beim Bitcoin-Mining berechnet ein ASIC-Chip die SHA-256-Hashes von Bitcoin deutlich schneller und mit deutlich weniger Energie pro Hash als ein Allzweckprozessor. Ein ASIC-Miner, auch Bitcoin-ASIC genannt, ist die Maschine, die um viele dieser Chips herum gebaut ist.

Die Geschwindigkeit eines ASIC-Miners wird in Terahashes pro Sekunde (TH/s) angegeben, und ein Terahash entspricht einer Billion Hashes. Die Effizienz der Maschine wird in Joule pro Terahash (J/TH) angegeben, also in der Energie, die die Maschine für jede Billion Hashes aufwendet.

Was macht ein ASIC-Chip beim Bitcoin-Mining?

Beim Proof of Work von Bitcoin müssen Miner einen Kandidaten-Blockheader hashen. Ein Kandidaten-Blockheader ist die 80 Byte große Zusammenfassung eines Blocks, den ein Miner an die Chain anhängen will. Der Header enthält einen Verweis auf den vorherigen Block, einen Fingerabdruck der Transaktionen im Block, die Uhrzeit, den Zielwert (Target) und eine 32-Bit-Zahl namens Nonce.

Um den Header zu hashen, schickt ein Miner ihn zweimal durch die SHA-256-Hashfunktion. Ein Hash ist das Ergebnis fester Länge, das eine Hashfunktion aus ihrer Eingabe erzeugt. Bitcoin liest dieses Ergebnis als Zahl, und ein Block ist nur dann gültig, wenn die Zahl kleiner oder gleich dem Zielwert ist, den das Netzwerk festlegt.

Verfehlt ein Hash den Zielwert, ändert der Miner die Nonce und hasht den Header erneut. Jeder Hash ist ein Versuch, einen gültigen Block zu finden.

Ein ASIC-Chip für Bitcoin-Mining hat Schaltkreise, die auf genau diese eine Berechnung zugeschnitten sind, das doppelte SHA-256. Ein Allzweckprozessor ist dafür gebaut, jedes beliebige Programm auszuführen, während ein ASIC-Chip nur eine Aufgabe erledigt. Deshalb berechnet er weit mehr Hashes pro Sekunde und verbraucht für jeden Hash weit weniger Energie. Der ASIC-Chip bestimmt weitgehend die Kosten und die Effizienz einer Maschine, und er ist in der Regel das Bauteil mit dem höchsten Stromverbrauch.

Eine Bitcoin-Mining-Maschine trägt viele ASIC-Chips auf Platinen, die Hashboards heißen. Die gemeinsame Leistung dieser Chips ist die Hashrate der Maschine, also die Anzahl der Hashes, die die Maschine pro Sekunde berechnet.

Warum ist das Bitcoin-Mining von CPUs und GPUs zu ASICs gewechselt?

In den frühen Jahren von Bitcoin konnten Nutzer mit der Standard-Client-Software BTC auf der CPU (Central Processing Unit) ihres Computers minen. Eine CPU ist der Allzweckprozessor, der die Programme eines Computers ausführt.

Ab 2010 wechselte das Bitcoin-Mining zu GPUs (Graphics Processing Units). Eine GPU ist der Prozessor auf einer Grafikkarte. Mitte 2011 waren außerdem FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) verbreitet. Ein FPGA ist ein Chip, den man nach der Herstellung so konfigurieren kann, dass er eine gewünschte Logikfunktion ausführt.

Die ersten für das Bitcoin-Mining entwickelten ASICs kamen 2013 auf den Markt. ASICs übertreffen CPUs, GPUs und FPGAs sowohl bei der Geschwindigkeit als auch beim Energieverbrauch pro Hash.

Das Bitcoin Wiki, ein von der Community gepflegtes Nachschlagewerk zu Bitcoin, sammelt Benchmarks für Hardware aus den Jahren 2010-2013. Zwei Desktop-CPUs aus dieser Zeit, der Intel Core 2 Quad Q6600 und der Core i5-750, kamen auf etwa 11 und 14 MH/s (Millionen Hashes pro Sekunde).

Der Antminer S21 XP ist ein aktueller ASIC-Miner des Herstellers Bitmain, der ihn (Stand Oktober 2026) mit 270 TH/s angibt. Diese Rate entspricht 270 Millionen MH/s. So gemessen ist der S21 XP rund 330.000-mal so schnell wie die AMD Radeon HD 7970, eine High-End-Grafikkarte der frühen 2010er-Jahre, die laut den Benchmarks im Bitcoin Wiki auf etwa 825 MH/s kam.

Eine Grafikkarte kann SHA-256 zwar immer noch berechnen, aber GPU-Mining von Bitcoin kann mit ASIC-Mining von Bitcoin nicht mehr mithalten. Laut Bitcoin Wiki ist das GPU-Mining von Bitcoin „unpraktikabel geworden“, weil die gesamte Hashrate des Netzwerks nach der Einführung der ASICs so stark gestiegen ist.

Was steckt in einem ASIC-Bitcoin-Miner?

Eine Bitcoin-Mining-Maschine ist heute ein ASIC-Miner, auch ASIC-Bitcoin-Miner oder umgangssprachlich Bitcoin-Mining-Rig genannt. Ein ASIC-Miner besteht aus vier Arten von Bauteilen: Hashboards, einer Steuerplatine, einem Netzteil und einem Kühlsystem.

Bei einer Zerlegung des Antminer S19j Pro von Bitmain zählte Hashrate Index, ein Anbieter von Daten zum Bitcoin-Mining, drei Hashboards mit je 126 Chips, insgesamt also 378 Chips. Derselbe Bericht stellt fest, dass die meisten ASIC-Miner drei Hashboards verwenden.

Die Steuerplatine ist der kleine eingebaute Computer der Maschine. Die Steuerplatine führt die Firmware aus, also die Software, die die Maschine betreibt. Außerdem koordiniert die Steuerplatine die Hashboards und liest die Sensoren aus.

Über Ethernet verbindet die Steuerplatine einen ASIC-Miner mit einem Mining-Pool. Ein Mining-Pool ist ein Zusammenschluss von Minern, die ihre Hash-Arbeit bündeln und die Block-Belohnungen, die sie gewinnen, im Verhältnis zur jeweils geleisteten Arbeit untereinander aufteilen.

Das Netzteil wandelt den Wechselstrom (AC) aus dem Stromnetz in den Gleichstrom (DC) mit niedriger Spannung um, mit dem die Chips arbeiten. Im S19j Pro macht das Netzteil aus 200-277 V AC eine Spannung von 12-15 V DC. Für den Antminer S21 XP gibt Bitmain (Stand Oktober 2026) einen Eingang von 220-277 V AC bei 20 A und eine Netzteil-Ausgangsleistung von 4.000 W an, also mehr als die typische Leistungsaufnahme der Maschine von 3.645 W. Bitmain führt das Netzteil des S21 XP als eigenes Modell.

Luftgekühlte ASIC-Miner leiten die Wärme mit Lüftern aus dem Gehäuse. Der S19j Pro hat vier Lüfter, zwei saugen Luft an und zwei blasen sie hinaus.

Hydro-ASIC-Miner ersetzen die Luftkühlung durch Wasser oder ein anderes flüssiges Kühlmittel, das durch die Maschine fließt. Beim Immersions-Mining von Bitcoin wird der ASIC-Miner in eine nicht leitende (dielektrische) Flüssigkeit getaucht. Die Flüssigkeit führt Wärme weit besser ab als Luft und leitet keinen Strom. Deshalb kann sie die Platinen umschließen und ihre Wärme abführen, ohne dass Luft über Kühlkörper geblasen werden muss.

Wie lesen Sie das Datenblatt eines ASIC-Miners?

Stand Oktober 2026 nennt Bitmain auf der Spezifikationsseite des Antminer S21 XP, eines luftgekühlten ASIC-Miners, diese typischen Werte:

• Hashrate: 270 TH/s, plus oder minus 3 %
• Leistungsaufnahme: 3.645 W an der Steckdose, plus oder minus 5 %, gemessen bei 25 °C Ansauglufttemperatur
• Effizienz: 13,5 J/TH, plus oder minus 5 %
• Algorithmus: SHA-256, für BTC und zwei weitere SHA-256-Coins
• Lautstärke: 76 dBA (A-bewertete Dezibel) bei maximaler Lüfterdrehzahl

Die Hashrate ist die Geschwindigkeit eines ASIC-Miners, ähnlich wie die PS-Zahl eines Automotors. Die Leistungsaufnahme ist der Strom, den die Maschine im Betrieb zieht. Die Effizienz verbindet beides und funktioniert wie der Kraftstoffverbrauch eines Autos, ein niedrigerer J/TH-Wert bedeutet also, dass die Maschine für dieselbe Arbeit weniger Energie aufwendet.

Sie können die Effizienzangabe prüfen, indem Sie die Leistungsaufnahme durch die Hashrate teilen. Beim S21 XP ergeben 3.645 W geteilt durch 270 TH/s genau 13,5 Watt pro TH/s (W/TH). W/TH und J/TH ergeben dieselbe Zahl, weil ein Watt einem Joule pro Sekunde entspricht.

Die Angaben im Datenblatt sind typische Werte, keine Zusagen. Bitmain misst den S21 XP bei 25 °C Ansauglufttemperatur und lässt eine Abweichung von 3 % bei der Hashrate sowie 5 % bei Leistungsaufnahme und Effizienz zu. Eine Maschine, die in wärmerer Luft läuft, erreicht die Werte im Datenblatt deshalb womöglich nicht.

Ein digitaler Bitcoin-Miner von GoMining wird durch reale Mining-Leistung aus ASIC-Maschinen in den Rechenzentren von GoMining gedeckt. Für jeden digitalen Bitcoin-Miner ist die Mining-Leistung in TH und die Energieeffizienz in W/TH angegeben, also in derselben Größe wie die J/TH-Zeile im Datenblatt eines ASIC-Miners. Der Strom ist Teil der Wartungsgebühr, die täglich von den BTC-Belohnungen eines digitalen Miners abgezogen wird, und ein niedrigerer W/TH-Wert bedeutet geringere Stromkosten innerhalb dieser Gebühr.

Wo liegen die Grenzen eines ASIC-Miners?

Ein ASIC-Miner führt einen einzigen Hash-Algorithmus aus und sonst nichts. Eine SHA-256-Maschine wie der S21 XP kann BTC und die anderen SHA-256-Coins minen, die Bitmain im Datenblatt nennt, aber Coins mit einem anderen Algorithmus kann die Maschine nicht minen.

Ältere ASIC-Miner fallen zurück, weil neuere Generationen den J/TH-Wert senken. Stand Oktober 2026 gibt Bitmain den S19 XP, eine frühere Generation, mit 141 TH/s, 3.031,5 W und 21,5 J/TH an. Im Vergleich zu den 13,5 J/TH des S21 XP braucht der S19 XP pro TH/s Hashrate etwa 59 % mehr Leistung, die ältere Maschine verbraucht für dieselbe Arbeit also mehr Strom.

Ein luftgekühlter ASIC-Miner ist laut und wird heiß. Fast der gesamte Strom, den eine Bitcoin-Mining-Maschine aufnimmt, wird zu Wärme. Stand Oktober 2026 gibt Bitmain den S21 XP mit 3.645 W an, die Maschine gibt also fast genauso viel Wärme ab, solange sie läuft.

Das National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD), Teil der US-amerikanischen National Institutes of Health, beziffert ein normales Gespräch auf etwa 60-70 dBA. Laut NIDCD verursachen Geräusche bis 70 dBA selbst bei langer Einwirkung wahrscheinlich keinen Hörverlust, während lange oder wiederholte Belastung ab 85 dBA ihn verursachen kann. Die 76 dBA des S21 XP sind lauter als ein normales Gespräch und liegen zwischen diesen beiden Werten. Bitmain gibt nicht an, in welchem Abstand dieser Wert gemessen wurde, daher ist der Vergleich nur ungefähr.

In einem Bericht auf Grundlage von Umfragedaten aus Mitte 2024 stellte das Cambridge Centre for Alternative Finance, ein Forschungszentrum, fest, dass der größte Hersteller etwa 82 % des Marktes für SHA-256-ASIC-Miner hielt. Denselben Bericht zufolge kamen die drei größten Hersteller auf mehr als 99 % dieses Marktes. Diese Konzentration bedeutet, dass das Angebot an neuen Bitcoin-Mining-Maschinen von wenigen Herstellern abhängt.