GPU 기반의 마이너
ASIC 마이너
채굴장
1. 개요
miner/mining rig · 採 掘 機비트코인을 위시한 암호화폐 중 상당수는 블록체인 네트워크의 정상적인 운영을 위해 proof-of-work 방식을 도입하였다. ( 블록체인 문서의 2.1.1 문단으로.) 이것은 노드에 참여하는 컴퓨터의 연산 능력에 전적으로 의존적인 것으로, 사토시 나카모토는 자신의 비트코인에 관한 논문에서 이를 "one-CPU-one-vote (CPU 하나당 투표권 하나)"라고 표현한 바 있다.[1] 이렇게 블록체인 네트워크의 유지를 위해 노드에 의해 진행되는 일련의 연산 과정을 채굴(mining)이라고 한다.
채굴기는 크게 채굴용 소프트웨어와 채굴용 하드웨어로 구분할 수 있다. 전자는 말 그대로 채굴 연산을 수행하는 소프트웨어이며, 후자는 그 소프트웨어를 구동하기 위한 하드웨어를 말한다.
이런 채굴기에 들어가는 그래픽 카드 때문에, 채굴 붐이 오자 이런 채굴기도 수요가 많아졌는데 여기 들어가는 그래픽카드도 덩달아 수요가 급증했다. 채굴로 인한 그래픽카드 품귀는 현재까지 두 번 있었는데, 이 때마다 그래픽카드 값이 극심하게 폭등하여 게이머 입장에선 원수와 다름없는 물건이다.
2. 역사
요약하면 CPU시대, GPU시대, ASIC시대로 나뉘며, ASIC의 등장 이후로는 암호화폐를 대표하는 비트코인만큼은 ASIC 채굴기[2]에 크게 의존하고 있다.초창기의 비트코인에서는 비트코인 클라이언트(지금의 Bitcoin-Core)가 그 자체로 채굴 소프트웨어의 역할을 했으며, 채굴용 하드웨어는 평범한 PC의 CPU였다. 당시 사토시 나카모토는 "CPU만 있다면 누구나 공평하게 똑같이 경쟁할 수 있으니 (CPU 채굴이) 좋다" 며 CPU만을 이용한 채굴을 옹호하였고, GPU로 비트코인을 채굴하는 행위를 최대한 미루어야(postpone the GPU arms race) 한다고 말하기도 했다.[3]
하지만 비트코인에 사용되는 SHA-256 해시 알고리즘은 그 특성상 CPU보다 GPU를 이용한 연산이 압도적으로 빨랐고, 이것은 돈이 된다는 것을 의미했다. 이에 따라 GPU 채굴 붐이 시작되었으며, 이러한 추세는 2014년 즈음까지 계속되었다.
하지만 이 판도는 ASIC를 이용한 채굴 장비가 등장하면서 급격히 붕괴하였다. ASIC는 주문형 반도체를 이르는 말로, 여기에서는 하드웨어 단에서부터 채굴 연산만을 수행할 수 있도록 설계된 집적회로를 말한다.
세계 최초의 채굴기 생산 회사가 된 Bitmain에서 당시 공동 CEO였던 잔커퇀(중국과학기술원 반도체공학 박사 겸 칭화대학교 반도체 연구소 수석연구원 출신 공학자)이 처음으로 SHA256 계산에 특화된 반도체를 만들면서 ASIC의 역사가 시작되었다. 그 반도체로 만든 기계가 바로 Antminer.
Bitmain사의 Antminer를 필두로 한 ASIC 채굴장비들은 채굴 이외에는 아무 쓸모 없는 실리콘 덩어리에 불과했으나, 채굴 성능만은 CPU나 GPU에 비교할 수 없을 정도로 빨랐기에 GPU 채굴 장비를 빠른 속도로 대체하였다.
ASIC 채굴기 제조업체와 채굴기 보유자가 하나의 세력처럼 자리잡아 "1CPU당 1표", "탈중앙화"라는 비트코인의 정체성을 위협하기 시작하자, 후발주자인 이더리움 등의 암호화폐는 ASIC 제작이 어려운 독자적 해시 알고리즘을 채택하기 시작했다. 이는 GPU 채굴 수요를 또 다시 폭증시켰고, 결국 2017년경에는 그래픽 카드 공급의 대대적인 부족이라는 결과를 낳게 된 것이다.
비트코인 채굴의 판도가 ASIC가 탑재된 전용 채굴기로 넘어간 2015년 이후, GPU 채굴 수요는 세계 2위의 암호화폐이자 Anti-ASIC PoW(작업증명) 알고리즘을 채택한 코인 이더리움으로 넘어갔다. 하지만 이미 수 년 전부터 이더리움을 Proof-of-Stake(PoS, 지분증명) 방식으로 전환하는 방안이 논의되어 왔고, 마침내 2022년 내로 완전한 PoS 전환이 예정된 상태이다. 간단히 말하자면, 가장 많은 GPU 수요를 빨아먹는 코인이 채굴 방식을 버린다는 것. 물론 여전히 GPU 채굴을 요구하는 한편 채산성이 괜찮기까지 한 코인이 여러 개 남아 있고, 특히 몇 개 코인은 가격이 상승할 경우 이더리움 자리를 차지할 가능성이 매우 높지만, 지금까지 이더리움에 채굴자가 몰린 것은 이더리움의 채산성이 그만큼 크기 때문이었다. 따라서 지금보다는 그래픽카드 대란이 좀 완화될 것으로 전망된다.
3. 채굴 하드웨어
비트코인 채굴 하드웨어에는 크게 CPU 마이너, GPU 마이너, ASIC 마이너의 3종류가 존재한다고 할 수 있다. 이 중 CPU 마이너와 GPU 마이너에는 일반적인 컴퓨터 부품이 사용된다. CPU 마이너보다는 GPU 마이너가 압도적으로 많이 사용되므로, 아래에서는 주로 GPU 마이너에 대해 설명한다.암호화폐의 채굴 난이도가 지속적으로 상승해 일반 컴퓨터로는 채굴이 사실상 불가능해졌다. 때문에 채굴을 전문적으로/효율적으로 할 수 있는 시스템이 필요했고 그로 인해 등장한 게 채굴기다. 보통 채굴에 큰 영향을 주지 않는 CPU, 램, 저장장치는 싼 것을 장착해 비용을 절감하고 제일 중요한 그래픽 카드를 여러 개 끼운다. 이때 발열을 잡기 위해 그래픽 카드를 메인보드에 직접 장착하는 대신 별도의 받침대에 장착하고 라이저 카드를 이용해 그래픽 카드와 메인보드를 연결한다.
2017년 11월 기준, 암호화폐 중 비트코인의 채굴 난이도는 산업용 전기료로도 감당하기 힘들 만큼 높아졌다. 따라서 신규로 시장에 유입되는 새로운 암호화폐를 노릴 게 아니면 그만두는 게 좋다. 무엇보다 산업용 전기 혹은 산업용 보다 더 저렴한 요금으로 책정받는 농업용 전기로 채굴하는 것은 한전이 정해놓은 약관을 위반하는 행위이기 때문에 한전 직원이 현장실사를 하던 도중에 적발하면 그 즉시 그동안 사용한 요금에 대한 추가 징수와 가산세를 지불해야 하는 일이 발생하므로 단가가 비싼 가정용 혹은 일반용 전기를 써야만 한다. 무엇보다 단가가 싼 전기로 채굴하는 것에 대한 사회적 시선 또한 곱지 않은 점까지 한 몫 하는 것도 있다.
비트코인 채굴만을 위해 개발된 ASIC, FPGA를 이용한 전용 채굴기가 등장하면서, 그래픽 카드를 이용한 채굴로는 채산성을 확보하기 어려워졌으며, 결국 그래픽 카드는 비트코인 채굴 시장에서 퇴출되기에 이르렀다. 당장 2017년 현재의 상황을 보면, 라데온 R9 290X를 8대 크로스파이어 해서 사용한다고 해도 1.12GH/s 정도의 해시레이트가 나오는데, 1,100달러(126만원) 정도 하는 ASIC 채굴기인 Antminer S9를 사용하면 13,500GH/s가 나온다. 단, 비트코인을 제외하고 다른 코인을 바라본다면 채굴할 코인은 무수히 많다. 제트캐시, 모네로 등이 GPU를 이용한 채굴에 가장 많이 쓰이는 암호화폐들이며 비트코인 ASIC 마이너를 구하기 힘들어짐과 동시에 가격이 급상승하며 이들의 채산성은 비트코인만큼 좋거나 더 우수한 경우가 많다.
2018년 4월 기준, 이더리움은 PoS 전환에 들어갔으며, 다른 코인들도 채산성이 악화되어 그래픽 카드 가격이 빠르게 떨어지고 있다. 특히 2018년 하반기에 높은 가성비를 가진 이더리움 전용 채굴기가 풀리게 되면, 제 2의 코인 열풍이 오지 않는 이상 그래픽 카드 가격의 대폭락이 올 것은 불보듯 뻔하다. 실제로 그래픽 카드 시장에서 채굴 수요는 갈수록 하락하여, 2018년 10월 AMD는 채굴 수요를 무시할 수 있는 수준이라고 보기에 이르렀다. # 이런 이유때문에 그래픽 제조업체들이 라인을 확충하고싶어도 못한다.
하지만 2020년 12월경부터 RTX 3000 출시와 함께 다시 채굴붐이 일어나면서 1000번대 중고까지 싹쓸이 될 정도로 희귀해지고 있다. 코로나19 등으로 생산 물량이 적은 상황인데, 설상가상으로 비트코인 시세가 폭등하고 있다. RTX 3080이 처음 공개되었을 때까지만 해도 채굴용 19웨이 메인보드의 가격이 5만원대였으나, 12윌 23일 현재 12만원으로 올랐다. 더군다나 RTX 3080 1장의 채굴성능이 GTX 1660 슈퍼 5장의 채굴성능과 맞먹는 수준이다. GTX 1660S, GTX 1650S를 시작으로 RTX 3060 Ti가 빠져나가기 시작했고, RTX 3060 Ti의 물량이 동나자 RTX 3070이 채굴장으로 끌려가고 있고 이마저도 없어서 한번 채굴을 했던 중고 GTX 1070 Ti, GTX 1080 Ti, RTX 2060이 다시 채굴장으로 재입대하는 웃기면서도 어이없는 일이 일어나고 있는게 현실이다.[4] 그렇다고 생산량을 늘리는 것도 문제인게 생산라인을 함부로 확충했다가 채굴 붐이 다시 안일어나버리면 늘어난 생산라인은 그대로 파운드리 업체의 짐이 된다. 그래서 박리다매를 하고싶어도 못하는 상황이다. 사실상 칩 내부에다가 리미터를 장착시켜서 다중그래픽 감지시 연산 효율을 까버리는게 유일한 해결책이다 싶을 정도로 암울한 상태다. 이 예측은 황제가 격노함으로써 실현되었다. 중국에서 싸그리 긁어가는 물량이 상당히 많은데, 그 이유는 무역분쟁으로 인한 위안화 가치 하락과 중국공산당이 손댈수 없는 안전재산 확보, 그리고 코로나 19로 인한 유동성 공급이라고 추정된다.
그러나 이를 보다 못한 NVIDIA가 칼을 빼들어 채굴 전용인 CMP 라인업을 런칭함과 동시에 RTX 3060 출시 이후에 나오는 모든 모델에 채굴 제한을 걸어[5] 이마저도 힘들게 될 전망이다. 자세한 내용은 그래픽 카드 채굴 대란 문서의 해당 부분으로. 그러나, 이게 뚫려버렸다! 그래서 GDDR6X 부족과 비트코인 재상승, LHR의 붕괴로 인해 그래픽카드 가격은 다시 오르고 있는 중.
한편 인텔은 자사의 ASIC설계부서에서 비트코인 채굴 전용의 ASIC인 Bonanza mine을 설계해서 발표할 계획이라고 하면서 채굴 시장에 뛰어들 계획임을 발표했다.[6]
ASIC, FPGA 문서로.
3.1. 구성품
3.1.1. 프레임(케이스)
그래픽 카드를 여러 장 장착하기 때문에 온도를 쉽게 잡기 위해 그리고 조립을 편하게 하기 위해 부품이 외부에 노출되는 프레임을 사용한다. 하단부에 메인보드와 파워를 장착하고 상단부에는 라이저 카드와 그래픽 카드를 장착한다. 규격화 되어 있는 게 아니고 수많은 업자들이 제작하는 거라 프레임의 길이나 형태가 다 제각각이니 자신이 쓰려는 부품에 알맞는 프레임을 골라야 한다. 길이가 너무 짧아서 그래픽 카드 간의 간격이 좁아 발열을 못 잡거나, 그래픽 카드는 6개인데 그래픽 카드 고정용 나사 구멍이 5개라 하나를 장착 못하는 경우가 생길 수 있다.3.1.2. 연산 장비
사실상 메인이 되는 부분으로 이 때문에 별의별 특이한 부가장비들이 나온 경우도 많다. 아톰 CPU 하나 달아놓고 PCI-E슬롯만 8개 달아놓은 물건이나 메인보드 하나에 PCI-E 1X만 16개 달아놓고 라이저 카드를 사용할 수 있게 만든 물건이나...일반적으로 ASIC이 개발 안 된 암호화폐의 경우 그래픽 카드를 동원해 채굴하고 FPGA나 ASIC이 개발되면 넘어가는 형태로 나온다. 이때문에 아직 ASIC이 개발안된 이더리움이 흥할 때 RX 580 등의 신규 그래픽 카드 출시가 겹쳐서 한동안 그래픽카드 물량난이 일어난 적이 있다.
3.1.3. 파워 서플라이
그래픽 카드를 여러 개 쓰는 만큼 안정적인 파워 공급이 필수다. 80Plus 인증은 기본으로 PCIe 6+2핀을 여러개 제공하는 파워 서플라이를 주로 사용한다. 약 20만 원이 넘어가는 80Plus 플래티넘 인증을 받은 고용량(1200W+)의 파워 서플라이도 많이 사용하나 투자비용을 아끼기 위해 상대적으로 저용량(700W, 800W)의 파워 서플라이를 2개 묶어서 동시에 사용하는 경우가 많다. (Add2PSU 등의 듀얼 커넥터 이용)3.1.4. 기타 부품
비용절감을 위해 저가 부품을 주로 쓴다. 다만 메인보드는 잘 보고 사야 한다. 채굴기 수요가 증가하자 채굴용 메인보드가 따로 나왔다.그래픽 카드와 메인보드 간의 통신 대역폭이 중요하지 않아서 메인보드도 그냥 싸구려를 쓰고 그래픽 카드와는
3.2. 기타
채굴기는 단순히 연산기를 뭉쳐서 연산하는 물건이기 때문에 그냥 컴퓨터를 여러 개 엮어도 암호화폐 채굴을 하는 건 가능하다. 스마트폰을 이용한 비트코인 채굴기도 가능하며 라즈베리 파이나 서버 등등 연산자원이 남아도는 기기는 충분히 채굴기로 사용될 수 있다. 다만 연산성능에 비해 채굴성능이 별로인 관계로 수지타산은 별로다. 최근 스마트폰을 이용한 비트제니 채굴이 일본에서 화제를 모으기도 했다.현재 가장 효율이 좋은 건 ASIC 마이너이지만, 웬만하면 ASIC 마이너에 뛰어드는 건 하지 않는 게 좋은데 ASIC 채굴기가 개발된 암호화폐는 일반적으로 이미 채굴이 많이 진행되어서[7] 상위권 채굴업자가 대량의 코인을 독점하고 있는 경우가 대다수다. 특히 비트코인과 라이트코인.
따라서 그래픽 카드 마이너마냥 ASIC 마이너를 샀다간 본전도 못 뽑을 수 있다. 그런데도 그래픽 카드 마이너가 득세하는 이유는 간단한데 신규 암호화폐의 GPGPU 채굴방법이 나오는 데는 얼마 안 걸리기 때문에 신규 화폐를 선점해서 채굴을 하면 어느 정도 수지타산이 맞기 때문이다.
남동인더스파크(이하 남동공단) 등 주요 산업단지에 채굴업자가 입주를 하게 될 경우 입주자와 건물주 모두 처벌받는다.
남동공단 곳곳에 게시된 안내 현수막들.
이렇게 산업단지 등에 불법으로 입주하여 채굴을 하려는 이유가 있는데, 그것은 산업용 전기요금 때문이다.
암호화폐의 폭락으로 하루종일 채굴해봐야 손해인 사태가 발생하면서 채굴장들의 폐업이 속출하고 있다. 버려진 채굴장에서 미납된 전기 요금만 해도 4억 8천 만원이나 된다고 한다. 기사
암호화폐의 큰손이었던 중국 또한 중국 정부의 규제로 인해 채굴기를 모두 고물상에다 파는 신세가 되었다. 기사
사실상 암호화폐로 미국의 부가 빠져나가는거나 마찬가지인데 바이든이 제재를 안하는게 이상할 따름이다.
한 PC방은 손님이 이용하는 컴퓨터로도 채굴기를 돌렸다. 당연한 소리지만 프레임 저하가 발생했다. 전체화면을 켤 때만 채굴기가 작동했다고 한다.
채굴기를 돌리는 과정에서 발전소에서 온실가스와 배기가스를 지나치게 뿜어대서 전기먹는 하마, High Emission이라는 오명이 붙었다.
3.3. Zcash의 ASIC 마이너 개발
2018년 5월경 Bitmain에서 Zcash의 ASIC 마이너를 개발했다고 한다. #1 #2 하지만 하드포크 하면 끝이고 실제로 모네로와 이더리움 ASIC도 출시 하기도 전에 대응 하드포크를 진행해서 바로 무쓸모가 되었다. 어차피 다른 가상화폐로 옮겨간다고 해도 채굴 난이도는 시간이 갈수록 상승하기 때문에 어디를 가도 전망이 어둡다. 결국 2018년 12월경에는 완전히 채굴 붐이 식었고, 해외의 일부 채굴업자들은 그래픽 카드를 이용해 딥러닝 학습 대리업체로 업종전환을 하기도 했다. #1 #24. 관련 문서
[1]
Nakamoto, S. (2008)
Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
[2]
몇몇 암호화폐들은 아직 대형 채굴풀들이 압도하지 않는 관계로 전체 해시(연산)에서 개인들이 GPU를 쓰는 비율이 꽤 큰 경우도 있다.
[3]
"A few suggestions", 비트코인 포럼
[4]
이들 그래픽카드는 2022년 6월까지도 채굴장에서 해방되지 못하고 있다.
[5]
RTX 3060은 채굴 제한이 걸려있으며, 나머지 모델도 기존 모델을 단종시키고 채굴 제한을 걸어 재출시할 것을 검토하고 있다고 한다.
[6]
엔비디아와 AMD와는 다르게 ASIC기반이기 때문에 인텔은 GPU대비 1000배 효율적임을 주장하고 있으며 소비자 입장에서는 GPU채굴이 ASIC채굴로 넘어가면 GPU공급이 늘어나고 ASIC생산라인은 GPU생산라인과는 겹치지 않기 때문에 GPU생산에도 도움이 되는 관계로 이득인 셈이다.
[7]
알고리즘 분석을 통해 최적의 설계를 찾아내는 기간이 매우 긴 게 큰 부분 중 하나다.