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

长安链发布自主可控96核区块链芯片:长安链发布自主可控96核区块链芯片，“长安链”是自主可控区块链软硬件技术体系，具有全自主、高性能、强隐私、广协作的特性。本次发布的区块链专用加速芯片基于RISC-V开放指令集定制设计专用处理器内核，保障核心技术自主可控。以芯片为核心打造的超高性能区块链专用加速板卡，经过全面实测，可将区块链数字签名、验签速度提升20倍，区块链转账类智能合约处理速度提升50倍，为突破大规模区块链网络交易性能瓶颈提供支撑。（腾讯网）[2021/6/10 23:26:33]

“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。

外媒：芯片短缺和硬件市场变化导致中国挖矿业主导地位下降:The Block发文称，中国比特币挖矿业的主导地位最近正在下降，全球芯片短缺和挖矿硬件市场的变化是两个主要的促成因素。[2021/4/23 20:49:15]

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。

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。

英伟达将以400亿美元收购英国电脑芯片设计公司Arm Holdings:英伟达将以400亿美元从软银集团手中收购英国电脑芯片设计公司Arm Holdings。英伟达在一份新闻稿中表示，将在此次交易中向软银支付现金和股票。2016年，软银以320亿美元收购了Arm。英伟达首席执行官Jensen Huang表示，此次收购有望打造“人工智能时代首屈一指的计算公司”。他补充说，Arm的总部仍将设在英国剑桥，并保留其品牌。英伟达生产的GPU主要用于视频游戏，同时也被用于加密挖矿，如ETH、XMR和ZEC。Arm的技术是大多数现有智能手机技术的支柱。苹果、三星电子和华为等其他公司将Arm的设计开发成定制芯片。其技术也开始在云数据中心取得进展。Arm表示，到目前为止，基于其设计的芯片已经制造了1800亿枚。（Bitcoin.com）[2020/9/18]

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。

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。

动态 | 区块链和芯片成创业投资热点:据证券时报报道，在近期举办的一次创业投资高峰论坛上，最近很多投资人都忙着两件事：一是看区块链，二是看芯片。[2018/7/6]

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：

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

比特大陆或推出以太坊挖矿专用ASIC芯片:据外媒Barron报道，比特大陆可能会在未来推出以太坊挖矿专用的ASIC芯片。RBC Capital分析师Mitch Steves认为，以太坊的价格从2017年初的10美元上涨到现在的接近900美元，出现专属挖矿芯片的可能性远高于一年前。如果比特大陆推出以太坊挖矿专用芯片，挖矿效率会远胜GPU。[2018/2/22]

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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