Пылеуловитель из пожилого майнера. Заодно рассмотрим беднягу под лупой истории

Для одного из проектов мне понадобилась редкая железка, о которой, вероятно, мало кто слышал, а трогали со знанием дела еще меньше. Речь о Программируемой Логической Интегральной Схеме (PLD, FPGA). В местных радиомагазинах и даже в Китае цены начинались с нескольких тысяч, а поиграться хотелось бюджетно. И слава майнерам (не верится, что сказал) — железка нашлась! За 500 рублей/штука было куплено два гроба Antminer S9. В посте речь пойдет, правда, в основном не о ПЛИС, а как раз об оставшимся добре, потому что на самом деле, исполнение у этих штук меня впечатлило настолько, что я даже решил поподробнее изучить тему. Так что кроме DIY Вас ждет еще небольшой исторический и технологический экскурс. Поехали!


Итак, сегодня на операционном столе мы видим не что иное как пару морально устаревших майнеров (и блок питания в довесок).


В далекие времена эти штуки могли зарабатывать деньги, просто увеличивая энтропию Вселенной, но сейчас сложность майнинга возросла, и гробы годятся только как отопители помещения. Или нет?

Так как мы не на каком-то ток-шоу, я позволю себе потратить всего 30 секунд или одну минуту на маленькую историческую справку. Что же представляет из себя майнинг, откуда взялись эти биткоины и почему этот гроб столь сильно греется при работе.

Биты, коины, два ствола

В конце 1980-х, когда интернет еще попахивал модемным скрежетом, а правительства считали шифрование оружием, в подполье рождается движение, которое изменит мир. Это не хакеры в романтизированном голливудском стиле — это шифропанки. В их руках алгоритмы, код и несколько светлых идей, которые обязательно испоганят дяденьки в дорогих костюмах.

Эпоха до Биткоина: когда криптография была вне закона

Представьте мир, где использование PGP (Pretty Good Privacy) — программы для шифрования писем — приравнивается к экспорту боевых технологий. Именно так США классифицировали криптографию в 1993 году. В ответ на это инженер Тим Мэй собирает в Калифорнии первую встречу шифропанков — гиков, анархистов и техноутопистов. Их девиз: «Privacy is necessary for an open society in the electronic age» («Конфиденциальность необходима для открытого общества в цифровую эпоху»).

Что их объединяло?
— Вера в то, что государства и корпорации неизбежно превратят интернет в инструмент тотального контроля;
— Убеждение, что только криптография может стать «броней» для личности;
— Мечта о цифровых деньгах, свободных от банков и границ.

Именно здесь, на заре 90-х, в рассылках шифропанков появляются концепты, позже воплотившиеся в Bitcoin:
✔️ Цифровые наличные (Дэвид Чом, создатель DigiCash);
✔️ Децентрализованные системы (предложения Хэла Финни, будущего первого получателя биткоин-транзакции);
✔️ Proof-of-Work (идея Адама Бэка, изобретателя Hashcash, предка майнинга).

Философия блокчейна: код как закон

Когда Сатоши Накамото выпускает биткоин в 2009 году, это не технологический прорыв — это политический манифест. Блокчейн становится материализацией идей шифропанков:

1. Антихрупкость через децентрализацию. Сеть живет, пока жив хотя бы один узел.
2. Доверие, замененное математикой. Вместо банков и нотариусов — криптографические алгоритмы.
3. Цензуроустойчивость. Транзакции нельзя отменить, кошельки нельзя заблокировать (если вы не доверили ключи бирже).
4. Цифровой суверенитет. Ваш кошелек — ваша «цифровая крепость». Даже создатель системы не может отнять у вас монеты.

Но здесь же кроется парадокс: блокчейн, рожденный как инструмент освобождения, стал и орудием спекуляций, и экологической проблемой, и даже инструментом слежки (из-за прозрачности Bitcoin-транзакций). В целом-то, от исходной идеи мало что осталось.

Смерть Тима Мэя в 2018 году символически завершила эпоху «чистых» шифропанков. Сегодня их детище — криптоиндустрия — больше ассоциируется с дорогими авто и NFT-обезьянками, чем с борьбой за свободу.


Сможет ли блокчейн остаться инструментом эмансипации, или он станет очередным винтиком в машине капитализма? Думаю, ответ очевиден.

Биткойн и блокчейн под микроскопом

Представьте, что блокчейн — это гигантская учетная книга, куда записывают, кто кому перевел биткоины. Но вместо одного главбуха, который волен подделать записи, здесь работает армия добровольцев-майнеров. Их задача — проверять транзакции и упаковывать их в «блоки», защищая сеть от мошенников. А чтобы процесс был честным и труднее было сжульничать, блок можно добавить только после решения сложной криптографической головоломки. Это как лотерея, где вместо билетов — ваши вычислительные мощности. Кто первый угадает хэш (уникальную цифровую подпись блока), тот получает награду в биткоинах. Подробнее можете почитать здесь, но статья на английском языке.


Ранние энтузиасты щелкали эти задачки на процессорах, потом перешли на видеокарты, но когда биткоин взлетел до небес, началась гонка вооружений в масштабах целых государств. Появились ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) — микросхемы, заточенные исключительно под взлом хэшей SHA-256, на которых держится Bitcoin. Они в тысячи раз эффективнее видеокарт, но и дороже, и бесполезны вне майнинга. Antminer S9 как раз такой: 189 ASIC-чипов, 13,5 Терахэш/с скорости и аппетит в 1300 Ватт — как небольшая электроплита. В 2016-м это был король, но сегодня его хэш-рейт как капля в океане: сложность вычислений выросла настолько, что он способен только где-то на треть снизить затраты на счета за электричество.


Но почему же он греется, как адская печь? Всё просто: основные элементы майнера ASIC — это чипы, которые ничего не умеют, кроме тупого перебирания хэшей, гоняя электричество по цепям. Так как сверхпроводников не изобрели, чипы выделяют огромное количество тепла. В Antminer S9 кулеры не для красоты — без них чипы сгорят за минуты. Кстати, именно поэтому майнеры так любят холодные регионы: дешевое электричество + бесплатный обогрев.

Но если майнить уже невыгодно, зачем вообще возиться с этим «гробом»? О, тут начинается самое интересное. Давайте же начнем варварское погружение во внутренности древнего майнера!

Технологические чудеса тотальной оптимизации

Приглядимся повнимательнее к этой махине. По бокам видим рельсовые направляющие, позволяющие соединять асики в сцепленный массив. С одной стороны расположен кожух, из-под которого торчит плата управления. От нее отходят, извиваясь, как плоские черви, шлейфы к хвостам вычисляющих хеши плат. Можно заметить стандартные ATX разъемы питания, а также четырехпроводные для вентиляторов.


В первую очередь стоит похвалить разработчиков за отличный промышленный дизайн — отвинтив всего 8 винтов, мы уже обнажаем основные внутренности. Отваливаются и вентиляторы, и кожух управляющей платы.



Великолепно! Теперь можно вытащить то, что представляло основную ценность, а сейчас не стоит почти ничего — ASIC платы. Вот они, тяжеленные, с впечатанными радиаторами с обоих сторон и внушительными цепями питания — безнадежно устарели и годны лишь немного снизить электросчета за обогрев (или на спил радиаторов). Кстати, все платы внутри вставляются в специальные пазы.


Вентиляторы на 12В хороши — есть контроль оборотов и обратная связь, а измеренная мощность колеблется в пределах 24 Ватт. Дуют эти штуки прилично, как и шумят.


Основной интерес представляет плата управления на Xilinx Zynq 7010 с 512 Мб ОЗУ DDR3. На борту она имеет не только довольно мощный процессор, пригодный для Linux, но и программируемую логику. И это не уровень Raspberry Pi. Сейчас объясню.

«ПЛастилин» для цифровых схем

FPGA (Field-Programmable Gate Array) — это микросхема, которую можно превратить в любое цифровое устройство с помощью кода. Если процессор — это жестко зашитый набор инструкций, а ASIC (как в Antminer S9) — «одноразовый» чип для одной задачи, то FPGA — это пустой холст. Вы рисуете на нем схемы, а потом стираете и рисуете заново. Представьте Lego, где вместо кирпичиков — логические элементы (AND, OR, NOT), а вы — архитектор, собирающий из них процессор, шифратор или даже нейросеть.


Внутри FPGA — миллионы программируемых логических блоков (CLB), соединенных сетью переключателей. Каждый блок можно настроить на выполнение базовых операций. С помощью специального языка (VHDL, Verilog) вы описываете, как эти блоки должны взаимодействовать — например, создать ЦПУ для обработки сигналов или контроллер для робота. После компиляции код «прошивается» в FPGA, и она начинает работать как задуманное устройство. Это напоминает низкоуровневое программирование, но код получается не программный, а описательный.

Где FPGA уже правят бал?

• Телекоммуникации: Базовые станции подстраивается под стандарты связи через перепрошивку FPGA.
• Автономные системы: Беспилотники используют FPGA для мгновенной обработки данных с лидаров.
• Криптография: Аппаратные кошельки (например, Trezor) хранят ключи в FPGA, защищенной от взлома.
  
• Наука: В Большом адронном коллайдере FPGA фильтруют терабайты данных, отсеивая «мусор» до передачи на серверы.

FPGA vs. Микроконтроллеры vs. ASIC: Битва титанов

• Микроконтроллер (Arduino, STM32): Дешевый, простой в программировании (C/Python), но медленный. Подходит для задач вроде сбора данных с датчиков.
• ASIC (Antminer S9): Молниеносный и энергоэффективный, но только для одной функции. Как кухонный нож — идеален для резки, но бесполезен для взбивания яиц.
• FPGA: Швейцарский армейский нож. Можно перепрограммировать под любую задачу, но сложен в освоении и дороже микроконтроллеров.

Почему же FPGA не захватили мир? Они сложны в разработке. Чтобы программировать FPGA, нужно думать как инженер-электронщик, а не как IT-шник. VHDL/Verilog — это описание железа, а не алгоритмов. Кроме того, серийный FPGA-контроллер может стоить 500−10 000$, тогда как микроконтроллер — 0.5−50$ (потому вариант из поста такой вкусный). К тому же они прожорливее в сравнении с ASIC: для массовых задач (майнинг, нейросети) кастомные чипы выгоднее.

Всё станет пылью, и воюющий с нею обратится в пыль

Сейчас мы отложим это чудо инженерной мысли и вернемся с небес на землю. Итак, как же применить оставшиеся железки? На ум сразу приходит несколько идей. Во-первых, вытяжка с регулируемой скоростью вращения — для этого есть и вентиляторы и идеальная коробка под них. Но вытяжка мне не нужна… Кстати, поскольку майнер — инженерное чудо, можно без проблем закрепить вентиляторы корпусами внутрь корпуса. Это обстоятельство сразу натолкнуло меня на следующую идею — что если сделать из него нечто вроде пассивного пылеуловителя?

На первый взгляд, нерационально, но поверьте, если вы живете в пыльной местности, вы заговорите иначе… В интернете я подсмотрел решение на обычном вытяжном вентиляторе и мешке от маникюрного пылесоса.



Идея показалась мне вполне себе интересной и воплотимой, так что я купил набор мешков и стал думать, как организовать из всего этого добра пылесборник.


С точки зрения компоновки я решил использовать один вентилятор, внутри корпуса должен был устанавливаться мешок, а старый кожух под плату управления я использовал как управляющий блок. Кстати, пару слов о нем.

Какую-либо электронную схему в пассивный пылесборник я решил не встраивать, ограничившись реостатом для подстройки оборотов, подключив его по следующей схеме. Лучше использовать реостат на 100к, регулирует он все равно только на последних оборотах, а диапазон у 100к будет больше, чем у 10к.


Также я добавил переключатель, который по задумке мог бы включать пылесборник на полную. Для этого я просто соединил синий провод не напрямую к реостату, а через выключатель. В этом случае вентилятор не управляем и разгоняется на полную. Не знаю, зачем я это добавил, но пусть будет.

Осталось разработать под печать мелкие элементы. Я сделал держатель потенциометра, выключателя и круглого разъема питания. Все это было разработано под пазы кожуха.


Для того, чтобы кожух вертикально не болтался напечатал ограничивающие рельсы.


Наконец, для мешка сделал подобие картриджа, который фиксируется на трении.


И как же обойтись без ножек? Нету ножек — нет и мультиков!


Конечно, все это можно было как-то заколхозить с помощью соплей и такой-то матери, но это не наш путь. Слишком уж красиво сделана заготовка, не хочется ее портить чрезмерным творчеством.


Также я откопал полубесполезный блок питания на 9V и использовал его по назначению.


Наконец, когда все было уже готово, спаяно и обороты вентилятора отрегулированы, мне пришла в голову еще одна идея. У меня на ТВ-приставке вертится сервер умного дома. Естественно, на процессоре просто кусок алюминия без вентилятора. Но вентилятор-то теперь есть! Я просто поставил приставку под пылеуловитель, так что теперь она не только охлаждается, но и не пылится. Удобно.


Как видно, насчет внешности я не заморачивался — времени не было, да и особого смысла. Я поставил его за столом так, что он невидим и места не занимает. Но при желании можно отодрать наклейки и покрасить из баллончика. Как-нибудь я этим займусь… возможно… потом… никогда. Вот такой небольшой проект получился. И даже непонятно, как он вырос в такую огромную статью… Может, у кого-то есть мысли на этот счет?..