에이식

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)이란 특정한 목적에 적합하게 설계된 주문형 반도체를 말한다. 에이식이 올바른 발음이지만, 아식이라고 읽는 사람도 있다.

등장배경

하이퍼캐시(HyperCash)만이 에이식 마이닝으로 인해 커뮤니티 및 네트워크 안정성에 발생할 수 있는 위험을 인식했던 유일한 프로젝트는 아니다. 여러 프로젝트들이 에이식 저항 마이닝 기기를 개발하고 있으며, 모네로(Monero)가 그 예이다. 비트메인(BitMain)이 모네로 및 기타 크립토나이트(CryptoNight) 알고리즘 토큰들을 채굴 할 수 있는 에이식 마이닝 기기를 출시했을 때, 모네로 커뮤니티는 이러한 마이닝 기기의 컴퓨팅 성능이 현재 사용중인 다른 마이닝 기기보다 훨씬 높을 것이라는 사실(독점 가능성)에 큰 우려가 있었다. 이를 극복하기 위해 모네로 커뮤니티는 하드포크를 통해, 에이식 저항 마이닝 알고리즘을 포함하기로 결정했다. 하드포크의 결과는 모네로 마이너들과 커뮤니티 구성원들에게 환영 받았다. 포크 이후 모네로 토큰의 가격은 급격히 상승하였으며, GPU 마이닝이 여전히 수익성이 있는 암호화폐로 알려지게 됐다. 이는 암화화폐를 소수가 아닌 모두를 위한 것이며, 익명의 어떤 회사가 수익을 얻기 위한 또 다른 수단이 아닌 것으로 바라보는 사람들에게 여전히 중요한 것이었다. 이와 같은 상태를 유지하기 위한 추가적인 노력이 모네로의 팀에 의해 구현되었다. 모네로 팀은 소셜 미디어 채널을 통해, 마이닝 알고리즘을 6개월마다 바꿔서 새로운 에이식 기기가 개발되지 않도록 하여 궁극적으로는 네트워크를 위협하는 것을 막을 것이라고 발표했다.

또 다른 예는 지캐시(Zcash)이다. 에이식 마이닝 시스템에 저항이 있는 암호화폐인 지캐시는 에이식 저항을 유지하는 방법에 대한 과학적 조언을 제공하는 기술 자문위원회를 구성했다. 마지막으로는 이더리움(Ethereum)이 있다. 2019년 초 이더리움(ETH) 핵심 개발자는 에이식 기반 네트워크 마이닝 대신에 GPU 기반 효율성을 향상시키는 새로운 지분증명(PoW) 알고리즘을 구현하기 위한 예비적 합의를 도출했다. 이는 에이식 마이닝을 더 어렵게 만들뿐만 아니라 네트워크 해시 값을 안정화시킬 것이다. 많은 블록체인 프로젝트들이 에이식 마이닝 저항을 이루고자 하는것을 이해하려면 에이식 마이닝 기기가 무엇인지 정확히 이해해야한다. 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)가 비트코인을 처음 개발했을 때, 그는 가정용 컴퓨터를 사용하여 토큰을 채굴할 수 있기를 희망했다. 특히, 그는 사람들이 트랜잭션을 검증하기 위해 CPU에 의존 할 것이라고 믿었다. 그러나 비트코인 및 기타 암호화폐의 가치가 높아짐에 따라 마이닝은 그 자체로 산업이 되었으며, 경쟁이 심해지고 채굴 난이도가 높아졌고, 따라서 채굴자들은 더 고급 하드웨어를 구매하고 사용하기 시작했으며, 채굴 기업들은 마이닝에 최적화된 하드웨어와 알고리즘을 개발하게 되어, 결국 오늘날 에이식 마이너가 만연하게 되었다. 그 이유는 CPU가 범용 프로세서 역할을 하기 때문이다. 즉, 다양한 기능을 처리할 수 있지만, 특정한 개별 작업을 수행하는 데는 효과적이지 않다는 것이다. 이는 그래픽 컴퓨팅을 통해 확인할 수 있는데, CPU는 그래픽 처리 및 3D 컴퓨팅 측면에서 볼 때, GPU에 비해 적합하지 않으므로, GPU가 만들어져 활용되고 있다.

블록체인 분야에서도 이와 같은 현상을 에이식 마이너를 통해 확인할 수 있다. 비트코인을 채굴하기 위해서는 SHA-256 해시 값을 계산해야한다. 범용 CPU 또한 이 값을 계산할 수 있지만, 비용 및 효율성을 고려할 때 그다지 효과적이지 않다. 따라서 마이닝 업체는 주 용도가 SHA-256 혹은 토큰에 따라 다른 알고리즘의 계산인 애플리케이션 칩을 설계했다. 특정 알고리즘을 처리하도록 설계되었기 때문에 에이식 칩의 디자인은 CPU보다 훨씬 간단하고 저렴하다. 또한 가장 중요한 것은 에이식 칩이 마이닝 관련 컴퓨팅 성능 측면에서 현재 사용되는 CPU나 GPU보다 일반적으로 수만 배 이상 높다는 점이다. 따라서 일반 CPU로는 채굴이 어려우며, 이는 시장으로 하여금 단일 목적으로 설계되고 적은 양의 파워로 운용되는 특수 하드웨어(에이식)에 투자하고 많은 자원을 사용하게 된다. 이는 결국 채굴 참가자들의 풀을 전문 채굴업자들로 제한하게 되는 효과를 낳는다. 이러한 현상은 마이닝 독재자의 출현으로 이어져, 마이너가 되기 위한 진입 장벽을 높여서 일반 사용자의 참가를 차단하게 된다.

특징

범용적으로 사용할 수 있는 CPU나 GPU와 같은 반도체와 달리, 에이식 반도체는 불필요한 기능을 제거함으로써 특정 목적에 최적화된 빠른 처리 속도를 낼 수 있다. 다만, 원래 목적에 맞지 않는 다른 용도로 설계를 변경하여 사용할 수 없다. 에이식은 현장에서 프로그래밍을 직접 수정할 수 있는 반도체인 FPGA에 비해 개발 시간이 길고 오류를 수정하기 어려우며 초기 개발비가 비싼 단점이 있지만, 처리 속도가 빠르고 소비전력이 작다는 장점이 있다.

채굴은 결국 정해진 인풋 안에서 조건을 충족하는 랜덤 값을 찾는 행위이다. 그런데 일반 컴퓨터 구조에서는 램에서 CPU까지 이동하는데 많은 시간이 소요되므로, 에이식을 만들어 데이터가 계산되기 까지의 시간을 최소화 하는것이다. 또한, 에이식이 빠른 이유는 컴퓨터가 범용이기 때문이다. 게임으로도 쓸 수 있고, 음악을 들을 때와 문서를 작성할 때 도 사용 가능하다. 하지만, 에이식은 특정 목적으로만 사용되며, 사용을 위해서는 레지스터 프로그래밍 필요하기 때문에, 그만큼 속도가 빠르다.

에이식 독점

채굴 독점으로 인한 중앙 집중화의 위협

2018년 비트코인캐시(BCH) 하드포크(Hard Fork) 전쟁으로 인해, 비트코인 가격이 하루 밤새 6,000달러 이하로 떨어져 한 번에 거의 3,000달러로 떨어졌다. 이러한 예측 불가능한 가격 하락은 암호화폐 시장의 불안정성을 증가 시켰다. 이러한 하락이 발생한 이유는 하드포크 중에 두개의 주요 채굴 업체가 전쟁을 벌였기 때문인데, 이 전쟁 기간 동안 BCH 블록체인을 정상적으로 작동시키는데, 유지되었던 컴퓨팅 파워는 동시에 다른 목적으로도 사용되어, 체인의 보안을 일부 손상시켰고 트랜잭션의 유효성 검사·처리를 백로그했으며, 결과적으로는 네트워크의 안정성, 수명 및 독립성에 대한 유저들의 의구심을 사게 됐다. 이 현상에서 가장 의심스러운 일들은 소위 마이닝 독재자의 행동으로 인해 일어났는데, 이들의 행동은 블록체인 유저들의 공익에 부정적인 영향을 미쳤다. 그리고 이 문제가 해결되지 않으면, 결국 블록체인은 다른 중앙 집중식 메커니즘과 다를 바 없게 된다. 블로체인은 항상 탈중앙화된 기술로 여겨져 왔다. 즉, 기존 시스템보다 더 독립적이고, 공정하며, 민주적인 기술로 알려져 왔다. 원장 기술의 진보와 그 장점을 고려할 때, 이러한 블록체인 기술은 세계를 변화시킬 가능성이 크다. 그러나 컴퓨팅 파워가 독점되고 일반 유저가 참여할 수 있는 능력을 상실한다면, 결국에는 다음과 같은 질문이 제기될 수밖에 없다. 이 새로운 시스템이 이전의 중앙 집중식 시스템보다 분명히 마이닝 독점은 잠재력은 전체 블록체인 산업을 잠식할 것이며, 따라서 필연적으로 블록체인 기술에 대한 근본적인 신뢰를 갉아먹을 것이다.

활용

에이식 반도체는 비트코인은 물론 라이트코인, 대시 등 각각의 암호화폐 알고리즘 풀이에 최적화된 반도체 칩이다. 채굴기 제조회사들은 에이식 칩에 컨트롤러 등 각종 추가 장치를 붙여 채굴기를 만든다. 에이식을 활용한 고성능 채굴기 제품은 GPU 채굴기에 비해 수백~수만 배 빠른 속도로 암호화폐를 채굴할 수 있다.

중국의 우지한 대표가 이끄는 비트메인(Bitmain) 회사는 비트코인, 대시, 라이트코인 등 암호화폐 채굴에 최적화된 주문형 반도체(ASIC)를 이용하여 앤트마이너(Antminer)라는 채굴기를 만들었다.

비트코인

비트코인(bitcoin)

비트코인(Bitcoin)은 채굴(Mining)이라는 행위를 통해 발행되는데 현재는 에이식이라는 전용 채굴기가 대부분의 비트코인을 채굴하고 있다. 이 전용 채굴기의 등장으로 소수의 채굴자가 다량의 비트코인을 채굴할 수 있는 능력을 갖게 되었고, 이는 비트코인의 안전성을 보장해주는 블록체인의 분산화를 위협하고 있다. 초기에는 CPU를 이용하여 비트코인을 채굴하였다. 하지만, CPU는 처리기를 2~4개 밖에 갖고 있지 않으므로 채굴의 속도가 느렸다. 채굴의 속도를 높이기 위해 곧 수백 개의 처리기를 가진 GPU를 이용하여 비트코인을 채굴하기 시작했다. 그 후 2013년에 채굴만을 위한 전용 채굴기계 에이식이 개발되었고, 현재는 대부분의 채굴자(miner)가 에이식을 사용하여 채굴하고 있다. 다음 두 표는 2013년 에이식과 그래픽카드의 해시 속도 표이다. 해시속도는 비트코인 네트워크의 처리능력을 측정하는 단위로 1Mhash/s는 1초에 100만개의 계산을 할 수 있음을 의한다. 두표를 비교해보면, 2013년 에이식과 그래픽카드의 비트코인 네트워크 처리능력에 차이가 있었음을 알 수 있다.

2013년 GPU와 에이식 해시속도

GPU	Mhash/s	에이식	Mhash/s
GTX 660 Ti	23	Avalon ASIC	66,300
GTX 680	15	ModMiner Quad	800
GTX 670	13	X6500 FPGA Min	400
GTX 760	9	BitForce SHA256 Single	832
GTX 770	12	Butterflylabs Mini Rig	25,200
GTX 780	20

다음 두 표는 2016년의 에이식과 GPU의 해시속도 표이다.

2016년 GPU와 에이식 해시속도

GPU	Mhash/s	에이식	Mhash/s
Titan X	1,980	AntMiner S7	4,730,000
GTX 980 Ti	4,500	Avalon 6	3,500,000
GTX 960 Gaming 2GOC	1,173
GTX 1080	2,048	SP20 Jackson	1,500,000
GTX 1060	1,800

2013년도에는 표 중 최대 채굴 능력을 가진 에이식은 표 중 최대 채굴 능력을 가진 GPU보다 약 2882배 채굴능력이 뛰어났으며, 2016년도에는 표 중 최대 채굴 능력을 가진 에이식은 표 중 최대 채굴 능력을 가진 GPU보다 약 1051배 채굴능력이 뛰어났다. 즉, 에이식과 GPU의 채굴능력 차이가 약 2배이상 줄어든 것을 확인할 수 있다. 또한 2016년도 GPU의 채굴 능력은 2013년도 에이식의 채굴능력을 따라잡았다. 이는 에이식의 채굴능력이 뛰어나다는 것을 보여준다. 비트코인에 대해 자세히 보기

참고자료

• ASIC 채굴 방식과 GPU 채굴방식의 채굴성능 비교 PDF - https://pdfs.semanticscholar.org/e3a2/988a9ca15ceda1f3a1879bb3058e9f744e98.pdf
• Wysam, 〈ASIC에 대한 정확한 설명〉, 《미디오스》, 2019-01-25
• hcashofficial, 〈왜 ASIC 저항인가?〉, 《네이버 블로그》, 2019-03-01

같이 보기

• 반도체
• 채굴기
• CPU
• GPU
• FPGA

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