【深度报道】比特币矿机行业分析

比特币网络是第一个成功应用区块链技术的支付交易系统。 无需中心化机构的信用背书，系统的“信任价值”由其加密算法&共识机制创造； 以及它的第一个“挖矿”行为，激励更多的网络节点加入进来，维护和增加系统的“信任值”。 比特币挖矿，用一句话来说就是“争夺系统的记账权，获得比特币作为奖励”。 具体展开概念，需要知道“怎么挖”（PoW共识机制）和“挖什么”（激励机制）

相应的激励机制如下：每个成功记账的用户将获得系统发行的比特币和交易方提供的转账手续费作为奖励。 比特币网络刚创建时（2009年），系统每次奖励用户记账成功50个比特币，之后每四年减半一次。 当前周期内，系统每次奖励成功入账的用户12.5个比特币。 转账手续费由交易方设定，手续费高的交易优先打包成块。 目前，转让费约占挖矿总收入的10%。 鉴于记账成功后系统奖励的比特币是由系统设定并首次发行，有点类似于地下深处的矿产资源，所以我们会提供算力资源，进行竞争记账权益行为称为“挖矿”，参与挖矿的用户称为“矿工”，使用的算力资源称为“矿机”，矿机拥有的算力资源称为“算力”。 指矿机进行哈希运算的能力，而全网算力代表全网矿机算力的总和。 挖矿难度由系统设定，每14天自动更新一次。 它会随着全网算力同步变化。

比特币矿机本质上是一台计算机，其核心部件是计算芯片。 具体来说，目前主流的比特币矿机主要由以下几部分组成：包括算力芯片和散热片的算力板、风扇、控制器电路板、铝合金外壳、外接电源。 这里的核心部件是计算芯片。 矿机的计算性能和功耗由计算芯片决定，其成本约占矿机总制造成本的80%。

“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考虑单机价格，而是关注投资回收周期，关键指标是“单位算力功耗”。 在相同算力的情况下，矿机功耗越小，矿机性能越好。 所谓“单位算力消耗”就是矿机的功耗/算力。 随着全网算力的整体提升，成功挖矿的难度会越来越大。 因此需要定期更换矿机，以维持原有的收益。 近年来，主流厂商通常每年升级一次产品系列。 Market conditions 发布了更新版本以微调性能、功耗和价格。 在这个过程中，单台矿机的算力不断提升，而核心指标“单位算力功耗”不断降低。

要优化“单位算力功耗”，就需要用专用芯片替代通用芯片。 比特币矿机芯片的发展经历了从CPU、GPU、FPGA到ASIC四个过程。 在这个过程中，提供算力的芯片逐渐从通用芯片转向挖矿专用芯片。 ASIC的特点是面向特定的算法需求。 与通用集成电路相比，具有体积更小、功耗更低、可靠性更高、批量生产时单位成本更低等特点。 比特币挖矿是在特定算法下的重复计算，因此ASIC方案的应用将大大提高芯片的性能。

ASIC矿机芯片技术先进，产品更新换代快。 先进的芯片制造技术可以提高集成电路的精度，使电子器件的特征尺寸不断缩小，从而使芯片集成度不断提高，在提高芯片计算能力的同时降低功耗。 为了获得最佳性能，ASIC矿机芯片的设计和制造一直走在芯片行业的前沿。 目前，市场上主流的ASIC矿机芯片已经从110nm、55nm、28nm升级到16nm。 未来六个月内，还将推出7nm工艺的ASIC矿机芯片。 例如，以下是全球第二大比特币ASIC矿机供应商嘉楠耘智的产品和芯片变化：

比特币相关价值链参与者如下：上游为矿机设计、生产测试包装、销售商； 中游是矿池和矿场； 下游是比特币交易所和钱包：

上游提供比特币挖矿的矿机。 包括无晶圆厂厂商，如比特大陆、嘉楠耘智等，主要负责芯片设计、矿机组装和销售，矿机芯片的制造、测试、封装交给代工厂； 用于测试和封装的代工厂，例如台积电和日月光。

挖矿在中游进行，确认网络中的交易，同时系统增发的比特币通过它流入市场。 由于全网算力呈指数级增长，目前个人挖矿成功的概率几乎为零。 于是出现了大大小小的矿场和矿池，通过聚合大量矿机的算力来争夺记账权。 大挖矿成功的概率。 主要玩家有Bitmain、Bitfury、BTC.com、Antpool、F2pool等。

下游是比特币的交易、使用和存储服务提供者。 比特币交易所可以提供法定货币与比特币、比特币和其他加密货币之间的交易。 相关交易所有Coinbase、Bitfinex、OKCoin、Huobi等； 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

比特币矿机供应商普遍采用fabless模式。 即只负责矿机芯片的设计，芯片的生产、测试​​、封装交给第三方代工厂。 由于芯片制造过程需要巨大的资本支出，这种模式让比特币矿机供应商可以专注于产品的核心——芯片研发，同时获得合理的定价和先进工艺的生产能力。

上游晶圆代工厂话语权强，只有订单大、价格高、预付款的客户才能先锁定产能。 由于可选代工厂为行业龙头，产能有限，且主要手机芯片厂商（苹果、高通、华为等）话语权相对较弱。 只有订单大、价格高的才能成为代工厂的优先客户，产能需要以预付款的形式提前锁定，这对矿机供应商的规模和资金流提出了门槛要求。

有限的产能+寡头垄断使得比特币矿机供应商对下游有很强的议价能力。 近年来，比特币价格持续上涨，带动了对矿机的新需求。 在产能受限（受限于代工产能）和寡头垄断的情况下，上游矿机供应商对矿机拥有绝对的定价权。 今年年初比特币价格飙升之际，蚂蚁S9曾在华强北市场以3.4万元的期货单价成交。 那么，矿机如何定价呢？ 使用历史价格数据，我们进行以下分析：

当前矿机价格=固定投资回收期×当前挖矿日收益

通过绘制历史月度矿机价格和当月平均挖矿日收益（这里只是收益，不是收入，即不包括电费、租金等成本），可以看出当前挖矿日收益和当前挖矿日收益矿机价格之间存在线性关系。 我们将其解释为以下公式：P = D×(R - C)，其中P为矿机价格，D为投资回收期，R为当前挖矿收益，C为当前挖矿成本，R - C 是当前挖矿收入。 即当前矿机价格与当前挖矿日收益成正比。

根据以上结果，我们得到矿机供应商的定价策略：固定投资回收期为180天左右，矿机价格根据当前挖矿收益动态调整

值得注意的是，这种定价策略的每日挖矿收益是静态的比特币矿机盗电，即假设未来每日挖矿收益不变，则可以保证回收期为180天。 若未来币价上涨导致每日挖矿收益增加，则实际回收期将缩短，反之亦然。

从矿场和矿工的角度来看，购买矿机进行挖矿是一种投资行为，其需求受“预期收益率”的影响。 作为一种投资产品，预期投资回报率越高，风险越低，对矿机的需求就会越高。 市场普遍认为影响需求的是“挖矿收益”，但通过之前的分析我们发现，矿机的购买价格会随着当前的“挖矿收益”动态调整，因此挖矿收益和static payback period 理论上没有变化，影响需求无从谈起。 真正影响需求的是“预期挖矿收益”。 具体来说，如果大家预期未来的挖矿收益高于现在的挖矿收益，那么回本周期就有望缩短，“预期收益率”就会提高，从而增加下游需求。

比特币的“预期价格”是影响“预期收益率”的主要原因，反过来，比特币的“预期价格”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。 具体因素的细目我们在此不再赘述。 在四大影响因素中，市场因素占据主导地位，主要是因为比特币价格相比其他因素波动较大。 以嘉楠耘智的Avalon Miner A721为例。 以比特币计价时，其每日挖矿收益随时间呈指数衰减，这主要是全网算力不断提升造成的； ，其每日挖矿收益随时间变化的趋势类似于比特币价格-时间曲线。 这充分说明，影响挖矿收益的最大因素是比特币的价格。 由此推断，影响“预期收益率”的主要因素是比特币的“预期价格”。

进一步提炼上述观点，即矿机可视为比特币价格的“看涨期权”。 当矿工购买矿机时，他以一定的价格获得了未来相对一定数量的比特币（虽然未来整个网络的算力是不确定的，但大致范围是可以预估的），而矿工的买矿机的想法来自于他预期未来比特币的价格会比现在高，导致“预期挖矿收益”高于当前挖矿收益，从而产生超额收益。 从这个角度来看，意味着矿工可以在未来以低于市场的价格购买比特币，矿机可视为币价的“看涨期权”。

全球区块链硬件市场空间大、增速快，2018年达到近500亿。区块链相关硬件设备主要是用于加密货币挖矿的矿机。 据弗若斯特沙利文统计，全球区块链硬件销售收入从2012年的7000万元人民币增长到2017年的193亿元人民币，复合年增长率超过200%。 同时，未来区块链技术在各行业的广泛应用将推动区块链硬件需求的增长。 未来三年，该市场将保持72%的年复合增长率。 2018年全球市场规模将达到456亿，到2020年全球区块链硬件市场将接近千亿。

不同于市场对矿业进入寒冬的看法，我们认为新增算力需求仍处于高速增长阶段，中性判断2018年同比增速将达到165%。 受年初以来比特币行情走低影响，币价和挖矿收益大幅下滑，导致新增矿机需求增速放缓。 但通过数据我们发现，如果以10000美元作为2018年剩余时间BTC的预期价格，2018年新增算力需求为39930PH/S，同比增长165% . 虽然与去年相比有所下降，但这样的增速说明算力需求仍处于高速发展阶段。 根本原因在于以下四个因素：

1、矿机产品日新月异，高性能矿机带动需求发展；

2、矿机价格与币价、挖矿收益同步下跌，因此矿机投资者的静态回本周期没有明显变化；

3、当前币价水平偏低比特币矿机盗电，矿机投资者大多看好下半年BTC行情，因此选择此时买入矿机；

4.世界上一些电价和租金低的地区总是存在价格低谷，持续推动当地矿业的需求。

由于BTC价格波动较大，我们以BTC价格为影响因素，对2018年新增算力需求进行敏感性分析。当预期币价为6000美元（悲观预期）时，美元10,000（中性预期）和14,000美元（乐观预期），对应新增算力需求分别为29,000、40,000和50,000 PH/s，与2017年相比，年增长率分别为96%、165%、235%

值得注意的是，从截止到6月的数据来看，矿机厂商的数据依旧靓丽，但如果BTC价格持平甚至进一步下跌，下半年厂商的出货情况极有可能恶化。原因是年初币价高，很多矿工购买高价矿机入场（S9二级市场现货价格一度高达3万，但现在不到 4,000）。 成本（电费、人工运维等）、矿机在BTC价格反弹预期下将继续投入，但同时外部投资者可能会望而却步，对购买矿机更加谨慎

全球比特币矿机市场呈现寡头格局

以比特币ASIC矿机为例，比特大陆和嘉楠耘智合计占据了80%以上的市场份额。 从2017年的矿机出货量来看，仅比特大陆就占近70%，嘉楠耘智约占20%。 快速而强大的研发能力、雄厚的资金保障、与上游晶圆代工厂的良好关系、规模经济，都是行业龙头牢牢掌握的得天独厚的资源。 相应地，他们享有领先的市场份额和绝对的产品定价权。

通过产品对比，我们可以发现市场领导者比特大陆和嘉楠耘智在产品的两个核心参数（“单位算力功耗”和“单位算力价格”）上具有优势。 产品也证明了这两家公司研发能力的可持续性； 相比之下，其他矿机供应商可能存在规模效应不足、产品定价偏高、系列化开发能力不足等问题。 这两者在未来将继续保持其在比特币市场的领先地位。