在加密货币的早期世界，提到“挖矿”，人们脑海中浮现的画面几乎总是由显卡（GPU）堆砌而成的宏伟矿场，尤其是当谈论到以太坊时，这种“显卡独宠”的现象更是达到了顶峰，以太坊与显卡之间，似乎存在着一种命中注定的、密不可分的共生关系，为什么以太坊会如此“偏爱”显卡，而无法被其他类型的处理器（如CPU）高效挖掘呢？这背后涉及到区块链技术、密码学和硬件设计的深层逻辑。

工作量证明的“多面手”考验

以太坊（在其转向权益证明之前）采用的是工作量证明（Proof of Work, PoW）共识机制，挖矿的本质就是一场全球范围的数学竞赛，矿工们需要不断尝试一个随机数（Nonce），使得将当前区块的数据和这个随机数一起进行哈希运算后得到的结果，满足特定的条件（哈希值小于某个目标值）。

这个哈希运算，比如以太坊最初使用的Ethash算法，其设计初衷就是为了实现“ASIC抗性”（ASIC-Resistant）。

  • 什么是ASIC？ ASIC（Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路）是为特定任务而设计的芯片，在比特币挖矿中，SHA-256算法非常简单且固定，因此矿工们可以设计出专门执行这一种运算的ASIC芯片，其算力远超通用硬件,导致普通CPU和GPU完全无法与之抗衡。
  • 为什么以太坊要抵抗ASIC？ 以太坊的开发者们不希望挖矿权力过度集中在少数拥有昂贵ASIC芯片的巨头手中，这违背了区块链去中心化的核心理念，他们希望挖矿能够被更广泛的社区参与者，也就是普通电脑用户所参与,从而保持网络的公平性和去中心化程度。

为了实现这一目标，Ethash算法被设计得非常“复杂”和“多变”，它不仅要求矿工进行大量的哈希计算，还要求他们读取一个巨大的、不断增长的“DAG”（有向无环图）数据集，这个DAG文件体积巨大,并且会随着网络的发展而定期更新。

显卡的“天生优势”

正是这种独特的算法设计，为显卡（GPU）提供了施展拳脚的完美舞台。

  1. 大规模并行处理能力： 这是GPU最核心的优势，与一次只能处理少数几个任务的CPU不同，GPU拥有成百上千个计算核心，挖矿中的哈希运算和DAG数据读取，恰恰是成千上万个独立、简单的计算任务，GPU可以同时启动所有核心，像一支庞大的军队一样协同作战，从而实现极高的总算力，CPU虽然处理单任务能力很强，但在这种“人海战术”面前,就显得力不从心。

  2. 高内存带宽： DAG数据集非常庞大，从几GB到几十GB不等，在挖矿过程中，需要频繁地从内存中读取这些数据，GPU拥有比CPU高得多的内存带宽，能够更快地“喂饱”成千上万个计算核心，避免它们因等待数据而空闲，而CPU的内存带宽相对有限,很容易成为瓶颈。

  3. 成本效益的平衡： 相较于动辄数万美元的ASIC矿机，一张高性能显卡的价格对于普通消费者来说更为亲民，虽然显卡的算力不如顶级ASIC，但其通用性（可以用于游戏、视频编辑、AI计算等）和相对较低的准入门槛,使得它成为普通用户参与以太坊挖矿的理想选择。

CPU为何“望而却步”？

CPU在设计上追求的是低延迟和高单线程性能，它擅长处理复杂的逻辑判断和串行任务，而挖矿任务恰恰相反，它需要的是高吞吐量和大规模并行处理。

如果把挖矿比作建造一座房子：

  • GPU就像拥有成百上千个工人的建筑队，虽然每个工人只能做简单的砌砖、抹灰工作，但成千上万的工人同时开工,工程进度极快。
  • CPU则像一位经验丰富的总工程师，他能精确规划每一个步骤，协调各个部门,但他自己动手砌砖的速度远不如工人。

当CPU试图去执行GPU的“人海战术”时，其核心利用率极低，算力表现惨不忍睹，用CPU挖以太坊，就像让一位顶尖厨师去收割一整片麦田,效率极其低下。

时代的变迁与显卡的荣光

随着以太坊在2022年成功完成“合并”（The Merge），网络共识机制从工作量证明正式转向了权益证明（Proof of Stake, PoS），这意味着，以太坊网络不再需要通过“挖矿”来产生新的区块,而是根据用户质押的ETH数量和时间来分配权益。

“以太坊只能显卡挖”的时代已经正式落幕，曾经价值连城的显卡，其挖矿价值一夜之间归零,这给全球矿工和显卡市场带来了巨大的冲击。