비트코인 채굴의 역사
채굴 기술과 채굴 산업이 걸어온 길
비트코인 네트워크에서 성공하는 데 채굴 장비는 매우 중요하다. 채굴 장비가 채굴의 수익성을 결정하기 때문이다. 채굴은 거래를 검증하고 블록을 쌓는 데 필요한 연산을 처리하는 일이다.
채굴이 수십억달러에 달하는 산업으로 성장해온 배경에는 비트코인 채굴 장비의 역사가 있다. 산업의 발전 속도가 느려지고 있다는 신호가 여기저기서 나타나고는 있지만, 채굴 산업은 오늘날도 계속해서 진화하고 있다.
비트코인 채굴 기술의 역사를 걸음마 단계부터 같이 살펴보자.
CPU 채굴
2009년 1월 3일, 비트코인 네트워크를 만들어낸 익명의 개발자 사토시 나카모토가 첫 번째 비트코인 블록을 채굴했다. 사토시는 당시 비트코인 네트워크의 유일한 채굴자였기 때문에 특수한 장비가 필요하지 않았다. 따라서 누구나 사용하는 개인용 컴퓨터(PC)로 비트코인 블록을 생성할 수 있었다.
웹 브라우징과 워드 문서 작성을 비롯해 여러 애플리케이션을 실행하는 컴퓨터는 중앙 처리 유닛(CPU, central processing unit)을 탑재하고 있다. CPU는 컴퓨터 명령어가 어떻게 처리되고 실행되는지를 관리한다. 비트코인 초창기에는 채굴 경쟁이 심하지 않았기 때문에 CPU만 있으면 쉽게 새로운 블록을 생성해서 채굴 보상을 얻을 수 있었다.
새로운 채굴자들이 비트코인 네트워크에 참여해서 블록 보상을 받기 위해 경쟁하기 시작하면서 채굴에 필요한 하드웨어도 점차 진화하기 시작했다.
GPU와 FPGA 채굴
비트코인 채굴 하드웨어의 첫 번째 주요 혁신은 비트코인의 시장 가치가 형성된 직후에 일어났다.
2010년 5월 22일, 컴퓨터 프로그래머 라슬로 하니엑츠는 파파존스 피자 두 판의 값으로 비트코인 1만개를 결제했다. 피자 가격은 25달러 정도였다. 암호화폐 데이터 업체 코인메트릭스(Coin Metrics)에 따르면, 이후 7월에 비트코인 가격이 개당 8센트 대로 올라갔다. 비트코인 가격이 10센트로 오른 2010년 10월, 그래픽 처리 유닛(GPU, graphics processing unit)을 활용한 첫번째 채굴기가 등장했다.
CPU와 달리 GPU 기기들은 좁은 범위의 컴퓨터 작업을 실행하는 데 특화되어 있다. 게임 애플리케이션을 위해 만들어진 GPU는 분초를 다투며 수천 개의 이미지 픽셀을 생성해야 하므로 한번에 하나의 연산을 처리하기보다는 병렬로 계산을 수행하는 연산에 적합하다. 이 기기들은 새로운 비트코인 채굴기와 마찬가지로 특수한 연산을 수행하기 위해 새로 프로그램할 수 있다.
채굴 컨설팅 기업 내비어(Navier)의 CEO 조시 메트닉의 분석에 따르면, GPU는 채굴의 효율을 6배가량 높였다. 반면 가격은 CPU 기계의 두배 정도밖에 되지 않았다.
그러나 이듬해인 2011년에 프로그래머블 반도체(field programmable gate array, FPGA)를 개량한 기기가 채굴에 사용되면서 GPU는 빛을 잃기 시작했다.
메트닉의 계산에 따르면, FPGA는 가장 높은 단계의 GPU보다 두배 더 빠르게 채굴 연산을 수행할 수 있다. 그러나 FPGA는 생산이 더 노동 집약적이라는 단점이 있다. 소프트웨어와 하드웨어 모두에서 설정을 맞춰야 한다.
즉 기기가 맞춤식 코드를 운영하도록 프로그램하고 코드를 효율적으로 운영하도록 설계해야 한다. 그러나 FPGA를 사용하면 하드웨어 컴포넌트를 조정할 수 있기 때문에 GPU보다 비트코인 채굴에 더 적합하다.
ASIC 채굴
세번째 혁신에는 가장 많은 자원과 시간이 소요되었다. 기존 기계에서 소프트웨어와 하드웨어 파라미터를 개량해서 사용하는 대신, 비트코인을 채굴하기 위해 아예 새로운 기계를 만들어냈기 때문이다. 2013년에 중국의 컴퓨터 하드웨어 제조사인 카난 크리에이티브(Canaan Creative)가 비트코인 채굴을 위한 주문형 반도체(ASIC, application-specific integrated circuit)를 처음으로 출시했다.
CPU, GPU, FPGA와는 달리, ASIC은 처음부터 비트코인 채굴을 위해 설계되었다. 이는 ASIC의 모든 하드웨어와 소프트웨어 컴포넌트가 비트코인 블록 생성에 필요한 연산만을 처리하기 위해 설계되고 최적화되었다는 뜻이다. ASIC을 통한 효율성 증대는 이전의 범용 기기에 비할 바가 아니었다.
카난 크리에이티브가 첫 비트코인 ASIC 제조사이기는 했지만, 비트메인(Bitmain)과 마이크로BT(MicroBT) 등 경쟁사들은 더 진화한 하드웨어를 갖춘 ASIC 비트코인 채굴기를 앞다투어 내놓기 시작했다. 2013년 이후 ASIC 채굴 기술에서 가장 눈에 띄는 발전 중 하나는 반도체의 크기가 점차 줄어든 것이다. ASIC은 2013년 130nm(나노미터)에서 최신 하드웨어 모델의 경우 7nm로 크게 줄어들었다.
반도체의 크기는 채굴 효율과 직결된다. ASIC 칩의 표면이 넓을수록 커뮤니케이션 채널이 크고, 따라서 반도체 표면에 데이터를 전송하는 데 더 많은 전기가 소요된다. 메트닉의 계산에 따르면, 오늘날의 ASIC 비트코인 채굴기는 2009년의 평균적인 CPU보다 1천억배 더 빠르다.
일리노이대학교 전기컴퓨터공학부의 라케시 쿠마 교수는 비트코인의 달러 가치 상승이 채굴 하드웨어의 진화를 이끈 강력한 동인이 됐다고 생각한다. 비트코인 가격이 오르면 채굴의 수익성이 덩달아 높아지기 때문이다. 블록 보상의 시장 가치가 높을수록, 채굴 기술을 혁신해 운영비를 줄이고 수익 마진을 높이는 데 따르는 보상이 커졌다.
비트코인 채굴의 미래
2015년에는 2013년과 2014년에 비해 ASIC 비트코인 채굴기의 크기 감소 폭이 작았다. 거기다 첫 번째 비트코인 ASIC 채굴기가 등장한 뒤 GPU 채굴에서 CPU로, 또는 FPGA 채굴에서 GPU 채굴로 넘어갈 때만큼 효율성을 크게 높일 수 있는 새로운 기술은 등장하지 않았다.
“근본적인 한계에 도달했다. 비트코인 채굴뿐 아니라 반도체 산업 전체의 문제다. 새로운 기계가 필요하다.” – 라케시 쿠마 교수
획기적인 기술이 등장하지 않으면 10년 전과 마찬가지로 비트코인 채굴자들이 하드웨어와 장비 경쟁을 멈출 것이다. 새로운 모델로 효율성이 크게 늘어나지 않으면, 채굴자들은 경쟁 우위를 획득하기 위해 다른 방법을 고심하게 된다. 더 싼 값에 에너지를 조달하거나, 재정 계획을 새로 짜고, 상품을 다변화하는 등의 방법이 있다.
역사적으로 비트코인 채굴 하드웨어가 진화할 때마다 채굴 효율이 급격히 증가했지만, 앞으로도 계속 그러리라는 법은 없다. 특히 하드웨어에 기반한 기술 혁신은 점점 줄어들고 있다. 비트코인 채굴 보상 경쟁은 기술적인 진화에 계속해서 박차를 가할 것이다. 그러나 다음번 채굴 기술 혁신이 어떤 모습일지는 아무도 모른다.
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