ビットコインマイニング三体問題：10年の野蛮な成長を遂げたマイニング「ダークフォレストの法則」とは？​

この記事は2020年6月8日にChainNewsに掲載され、著者はAniccaResearchの創設者Leo Zhangです。

透明なものほど神秘的であり、宇宙そのものは透明で、目が届く限り、見たいだけ遠くを見ることができるが、見れば見るほど神秘的になる。

------劉慈欣『三体』

ビットコインのマイニングは、ハードウェアとソフトウェア、エネルギーと金融市場などの多くの要素が組み合わさった状況を示しています。見えないルールがマイニングのあらゆる側面に影響を与えています。各マイナーのマイニングの効率は、さまざまな外部要因に依存しており、これらの要因はほとんど定量化が難しく、概説や予測がほぼ不可能です。

マクロ的な観点から見ると、暗号マイニング全体の発展を推進する3つの内部主要要因を特定できます：供給メカニズム、気候周期、ハードウェアのイテレーション。各要因は、マイナーの利益計算式の異なる部分に影響を与えます：

マイニング利益 = マイニング収入 - マイニングコスト =（ブロック報酬 + 手数料）*ビットコイン価格*マイナーのハッシュレート/全体のハッシュレート -（電気代 + ハードウェアの減価償却）

• トークン供給メカニズムはブロック報酬（収入）に影響を与える；
• 気候周期は間接的に業界の平均電気代（運営コスト）に影響を与える；
• ハードウェアのイテレーションはマイナーのハッシュレート、効率比、ハードウェアの減価償却（資本支出）に影響を与える。

2012年にビットコインが初めて半減したとき、大多数の人々は家庭用コンピュータやGPUを使用してマイニングを行っていました。全体のハッシュレートは世界中に分散しており、この時点で市場の主導力はビットコインのブロック報酬の半減によるものでした。マイニングの産出比が減少するにつれて、全体のハッシュレートは急落し、一時的に利益の高いライトコインにシフトしました。2016年の2回目の半減時には、商業用の ASIC マイナーと工業化された暗号マイニングファームが次々と稼働し始めました。

今年の5月にビットコインの3回目の半減が行われる前に、暗号市場のアナリストたちは潜在的な結果について激論を交わしました。一部のアナリストは、供給と需要の関係によりビットコインの価格が倍増すると推測しました。また、全体のハッシュレートが20-30 ％ 減少すると予測するアナリストもいました。同時に、今回の半減が発生する時期、気候周期の豊水期への移行、マイニングチップの16nmから8 および 7nm **へのアップグレードという3つの要因が重なり合い、これらの要因が相互に作用し、マイニング収益に影響を与えました。

一、トークン供給メカニズム

ビットコインはハッシュレートの産物であり、マイニング業界の存在基盤は、マイナーがハードウェアに投資し、エネルギーを消費してビットコインネットワークの取引決済の保証能力を強化するための持続的なインセンティブを提供することにあります。活発なブロックスペース市場が存在しない場合、ブロック報酬はマイナーの主要な収入源です。長年にわたり、ビットコインの価格が上昇するにつれて、マイニング収入も著しく増加し、これがマイニング業界を数十億ドル規模の産業に形成しました。

ほとんどの有形商品とは異なり、ビットコインの契約は4年ごとの半減スケジュールを明確に定めています。毎日新たに供給されるビットコイントークンの中には、さまざまな割合でビットコインがビットコイン経済ネットワークの残りの部分に再流入しています。マイナーはビットコインエコシステムの唯一の自然供給者であり、最大かつ最も安定した売り手グループであるため、マイニングの利益率はビットコイン供給側を決定する重要な要因です。

2020 年 6 月から 12 月の予想リターン、各ブロック 6.25BTC と 1-5 月の価格に基づく、出典： blockchain.info

明らかに、ビットコインのブロック報酬の半減は、マイナーの産出比を直接的に低下させます。一部の古い世代のマシンは、電力が低下するために起動できなくなる可能性があります。このような時期には、マイニング機器の売買と統合が頻繁に発生し、安価な電力資源を持つマイナーは、低価格で古い世代のマシンを大量に購入し、同時にマイニング機器の二次市場がより活発になります。

マイニング機器はビットコインの物理的な形の二変数コールオプションです。マイニング機器の価格設定の複雑さと輸送の困難さは、二次市場を非常に不透明にし、具体的には流動性が低く、業界内の人々に大きく依存しています。しかし、悪い価格発見は時折、一部のマイナーに大きなアービトラージの機会をもたらします。たとえば、2018年末にビットコインの価格が急落し、3,000ドルの水準に達し、大きな割合のハッシュレートが著しく低下し、多くの「ビットコインマイニングの死のスパイラル」に関する見出しが議論を呼びました。一部のマイナーはこの機会を利用して、大量の低価格で販売されているAntminer S9を見つけました。その後のわずか4ヶ月の間に、ビットコインの価格は狂乱のブルマーケットに突入しました。これらの買い手は、自らマイニングしたビットコインからかなりの利益を得ただけでなく、これらのマイニング機器の再販価格も3倍に上昇しました。これは、起動できないマイニング機器のハードウェアでさえもオプションの性質と価値を持つことを示しています。

出典： Jinping Gou

マイニング機器の売買と統合活動は、マイニングハードウェア市場の構造を変えました。ハードウェア市場の構造は、全体のマイニング活動が消費するエネルギーの量を教えてくれます。多くの人々が比較的簡単な方法でマイナーの「シャットダウン価格」を計算しようとしていますが、各マイナーの参入時期、資金量、コスト基盤、リスク耐性は異なります。したがって、業界全体のコスト基盤は実際には非常に広範囲であり、ビットコインを売却する行為はさまざまな価格レベルで発生します。

ビットコインネットワーク内でマイナーがビットコインを売却する圧力を評価するためには、マイニング機器の構成要素を理解する必要があります。業界内には、マイニング機器市場の全体の売買情報や電力コストを把握できる者はいないため、これらのデータを収集することは非常に困難です。Blockware チームは、最近、異なるマイニング機器のタイプや電気代などの要因を分類することでこの研究を実現しました。3月に発表された報告書では、同チームはネットワークの構成要素の一部を以下の図に示しました：

今年のビットコインの半減後、ビットコイン全体のハッシュレートは3月の約109EH/sから約 94EH/sに減少しました。すべてのシャットダウンしたハードウェアがAntminer S9であると仮定すると、前述の構成要素の図を更新できます：（新たに日々の運営コストと日々の減価償却情報を追加）

* Antminer S9i の仕様（ 13.5TH/s 、 1,310W 、単価 21 ドル）、Antminer S17+ の仕様（ 70TH/s 、 2,800W 、単価 1,232 ドル）； **S9i の平均寿命 は18 ヶ月以上、 S17+ の平均寿命 は36 ヶ月以上

上記のデータに基づいて、さまざまな価格レベルでのマイナーが売却するビットコインの割合と、マイナーが売却するビットコインが世界の日々の取引量に占める割合を計算できます：

世界の取引量は価格の変動により大きく変わるため、価格帯は相対的に狭い。 * 各ブロック 6.25BTC 。取引手数料は含まれていません。 ** 世界の取引量 11.4 億ドル、出典： Bitwise

この分析のデータは結論を示すためのものであることに注意してください。上記のデータは非常に粗い仮定に基づいています：すべての古いマイニング機器がAntminer S9を代表し、新世代のマイニング機器がAntminer S17を代表しています。言うまでもなく、マイナーは複数の製造業者から機器を購入し、異なる製造業者の同世代のマイニング機器も異なる仕様を持っています。実際、市場の構成要素の違いははるかに大きいです。また、この分析は静的な時間点に基づいており、マイニング機器の構成要素は非常に不安定であり、半減後の市場が新たなバランスを求める中で、マイニング機器は積極的に取引されています。今後の豊水期も、多くのマイナーの電力コストに大きな影響を与えます。さらに、ますます多くのマイナーが抵当、先物、さらにはハッシュレート市場などの金融ツールを使用することで、ビットコインネットワークのマイナーの売却圧力は部分的に緩和または遅延されるでしょう。

マイニング産業の構成要素が時間とともに変化するのを観察することで得られる結論は、ハッシュレートの生成は「不均等である」ということです。言い換えれば、構成要素の変化が続くため、各単位のビットコインハッシュレートは独自のものであるということです。

二、気候周期

気候周期は、マイニング業界が地理的に集中する理由の一つです。長年にわたり、ビットコインマイニングは中国西南部の水力発電への大規模かつ過剰な投資の恩恵を受けてきました。残された安価な電力、巨大な発電能力、安価な労働力コスト、そしてマイニング機器製造業者との近接性により、中国の西南部はビットコインマイニングの理想的な場所となっています。推定では、世界の65 ％以上のハッシュレートが以下の省に集中しています。

約5月から10月は中国西南部の豊水期であり、これは暗号マイニングの「祭り」であり、大量の余剰水力供給がマイナーの運営コストを大幅に削減します。中小型マイナーにとって、豊水期はコストを最大40％削減することができます。専用施設を持つ大規模マイナーにとっては、豊水期の電気代はほとんど無視できるほどです。豊水期になると、内モンゴルや新疆などの省の80％以上のマイナーが四川、雲南、貴州に移動して豊水期のマイニングを行い、これらのマイナーは11月の干ばつ期が到来した後に戻るか、マイニング機器を売却する可能性があります。

ビットコインマイニングマップ、出典：ケンブリッジ新興金融センター

急成長する暗号マイニングは、地元の発電所のビジネスに利益をもたらし、多くの人々が施設を建設したり、ハッシュレートの中に改造したりしています。

徐々に、暗号マイニングはこれらの気候パターンに基づいて構造調整を行っています。まるで古代の儀式のように、毎年豊水期が来る前に、マイニング業界は四川省の省都である成都で大規模な暗号マイニングサミットを開催します。また、次のような現象も見られます：一部の施設は豊水期の間のみ外部顧客に開放される；マイニング機器製造業者は製品の輸送前に新製品の発表を計画する；マイナーは最新かつ最高のマイニング機器を競って購入します。

豊水期のビットコインハッシュレートの増加：

出典： coinmetrics.io

今年の初め、マクロ経済の不確実性により、投資家とマイナーはより慎重な投資方法に戻りました。新型コロナウイルスの影響でサプライチェーンが打撃を受け、新型マイニング機器の生産も一時停止されました。ビットコインの半減後、より多くのマイニング機器がシャットダウンし、マイニング機器のホスティングは供給が需要を上回る状況になりました。四川や雲南などの地域では、多くの工場が顧客を見つけるのが難しく、この状況はコインの価格をさらに低下させました。昨年の電気代が0.24-0.26元/キロワット時のコストに対し、年初の予想平均コストは0.10-0.20 元 / キロワット時まで低下する可能性があります。

より低い電力コストは、ビットコインのブロック報酬の半減の影響を部分的に相殺します。多くのマイニングファームは、発電所と契約を結び、電力の最低限の使用を約束する必要があります。ビジネスを引き寄せるために、一部の企業は「共同マイニング」プランを提供し、マイナーは毎月最低の料金を支払い、一部のマイニング収益をホスティングサービスプロバイダーに分配し、実質的に市場リスクの一部をホスティング業者に移転します。

しかし、上記のような措置が必ずしも運営コストを削減することを保証するわけではありません。水力発電施設は豊水期には安価ですが、これらのマイニングファームは通常、より遠隔地に位置しており、電力供給やインターネット接続が不安定である可能性があり、時には山洪による損失のリスクもあります。

もう一つのリスクは地方政府の政策リスクです。2018年以前、大多数の地元の官僚はマイニングが何であるかを知らず、暗号マイニング施設は通常、大データやクラウドコンピューティングプロジェクトのデータセンターとして政府に報告されていました。2018 年、中国のインターネット金融整治局は暗号通貨のマイニングを「偽の革新」と認定し、暗号マイニングが極めて資源を浪費するため、規制当局は各地に企業にマイニング業務からの秩序ある退出を促すよう求めました。一部のマイニングファームはこの圧力の下で実際に業務を閉鎖しました。しかし、2019年の下半期には、国家発展改革委員会が「淘汰産業」から「仮想通貨マイニング」を削除しました。注目すべきは、国家発展改革委員会がエネルギー業界を監督していることです。豊水期に大量に浪費される水力資源は長年の問題であり、官僚たちはビットコインマイニングが余剰の地元資源を世界のデジタル商品に変換する有効な方法であることに気づき始めたかもしれません。

数ヶ月前、四川省は最初の「水力発電消納示範企業」を発表し、複数のビットコインマイニング会社が含まれています。悪いニュースは、より多くの暗号マイニング施設が運営を開始したにもかかわらず、今年の降雨量は期待ほど多くなかったことです。この記事を書いている時点で、夏の酷暑が到来し、水力発電所の電力は四川の住民の使用を保証するために優先されます。

しかし、最近四川の木里県という地域が5月21日に「仮想通貨の「マイニング」活動状況の報告について」という通知を発表しました。多くの地元の人々がこの命令の実行を望んでいないにもかかわらず、これは豊水期のエネルギー状況の複雑性を示しており、豊水期にマイナーの電気代を削減することが必ずしも簡単ではないことを示しています。

暗号通貨マイニングのこの段階では、気候周期は非常に独特な現象です。将来的にマイニング業務がより多くの異なる場所に移行し、単一の電源供給に集中しなくなれば、気候周期の要因はそれほど重要な役割を果たさなくなるでしょう。

三、マイニングハードウェアのイテレーション

マイニング機器製造業者は、市場でリーダーとなる製品を製造するために絶えず競争しています。長い間、Bitmainが製造したAntminer S9は市場を席巻していました。2018年にビットコインが提出したIPO文書によれば、Bitmainが製造したマイニング機器は市場に出回るすべてのASICマイニング機器の約74.5％のシェアを占めていました。しかし、過去2年間で、Bitmainの市場シェアは、Bitmainの競争相手であるShenma Mining MachineやCanaan CreativeのAvalon Mining Machineなどによって急速に侵食されています。

2017年、Shenma Mining Machineは90,000台を販売し、年末の全体のハッシュレートの7.2％を占め、2018年には新機種のハッシュレートが年末の全体のハッシュレートの9％を占め、2019年には同社の新機種のハッシュレートが年末の全体のハッシュレートの35％を占めました。

マイニング機器製品は商品であり、特定の要因がマイニング機器製造業者を際立たせることができますが、たとえば顧客サービス、納期、サプライチェーン管理など、競争はマイニング機器製造業者に価格とエネルギー効率比という2つの重要な指標に絶えず焦点を当てさせます。

マイニング機器のエネルギー効率比は、単位ハッシュレートあたりの電力消費量で測定されます。この指標が低いほど、マイニングに消費される電力が少なくなります。各世代のマイニングハードウェアは、マイニング機器のエネルギー効率比を改善することで新製品を定義します。

* 2020 年 5 月 31 日現在； ** 6.25BTC のブロック報酬、 15,138,043,247,082 のマイニング難易度、 9,500BTC の価格に基づく

マイニング機器のエネルギー効率比の改善は、収益に重大な影響を与えます。現在のビットコインの難易度と中古のAntminer S9iの平均価格（各機器21ドル、エネルギー効率比97.0J/TH）を使用して、さまざまな価格レベルでの回収日数を計算できます：

以下は最新のAntminer S19 Proの回収日数計算（各機器2,407ドル、各機器のエネルギー効率比29.5J/TH）です：

現在、多くのケースでAntminer S9は利益を上げることができませんが、非常に安価な電力資源を持つマイナーは依然として利益を上げることができます。上記の2つの表を比較すると、$0.04/KwH以下では、マイナーがS9を使用してマイニングする回収周期がより早くなります。安価な電源のおかげで、新世代のマイニング機器製品が市場に投入されると、前世代の製品がすぐに市場から撤退するわけではありません。CoinMetricsのチームは、ランダム数分布に基づいて、Antminer S7とS9の予想使用量を一定期間にわたって集計しました。ご覧のように、S9の普及に伴い、Antminer S7の使用率は単に下降傾向を示すわけではありません：

出典： CoinMetrics 第 51 号 StateoftheNetwork

前述の「トークン供給メカニズム」の部分で述べたように、安価な電力資源を持つマイナーは、低価格で古い世代のマイニング機器を大量に購入し、高い利益を得ることができます。このようなアービトラージの機会は、ハッシュレートが相対的に高く、ビットコインの価格が相対的に低いときに発生します。ハッシュレートの価値はビットコインの価格に大きく依存していますが、ハードウェア市場は金融市場の動向に反応が遅れるため、ハッシュレートと価格の間には差異があります。カスタマイズされたチップを製造することは一時的なエンジニアリングコストを生じさせ、マイナー製造業者とそのサプライチェーンパートナーは、製造されたチップの数量に応じてこの一時的なコストを償却する必要があります。マイニング機器製造業者が大量の注文を持つ長期的な取引先でない限り、ほとんどの場合、ファウンドリはマイニング機器製造業者に対して予約されたウェハの注文を全額支払うことを要求します。

ウェハの注文の生産サイクルは通常12〜13週間であり、この時間サイクルは製造業者が先見的なビジネス計画を策定することをさらに困難にします。2017 年末、多くの製造業者はブルマーケットの間に十分な在庫を持たず、市場に製品を販売できず、ブルマーケットが続く期間を誤って判断しました。Nvidiaを含む製造業者は2018年の注文量を過大評価し、下半期には徐々に在庫を処分することになりました。

マイニング市場が16nmチップから7nm チップのマイニング機器にアップグレードされると、バックエンド製品技術の競争は長期間停止します。新型マイニング機器の平均寿命は以前の2年から3年から4年に延長され、マイニング機器の故障率がより重要な要素となります。実際、故障率は価格やエネルギー効率比とともに、重要なマイニング機器評価指標と見なされています。

頻繁なマイニング機器の故障は、マイニング機器のハッシュレートを低下させ、保証期間が終了した後に迅速にメンテナンスコストを増加させます。深刻な故障は、収入の一部を失うことを意味します。たとえば、冷却設計の欠陥により、Antminer S17シリーズの故障率は20-30％に達します。故障の原因は、ヒートシンクが緩んだり移動したりしてハッシュレートボードが短絡して停止することであり、この故障の修理コストは非常に高額です------Antminer S17シリーズは先進的な製造プロセスに基づいているにもかかわらず、製品は期待に応えられません。

より先進的なマイニング機器ハードウェアは、より高い初期資本支出を意味し、これが暗号マイニングのさらなる工業化を促進します。間もなく、より多くのデータセンターが特定のマイニングニーズに適応するために自らのインフラを定義するようになります。余剰の天然ガスエネルギーによるマイニング、浸漬液冷、および内部監視ソリューションが登場し始めます。

さらに、「工業化」が暗号マイニングをさらに集中化させることを心配すべきでしょうか？

ハードウェア製造は再生産プロセスであり、遺伝子変異の必要性を積極的に排除できます。現在の状態では、ハードウェア製造は標準化と集中管理の恩恵を受けています。暗号マイニングの工業化は避けられないものであり、非中央集権的なマイニングは、下流のハッシュレート投票権に焦点を当てるべきです。たとえば、非中央集権的マイニングプロトコル StratumV2がサポートする「作業交渉」モデルです。（ChainNews注：StratumV2は次世代のマイニングプールプロトコルであり、マイニングデータの伝送効率と安全性を向上させ、マイニングに必要なハードウェア施設を削減します。また、マイナーがマイニングプールとの交渉プロセスを通じて自分の取引セットを選択できる3つの新しいサブプロトコルを導入し、マイナーがブロックに追加する取引を決定するのではなく、マイニングプールが決定することを可能にします。）

10年間の野蛮な成長を経て、暗号マイニングは発展の十字路に立っています。供給メカニズム、気候周期、ハードウェアのイテレーション、これら3つの力の絡み合いは予測不可能な短期的変化を生み出しますが、長期的にはビットコインと暗号経済の他の部分がますます深く統合されるにつれて、暗号マイニングはより競争的になり、資源集約型産業に傾くでしょう。過去には、マイナーはできるだけ低い運営コストを維持するだけで済みました。しかし、未来を見据えると、継続的に低下するマイニング利益率は、マイナーにキャッシュフローとリスク管理の重要性をより意識させることを余儀なくさせ、暗号マイニングは今後「工業化」と「金融化」に向かうでしょう。