比特币:芯片竞赛新战场，比特币矿机行业深度报告

矿机作为比特币系统中的关键组成部分，通过消耗计算和电力资源争夺记账权，为该系统增加了“信任价值”；从投资角度而言，比特币矿机可以视为比特币价格的“看涨期权”，正是因为矿工对未来币价持看涨态度，预期未来的挖矿收益会增加，从而加大了矿机的需求。

矿机销量依赖于全网算力的增长，而算力又和币价密切相关。市场普遍认为目前正处于加密货币市场的熊市阶段，担心比特币矿机需求惨淡。不同于市场认为挖矿行业进入寒冬的看法，我们看到，挖矿仍是传统资本介入区块链最容易接受的模式，通过敏感性分析我们发现，若2018年的剩余时间内以BTC未来价格1万美元估算，则2018年将产生4万PH/s的新增算力需求，同比去年增加165%；若以6000美元估算，则新增算力约3万PH/s，同比增加96%。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。

目前比特币矿机行业市场集中度高，市场份额排名前两家占超过80%的市场份额，行业竞争格局属于寡头垄断。由于两家龙头企业在核心资源上更胜其它企业一筹，因此我们认为，未来龙头企业将持续稳固竞争优势，市场维持寡头垄断格局。

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，以及外臵的电源。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。

▲蚂蚁S9i14T

花旗：预计存储芯片制造商未来定价能力低:8月22日消息，花旗根据需求趋势称，专注于存储芯片的半导体公司在下半年可能面临定价能力呈下降趋势的风险。鉴于服务器需求不温不火导致存储芯片需求进一步疲软的可能性增加，预计下半年该类芯片价格将面临额外的下行风险。分析师Peter Lee在谈到某一类存储芯片时预计，由于Alphabet、亚马逊和微软等公司正在消化库存，它们在下半年将不会下DRAM新订单。预计第四季度平均售价将较上季度下降17%，此前预期为下降13%。这一变化归因于“近期持续的宏观不确定性”。(金十)[2022/8/22 12:41:13]

“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，

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。

三星新的挖矿芯片效率将提高45%:金色财经报道，科技巨头三星表示，它目前正在开发新的3纳米挖矿芯片，该芯片的能效将提高45%。据估计，新芯片的性能提高了23%，并有望显着减少采矿业的碳排放。2013年生产的首批挖矿硬件之一Antminer S1拥有55nm芯片。目前市面上最好的挖矿设备是2022年生产的5nm芯片的蚂蚁S19X。

三星早在2019年宣布开始设计和制造挖矿芯片时就透露了其进入采矿领域的机会。（cryptoslate）[2022/7/19 2:22:56]

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。

动态 | 比特大陆正式宣布 搭载第二代7nm芯片的蚂蚁矿机S17系列新品将于4月9日正式发布。:3月29日，比特大陆正式宣布，搭载第二代7nm芯片的蚂蚁矿机S17系列新品将于4月9日正式发布。此次蚂蚁矿机S17系列新品将采用现货发售方式，方便矿工用户购买。 据了解，蚂蚁矿机S17采用比特大陆第二代7nm芯片BM1397，较上一代芯片节能约28.6%，能效比更突出。此外，据该公司产品经理此前透露，新品S17将采用全新散热技术及全局优化定制方案，整机性能非常值得期待。[2019/3/29]

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。

动态 | 比特大陆：57J/T是指整个矿机的能效比而不是芯片:关于新矿机的能效比差异，比特大陆近日回应称，42J/T指的是芯片的能效比，而57J/T是指整个矿机的能效比，所以不存在虚假宣传的情况。[2018/11/9]

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，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、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：

GPU芯片公司不会在虚拟货币下注:今年加密货币的爆炸式增长给“矿工”带来了强有力的激励，他们使用高端计算机来匹配和更新加密货币交易以换取报酬。包括以太坊在内的许多增长最快的货币的挖掘是使用了来自Nvidia和Advanced Micro Devices（AMD）等公司的图形处理器驱（GPU）。与高端游戏PC一样，这些芯片也被称为GPU。在过去的两个季度中，Nvidia来源于加密货币挖掘需求的销售额为2.2亿美元，将近达到总销售额的5%。但是两家公司都不想着重于这个市场，因为加密货币太不稳定了，任何技术的变化可能会严重影响采矿的经济价值。摩根士丹利（Morgan Stanley）的约瑟夫·摩尔（Joseph Moore）表示，预计未来一年左右，以太坊方面即将到来的转变，将使基于GPU的采矿变得“过时”。[2017/12/26]

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。

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。

规模经济效应。通常来说，芯片的硬件成本=/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。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

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。

编辑：芯智讯-林子

来源：本文节选自国盛证券研究所研报《芯片竞赛新战场，共识缔造新载体——比特币矿机行业深度报告》

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