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边肖：记得要集中注意力。
来源：链家新闻
数据全面解读了比特币挖矿的hash率以及电力的现状和未来。作者：Sam Doctor，数字资产金融服务公司BitOoda首席策略师。Perry Wang编译。
比特币挖矿是比特币网络的基础，也是比特币作为资产的必要组成部分。虽然挖矿很重要，但它一直是比特币生态系统中最不透明、最不为人知的部分。BitOoda的报告旨在提高比特币矿工构成的透明度，并最终帮助人们了解系统的现状和健康状况。在富达应用技术中心(FCAT)，我们期待继续比特币挖掘领域的研究，并帮助推动生态向前发展。我们感谢BitOoda团队的工作，并希望它有助于增加每个人对比特币生态系统这一复杂而迷人的部分的了解。朱里布洛维克，富达应用技术中心区块链产品总监
重点总结全球比特币挖矿电量总计9.6 GW(吉瓦)，其中约50%可能位于中国；美国约占14%；哈希率的利用率约为67%。BTC矿电的中值成本为3美分/千瓦时(kwh)，1 BTC的开采成本约为5000美元。在下一个矿机升级周期，哈希速率可能在未来12个月达到260 EH/s，在未来24个月达到360 EH/s。然而，这需要的资本支出(Capex)是63亿美元，它与这个行业产生的现金流之间的资本缺口是41亿美元。哈希速率每增加10 EH/s，BTC价格需要增加1000美元，才能维持每兆瓦时(M WH)的中性损益，这将影响廉价电力、BTC价格和半导体出货量。比特币挖矿是一个秘密行业，有公开信息。我们发现，即使是经验丰富的加密货币投资者，他们对矿业的了解与该领域的潜在投资机会之间也存在差距。尽管Coinmetrics、Coinshares和剑桥另类金融中心已经发表了一些研究报告，但仍有许多未解之谜。受富达应用技术中心(FCAT)的委托，本研究报告是对已有研究的补充，是在前人工作的基础上的润色，试图回答一些新的问题。
比特币电力容量分析：多少钱，在哪里，什么价位在这一部分，我们尝试对矿工的电力容量进行测算、定位和评估，预估矿工的盈利能力。我们与矿工、矿机制造商和经销商交谈了60多次，参考了超过45个公开的数据来源，试图尽可能提供一个完整的画面，以了解比特币的开采能力有多少，他们的地理位置以及矿工支付多少电费。
然后我们进一步讨论了以下问题：作为可用功率和矿机效率的函数，未来的开采能力将如何增加，BTC价格、资本/融资的可用性、半导体技术和性能会给比特币的开采能力带来哪些约束。
比特币采矿业预计将获得至少9.6GW的电力。之所以得到9.6 GW(吉瓦)这个数字，是基于以下逻辑：5月10日，比特币奖励减半前，比特币挖矿哈希速率达到峰值136098 PH/s，5月17日跌至低点81659 PH/s。我们承认这些极值可能在一定程度上归因于运气——，比如运气好的时间段或快速封锁——，这可能会人为抬高散列率估计值，而慢速封锁时间段可能是因为运气不好。无论如何，我们排除了模型中的运气因素，做了简化的假设来估算比特币网络所消耗电力的近似值。
我们假设5月17日还在低谷运行的哈希率全部来自更赚钱的新一代矿机—— S 17，包括比特大陆的Antminer S17和T17，神马的M20，以及建安科技、Innosilicon、亿邦等厂商的设备。我们也假设5月10日到5月17日之间关停的设备都是老一代盈利能力差的S9级矿机(比如蚂蚁金服S9和神马M3)。
请注意，我们把“S17级”、“S9级”、“S19级”作为一个统称，包含了比特大陆的矿机产品和配置相近的竞品。之所以只用比特大陆的模型来定义等级，是因为比特大陆在“S9级”时代占优势，在历史上的“S17级”装备中略占优势。我们还将所有相关计算中的电力使用效率(PUE)设置为1.12，这意味着每当1 MW的电力直接用于采矿时，需要120kw的电力来运行其他设备，包括冷却系统、照明、服务器、交换机等。
图：BitOoda将矿机分为以下几个等级。
资料来源：AsicMinerValue.com比特大陆比图达、迦南、Microbt、下龙、转基因生物。
下图数据显示，如果5月17日运行的BTC哈希率全部是比较新的S17矿机，那么这些矿机消耗的总电量是3.9GW，再者，如果5月10日到5月17日之间关停的哈希率54EH/s全部是老一代S9矿机，那么这就可以解释另外5.7GW的电量。
这些简化的假设可以帮助我们更广泛地理解这个行业。我们知道真实情况可能是关停的矿机大部分是S9级矿机，但不是全部。低谷期维持的hash率有一小部分可能来自于一些电价非常便宜的地区的S9矿工。比特币减半后设备盈利能力的降低是推动矿量减少的主要因素，还有一部分原因是这一时期矿机刚从中国北方转移到南方，以利用低成本的水电(详见第二部分，更详细解释了中国水电季节的影响)。基于这些假设，我们估计比特币挖矿行业至少可以获得9.6GW的电力。
图：近期比特币散列率和功耗的波峰和波谷。
资料来源：比图达、Blockchain.com、Kaiko、Coinmetrics。
我们估计，BTC采矿业使用了9.6GW可用电力的约67%，年增长率约为10%，驱动着280万台比特币矿机。现在的矿机大部分都是S17，但未来大部分可能会采用下一代S19。5月17日低谷后重新上线的hash率大部分来自S9级矿机。这些机器要么在电价极低的地区运行，要么在延迟后才从中国北方转移到四川和云南。他们的搬迁是为了利用夏季雨季期间极低的电价。
此外，尽管供应链延迟，新一代Antminer S19矿机和神马M30矿机已经开始限量出货，部分S17矿机也在运输中，部分促成了哈希率的恢复。
图：比特币散列率、功耗、矿机安装数量(2020年7月1日数据)
资料来源：比图达、Blockchain.com、Kaiko、Coinmetrics。
据估计，全球约50%的比特币挖矿产能在中国；美国约占14%。我们利用各种公开资源和对矿工、采矿机械制造商和经销商的保密采访，了解BTC采矿能力的地理分布和矿工的用电量。我们可以识别出153个矿井，总功率约为4.1GW，其中67个矿井的功率容量约为3GW。这些电价数据基于匿名调查。
图：调查中的采矿能力的地理分布与9.6GW的总估计能力
来源：Bitooda估计值、采矿者、ASIC制造商/经销商、公共来源。
与矿工、矿机制造商和经销商的交谈使我们确信，我们考虑了美国、加拿大和冰岛的大部分采矿能力，但只覆盖了中国和“世界其他地区”的一小部分采矿能力。在与矿工的交谈中，我们不仅问了他们自己的产能，还问了他们在市场上注意到的其他矿井有多少，以及他们认为该地区的总开采产能是多少。我们知道这只是一个粗略的数字，但它仍然有助于我们找到一种有用的方法来估计采矿能力的地理分布。
图：调查中的采矿能力的地理分布与9.6GW的总估计能力
来源：Bitooda估计值、采矿者、ASIC制造商/经销商、公共来源。
我们估计50%的比特币挖矿能力支付不超过3美分/千瓦时，这一数字在过去几年中稳步下降。之前的证据显示，2018年这一数字接近6美分/千瓦时。随着网络hash率的提高，每PH/s的收入下降，电费高的矿商要么转向电费低的地区，要么不得不关停。
图：电力成本曲线：电力成本相对于网络容量的份额。
来源：Bitooda估计值、采矿者、ASIC制造商/经销商、公共来源。
根据我们的成本曲线，开采1个BTC的现金成本中位数约为5000美元，置信区间上限约为6000美元。该估算为现金运营费用，不包括采矿硬件的折旧或其他费用。
该曲线还显示，BTC的一小部分是以高于BTC当前现货价格的现金成本挖掘出来的。我们认为，这种不经济的开采行为是由许多因素决定的，例如购买电力的承诺，在电力需求高峰期间关闭产能的潜在激励支付，以及在交易选项有限或昂贵的司法领域收购比特币。
图：基于不同电费的网络容量，挖出1个BTC的成本截至2020年7月1日。
来源：Bitooda估计值、采矿者、ASIC制造商/经销商、公共来源。
我们注意到，在目前的网络哈希率下，S9级矿机的电力成本要低于2分钱/千瓦时才能保持盈亏平衡。随着hash率的不断提高，需要更低的电价来维持其可行性。我们的成本模型假设需要一名员工运行5MW的容量。由于S9矿机的能效弱于新矿机，单位pH/s的哈希速率需要更多的设备，要达到同样的哈希速率，它们的功耗、所需员工数、管理成本都比新矿机高。
S19矿机只需要30kW的功率和9个器件就可以得到1 pH/s的哈希速率.如果使用S9矿机，需要70台左右的设备，功耗超过100kW，以及相应的维护运营人力成本和电源管理成本才能得到同样的哈希速率1 pH/s.
图：当前哈希费率下，各种电价下不同矿机的日收益和现金运营成本。注：在估算BTC矿业用电比例时，我们假设PUE为1.12。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
劳动力成本是指运行一个大型采矿设施(50MW)所需的维护和操作人员的数量。这些数据来自我们与矿工的谈话。
总结：我们估计目前可用的比特币挖矿能力约为9.6GW，目前的利用率处于60-70%区间的中间。该总容量的中间单位电价约为3美分/千瓦时，挖掘1 BTC的中间现金成本为5000美元。我们估计中国贡献了大约50%的采矿能力；美国以14%左右位居第二。中国相当一部分矿能随季节迁移，以充分利用丰水期的低电价。我们将在第二部分详细讨论细节。
关于哈希率的增长与中国雨季的关系，我们得出了一些意想不到的结论。我们发现在比特币挖矿中，中国贡献了50%的功耗和网络哈希率。我们将进一步调查中国比特币社区的情况，以及中国雨季对比特币价格和网络哈希率的影响。
什么是雨季？四川、云南等西南省份，每年5-10月降雨较多。这使得大量的雨水涌入这些省份的大坝，导致这一时期的水电产量大幅增加。由于发电量供过于求，电力被廉价卖给了比特币矿工。溢出的大坝需要排出太多的水，所以低价售电为水电站和矿工带来了双赢。这些低价电力吸引了矿工从其他省份迁移来利用这一优势。在干旱月份，矿工在中国北方支付约2.5-3美分/千瓦时，但在5月至10月的雨季，四川和云南支付的电价不到1美分/千瓦时。
传统观点认为，丰水期的低电价会促进哈希比的增长，我们对此表示反对。我们认为，雨季将使成本曲线在一年的六个月中下降，这样只需要出售较少的BTC来支持运营费用，而矿工可以积累资本投资于采矿能力的增长。
如下表所示，BTC均价在丰水期和枯水期的涨幅差异显著，而哈希率在这两个时期的涨幅大致相同。我们的图表显示了各期的增长情况，发现前两期可能是异常值(进一步支持了我们的观点)，平均值是基于未来11个6个月期的小规模样本数。
图：哈希率和BTC价格，按雨季和旱季划分，注：2014年以来的收据；平均数不包括2013年11月至2014年10月期间；截至2020年7月1日的数据
资料来源：比图达、Blockchain.com、Kaiko、Coinmetrics。
资本积累后，购买、交付和部署设备。这种动态关系可以从以下线索反映出来：价格上涨(支持资本积累)与4-6个月后hash率的提高之间存在相关性，因为供应链需要时间将已购买的设备交付给客户。
中国的雨季将拉低电力成本曲线，这将有助于矿商积累资本，并有助于哈希比的未来增长。资本积累的增加会使矿业减少对外部资金的需求，行业本身也可以支撑哈希比的未来增长。
图：BTC价格变化和散列率变化之间的相关性。注：过去12个月的数据，截至2020年7月1日。
资料来源：比图达、Blockchain.com、Kaiko、Coinmetrics。
我们来看一下过去15到360天的BTC价格变化与去年同期hash率变化的相关性。我们注意到哈希率跟随价格变化，有4-6个月的延迟，相关性很高。这就构成了一个动态关系，即资本积累后，会有购买、交付、调配新矿机等行为，供应链需要时间来完成矿机的交付。
可用和未充分利用的电力容量、来自行业内部的资本积累(借助于中国的雨季)、外部融资以及每PH/s收入的减少都对哈希比的未来增长产生影响。我们将在第三部分讨论哈希速率的未来。
比特币散列率增长的预测：多高、何时、为什么、哪些因素会减缓(或加速)其增长？我们深入研究了一些问题，比如网络哈希速率能增长多少，是什么因素在支撑这种增长，以及可能减缓这种预期增长的资金和融资约束。
根据我们的评估，随着电力容量从9.6GW到10.6GW的适度增加以及矿机的升级，即较新的S17和下一代S19矿机将取代较旧的S9矿机，未来12-14个月比特币网络的哈希速率可能超过260EH /s。电力容量的增长考虑了以下因素：每个矿井的可用电力，计划的基建支出，此外，由于收入的压力，一些成本较高的矿井可能要关闭。
图：比特币散列率和功耗。注：在估算活跃用于比特币挖矿的电力比例时，我们假设PUE为1.12，数据截止于2020年7月1日。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
2022年年中前，行业升级到S19矿机。这个循环的完成可能会使网络的哈希速率达到360 eh/s左右，我们估计下一次的基本面设备升级可能会在2022年下半年，虽然在此期间矿机的效率会逐渐提高。我们注意到，如果BTC的价格持平或下降，单位PH/s的收入(美元)将继续下降，直到边际成本点。但下一步的投资和hash率增长可能会明显放缓。因此，我们的哈希速率预测图可能会延迟或永远无法实现。
我们调查了TSMC在采矿机器芯片方面的进展，并将其与三星和英特尔进行了比较，尽管英特尔不生产用于采矿的ASIC芯片。现有数据表明，不同半导体供应商之间的工艺技术存在很大差异。我们注意到ASIC技术的下一个飞跃将是5纳米(nm)技术的发展。在这个节点上，比特大陆的主要供应商—— TSMC领先于三星。尽管TSMC收到了大量7纳米和5纳米节点的订单，但其工艺几何看起来与英特尔的10纳米节点相似。
我们认为三星也有更严格的工艺几何；因此，三星紧跟TSMC。ASIC主要是一个逻辑芯片，所以和Intel比是有意义的。随着半导体工业的发展，我们注意到泛函几何越来越分化。因此，即使是同一个标称工艺节点，不同芯片厂商在芯片密度、特征尺寸、最终功耗和发热性能上也存在显著差异。
图：英特尔和TSMC的制程技术对比。
资料来源：https://www.eetimes.com/intels-10纳米节点粘贴现在和未来/
三星近日宣布，3nm工艺节点的商用量产计划可能推迟至2022年，5nm可能成为2021年的生产主力。我们认为，3nm产能的不足和初期可能的低产量，将导致5nm工艺在2022年之前成为ASIC研发和生产的主力。基于这些原因，我们认为S19矿机将在未来24个月内占据大部分矿机出货量，虽然逐渐的设计改进也可以提高能效，这将在该系列机器的新机型中得到体现。
图：一旦电力产能被利用，矿机的升级周期完成，哈希率(下图)的增长就会放缓。注：在估算积极用于比特币挖矿的电力比例时，我们假设PUE为1.12，数据截止于2020年7月1日。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
如上图所示，假设网络的电力容量适度增长，S19矿机广泛部署，比特币网络的哈希速率也可以达到360 Eh/s.功率效率的提高(每秒瓦特数减少)可能会对这些预测产生积极影响，但一个关键问题是，每秒每小时或每兆瓦时获得的BTC在减少每日BTC流量33，354方面基本稳定，只会随着额外的阻塞和交易费用而波动。因此，如果网络哈希速率增加，单个挖掘者在总哈希速率中的份额将减少，其在BTC流量中的份额也将减少。如果BTC的价格跟不上hash率的增长，盈利能力就会下降，在某个hash率可能会建立新的均衡，这个均衡会明显低于我们的预测值。
下图显示了每台采矿机每兆瓦时获得的BTC数量：S19采矿机每兆瓦时获得的BTC数量大约是S9采矿机的三倍。
图：每MWh获得的BTC数，作为网络哈希速率的函数，数据截止于2020年7月4日。功耗数据包括1.12的PUE。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
下图显示了作为网络哈希速率和时间的函数，每PH/s的BTC如何变化(预计将来会变化)，并且已经考虑了减半前后的块奖励因子。这里你也可以看到BTC计算的收入在下降。在不考虑设备因素的情况下看每一个PH/s，很明显BTC价格是哈希率随着时间的推移不断增长的关键因素。
图：BTC获得的每日每PH/s，随时间的变化，以及作为网络散列率的函数的情况。数据截止到2020年7月1日，历史数据从2018年1月1日开始统计。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
以美元计算的从采矿中获得的BTC的价值会随着时间的推移而减少，这使得利润越来越差，除非BTC价格的增加足以抵消这一点。如下图所示，PH/s的日收入是网络哈希速率和BTC价格的函数。目前比特币网络的目标哈希速率约为124EH/s，当前BTC价格为9220美元，每PH/s日收益约为70美元。如果网络哈希速率提高到260EH/s，我们预计在2021年夏天达到，那么BTC的价格需要达到19500美元左右，每天每PH/s的收入才能维持在同样的70美元。
如果BTC的价格是10，000美元，那么每个PH/s的日收入仅为36美元。下图中间的图表显示，高能效的S19级矿机在电费为4美分/千瓦时，每天需要花费约37美元的现金来实现1 PH/s，但在电费为4美分/千瓦时，运行S9级矿机的成本为133美元。即使BTC的价格达到10000美元，S9级矿机仍然需要在0.5美分/千瓦时的电费下运行才能达到收支平衡。
图：未来哈什率和BTC价格几种不同情况下，不同电价下各矿机水平的日收益和现金运营成本。注：在估算BTC矿业积极用电的比例时，我们假设PUE为1.12。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
为了实现潜在的散列率，需要大量的资本支出，这将是一个限制因素。特别是，如果BTC的价格增长跟不上散列率，行业内产生的现金至少将受到限制，对外部资金的依赖只会进一步增加。而且，这也将对我们的hash率预测产生负面影响：由于计划的不确定性和投资回报率的预期下降，成本较高的矿商不得不退出运营，这也将限制外部资本的流入。
如果BTC的价格保持不变呢？哈希速率会在哪里停止增长？如果电价是1分钱/千瓦时，S9矿机可以继续运行，直到网络哈希速率达到180 eh/s . s .当电价是3分钱/千瓦时，S19矿机可以继续运行，直到哈希速率达到295 eh/s .超过这个节点，S19类将需要更高的BTC价格或更低的电价来维持运行。然而，这些设备将无法在295 eh/s的哈希速率下收回其资本成本。显然，BTC的价格上涨已经包含在每个矿工的资本预算中。
图：PH/s的日收入和现金运营成本与网络散列率的函数关系。注：在估算BTC矿业积极用电的比例时，我们假设PUE为1.12。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
在未来12个月内，哈希速率升至260EH/s所需的资本支出(Capex)总计将达到45亿美元，如果哈希速率在2022年年中升至360EH/s，将多花费约20亿美元。
图：比特币散列率和功耗。注：在估算BTC矿业积极用电的比例时，我们假设PUE为1.12。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
如果BTC的价格在两年内以每年超过40%的速度上涨到大约19000美元，S19矿机即使在5美分/千瓦时的电力成本下仍然可以运行，但整个行业的总资本支出与其内部现金流之间仍然存在41亿美元的资金缺口。
图：比特币网络的资本支出及其内部现金流，数据截至2020年7月1日；y轴是对数刻度。
资料来源：比图达估算，Blockchain.com，Kaiko，Coinmetrics。
我们注意到有人担心我们的hash率增长模型有一个前提，就是需要交付大量的新矿机；我们也收到了一些关于我们的预测是否可行的问题。每周需要出货6万台左右的矿机，装机量的增加可以满足我们对hash率的预测。相比之下，根据Bitcontinental的数据，该公司在2018年上半年每周可以交付超过95，000台S9矿机。虽然S19矿机的芯片数量/晶粒大小不确定，但我们认为半导体/组装产能不会成为限制因素。
结论是，我们认为比特币网络的哈希速率将在12个月内达到260EH/s，24个月内达到360EH/s。然而，这个预测的前提是：根据我们的模型，BTC的价格需要上涨，或每年升值25-35%。我们不对BTC的未来价格进行建模或预测，而只是描述可能的价格条件对哈希比增长、电力消耗、资本投入和采矿业盈利能力的影响。
超出此范围的变量可能会延迟或加速哈希速率的增长。BTC的价格和可用于弥补资金缺口的外部资金是两个潜在的制约因素，会影响比特币的挖矿能力能否提升到360EH/s，但挖矿机所需的半导体芯片的生产能力或组装能力不会成为限制因素。
在评估采矿项目时，投资者需要将这些预测考虑在内，并关注比特币的价格。在BitOoda，我们强烈支持对冲，并建议投资者采取积极的对冲策略，以降低运营风险。我们常说，矿工知道自己未来6个月、12个月、24个月的支出，但不知道自己能挖出多少BTC，也不知道这些BTC会值多少钱。对冲策略有助于降低经营风险和稳定现金流。请通过info@bitooda.io联系我们查看我们的完整报告，并获取本文所提供信息的研究方法、来源和更详细的信息，或者讨论我们可以合作的风险管理策略和交易机会。
BitOoda是一家专注于数字资产的金融科技和金融服务公司，提供BTC和ETH衍生品，通过结构化衍生品和自营投资产品，帮助企业制定、管理和实施风险管理战略。BitOoda提供金融工程、研究和咨询、经纪和风险管理服务。
这份研究报告的主要作者萨姆博士(Sam Doctor)是BitOoda的首席策略师。山姆医生的招牌研究报告包括项目评估和比特币挖矿研究和分析，侧重于利润和风险因素。博士在证券、策略和加密货币研究方面拥有18年的经验。他之前在摩根大通的纽约办公室和亚洲办公室工作，最近担任加密研究机构FundstrateGlobal Advisors的数据科学和量化研究主管。博士拥有艾哈迈达巴德印度管理学院的工商管理硕士学位，之前毕业于印度孟买大学，主修电子和半导体工程。博士博士持有Finra系列7、63、86、87的业务资格。