Radeon HD 7990 — testujemy wyliczanie bitcoinów na jednej z najsilniejszych dostępnych kart graficznych

Kilka tygodni temu, dzięki uprzejmości firmy AMD, otrzymaliśmydo testowania urządzenie o ogromnej mocy obliczeniowej. Dlaczegopiszę urządzenie, a nie po prostu karta graficzna?Celem testów nie miała być bynajmniej grafika – nie zajmowaliśmysię tym, ile to ramek na sekundę zostanie wyrenderowanych przeztysiące procesorów strumieniowych tego sprzętowego monstrum wBioshocku czy innej wymagającej grze. Radeon HD 7990, pierwszadwuprocesorowa karta graficzna od AMDz serii 7xxx, miała zostać wykorzystana do celu, do którego od kilkulat karty „czerwonej drużyny” były wykorzystywane bardzochętnie, czyli do wyliczania wirtualnej, kryptograficznej walutyBitcoin.

Dlaczego czerwone, a nie zielone?Niezwykła wydajność Radeonów w wyliczaniu bitcoinów od dawna zastanawiałazajmujących się tą działalnością „górników”. Gdy poomacku zaczęto wyszukiwać najbardziej efektywny do tego sprzęt,uruchamiając rozmaite minery (oprogramowanie do wyliczaniakryptograficznych walut) na czym się dało – od rozmaitych CPU(zarówno x86 jak i Power czy Sparc), przez najróżniejsze kartygraficzne po specjalizowane urządzenia, takie jak programowalneukłady FPGA, szybko okazało się, że karty graficzne z procesoramiRadeon HD wręcz deklasują pozostały dostępny na rynku sprzęt.Czemu tak było? Przecież wśród graczy generalnie panowałoprzekonanie, że to „zielone” jest wydajniejsze, a na rynkusuperkomputerów niemal niepodzielnie rządziła Nvidia ze swoimiukładami Tesla.[img=bitcoin]Faktycznie – w grach porównywalne cenowo czipy GeForce pozwalały zwykle nauzyskanie od 5-15% większej wydajności (zwyczajowo mierzonej w FPS,przy rozdzielczości FullHD), niż porównywalne Radeony, przymniejszym zużyciu energii. Weźmy na przykład dwie karty tej samejgeneracji. GeForce GTX 460, z rdzeniem taktowanym 675 MHz i 1024 MB pamięciGDDR5 taktowanej 900 MHz, zawiera 336 procesorów strumieniowych, 56jednostek teksturujących i 32 jednostki rasteryzujące.Radeon HD 5830 z rdzeniem taktowanym 800 MHz i pamięcią taktowaną1000 MHz zawiera 1120 procesory strumieniowe, 56 jednostkiteksturujące i 16 jednostek rasteryzujących. Według bazujących na grach benchmarkach Tom's Hardware, GTX 460 okazywałsię średnio 10% bardziej wydajny, przy 9% niższym maksymalnymzużyciu energii. Gdy jednak przyszło porównać wydajność obukart w rozwiązywaniu funkcji skrótu SHA2-256, będącej kluczowymelementem wydobywania bitcoinów, czipy od AMD po prostu miażdżyłyprocesory Nvidii. Radeon HD 5830 pozwala na uzyskanie nawet 330 Mh/s(milionów operacji sprawdzania funkcji skrótu na sekundę), podczasgdy najlepsze wyniki GTX 460 nie przekraczają 70 Mh/s. W powyższymporównaniu tych dwóch modeli na pewno zauważyliście sporąróżnicę w liczbie procesorów strumieniowych w obu czipach. Czy tomoże być wyjaśnieniem wielkiej przewagi sprzętu AMD w „kopaniu”bitcoinów? Po części tak. Jak wyjaśniawiki projektu Bitcoin, procesory graficzne AMD zawierają wieleprostych jednostek arytmetyczno-logicznych (ALU) taktowanychrelatywnie niskimi częstotliwościami, podczas gdy procesory Nvidiizawierają mniejszą liczbę bardziej złożonych jednostekarytmetyczno-logicznych, taktowanych zwykle wyższymiczęstotliwościami. Podbijać częstotliwości takich złożonychALU nie można jednak w nieskończoność – trzeba brać przecieżpod uwagę zużycie energii i wydzielane ciepło, więc kompensacjazegarem niewiele daje. Przykładowo Radeon HD 6990, z 3072 ALUtaktowanych 830 MHz pozwala na wykonanie ponad 2,5 mld 32-bitowychinstrukcji na sekundę, a z tej samej półki GTX 590, z 1024 ALUtaktowanych 1200 MHz, pozwala na wykonanie około 1,2 mld 32-bitowychinstrukcji na sekundę.To jednak nie wszystko. Algorytm funkcji skrótu SHA-256, wykorzystywanej wBitcoinie, intensywnie korzysta z 32-bitowej operacji obrotu bitowegow prawo. Czipy AMD realizują ją za pomocą jednej instrukcjisprzętowej, podczas gdy GPU Nvidii muszą realizować jąsoftware'owo, za pomocą złożenia dwóch przesunięć bitowych idodawania. —Połączenieobu tych czynników daje więc procesorom graficznym AMD nawetpięciokrotną przewagę nad „zieloną konkurencją” przywszystkich obciążeniach typowych dla łamania haseł czyznajdywania funkcji skrótu. Co prawda w najnowszej generacji GPUNvidii (procesory Titan i Tesla K20) pojawiła się obsługa nowegomechanizmu platformyCUDA o nazwie funnel shifter (co można przetłumaczyć jako lejek przesunięć), umożliwiającegołączenie operacji i w praktyce wyeliminowanie narzutu generowanegoprzez brak sprzętowej instrukcji obrotu bitowego, ale testy okazałysię bezlitosne: potężny GTX Titan, kosztujący ponad 4 tysiącezłotych, jest w stanie wyciągnąć na podrasowanym oprogramowaniuzaledwie 340 MH/s, czyli może 10% więcej, niż już wspomniany,wydany w 2009 roku Radeon HD 5830, którego dziś na Allegro możnakupić za niecałe 400 złotych. 10% większa wydajność wwyliczaniu bitcoinów za 1000% większą cenę? No cóż, kopiączłoto nie warto chyba mieć łopaty ze złota.Uwaga:powyższe argumenty nie oznaczają, że karty Nvidii są ogólniemniej wydajne w obliczeniach, niż karty AMD. „Zielone” jestnieporównywalnie szybsze od „czerwonego” we wszystkichniewektoryzowalnych zadaniach, szczególnie jeśli wiążą się zdostępem do pamięci. Efekty tego możnazobaczyć np. przy uruchamianiu takich projektów jakfolding@home.Czerwony potwór ze słabym kardioJeśli więc karta graficzna do liczenia bitcoinów, to tylko odAMD – to już wiemy. Gdyby więc chcieć się na poważnie zająćbitcoinowym górnictwem, czy nie należałoby sięgnąć ponajsilniejszą z kart AMD? Właśnie taką kartą chciał się nampochwalić producent. Niedawno wydany flagowiec flotylli Radeonów,HD 7990 „Malta” to złożony w jedną kartę zestaw dwóchukładów graficznych Tahiti XT, znanych z Radeona HD 7970. Jegoparametry budzą respekt: 2x4,3 mld tranzystorów, taktowanie1000/1500 MHz, 2x2048 procesorów strumieniowych oraz 2 banki 3 GB384-bitowej pamięci RAM, o przepustowości 576 GB/s.[img=7990-full]Nie mieliśmy w redakcji pod ręką żadnej koparki (PCzbudowanego wyłącznie z myślą o wydobywaniu bitcoinów), więc dotestów wykorzystałem całkiem dobry PC, wykorzystywany głównie doobróbki foto/wideo i sporadycznego grania, z procesorem Intel corei7, 8 GB RAM oraz zasilaczem Chieftec 950 W, a wszystko to w obudowie zapewniającej dobry przepływ powietrza, z dodatkowymi wentylatorami.Komputer otrzymał nowy dysk, na którym zainstalowałempoczątkowo Xubuntu 12.04 i własnościowe sterowniki grafiki fglrx,w wersji 13.4, najnowszej, jaka była na ten czas dostępna. Tutajzaczęły się schody – narzędzie aticonfig nie było w stanierozpoznać zainstalowanej karty, kilkukrotne próby reinstalacjisterowników niczego nie dały.[img=7990-inside]W tej sytuacji pozostało sięgnąć po Windows 7. Sterowniki dlasystemu Microsoftu okazały się znacznie lepsze: Catalyst 13.4 bezproblemu wykrył Radeona HD 7990. Dzięki temu, że nowe wersje Catalystazawierają niezbędne do działania minerów pliki z AMD SDK, mogłembezpośrednio zainstalować narzędzie do „kopania”. Wybór padłna cgminera, znanego ze stabilności i elastyczności wkonfigurowaniu, dostępnego zresztą na Windows w wersji od razuskompilowanej (kompilowanie cgminera na Linuksie potrafi byćniewdzięcznym zadaniem).Na początek wypróbowałem standardową konfigurację, bezżadnego overclockingu, z automatycznym dostosowaniem szybkościobrotów wiatraków do temperatury rdzeni. Koparka z 7990 zostałapodłączona do jednej z najpopularniejszych kopalni Bitcoin – Bitmintera.[img=bitminter]Na początku wszystko wyglądało dobrze. Po pierwszych kilkuminutach cgminer raportował wydajność na poziomie 1200 Mh/s – tojest 3,5 raza wyższą, niż w wypadku GTX Titana Nvidii i 1,75 razawyższą niż w wypadku lepszych wersji Radeona HD 7970. Oczywiścietaka wydajność nie jest za darmo: watomierz pokazywał pobór mocyna poziomie około 750 W (wykorzystany do testów komputer, z kartąGTS 250, pobiera z gniazdka około 120 W przy normalnej pracy). A jakz hałasem? Choć system chłodzenia tej referencyjnej karty jestniemal niesłyszalny przy standardowej pracy (37 dB), to już kilkaminut po uruchomieniu cgminera przekraczał 50 dB, co dla osób owrażliwym słuchu oznacza, że długo przy działającej koparcebitcoinów nie wysiedzą.Oczywiście rozsądni ludzie stawiają koparki w takich miejscach,gdzie nie będą musieli na nie patrzeć (ani ich słyszeć), jedynieod czasu do czasu sprawdzając zdalnie ich stan. Tak też i jazrobiłem. Gdy jednak po pół godzinie spróbowałem połączyć siępo VNC z kopiącą Bitcoiny maszyną, okazało się, że jest toniemożliwe. Na miejscu sprawa się wyjaśniła: komputer sięzawiesił, potrzebny był restart.Restartów takich było jeszcze kilka. Najdłużej udało sięutrzymać koparkę na bazie Radeona 7990 przy pracy przez około 3godziny. Przy próbie wyliczania litecoinów (alternatywnej doBitcoina kryptowaluty, korzystającej z innego, znacznie bardziejobciążającego GPU algorytmu hashowania) koparka potrafiłazawiesić się nawet po 10 minutach pracy. By upewnić się, że tonie problem z płytą główną czy zasilaczem, zastąpiłem tępotężną kartę dwiema wysłużonymi 5830. W tej konfiguracjikoparka działała non stop przez ponad dobę (do momentu wyłączeniajej przeze mnie).Jak wyjaśnić te dyskwalifikujące w praktyce kartę awarie? Byćmoże trafił się nam wadliwy egzemplarz (7990, które otrzymaliśmy, było mocno przechodzone, wcześniej odwiedziło kilka innych redakcji), być może to problem zesterownikami, który wyeliminowany mógłby być w następnej wersji. Być może jednak to wada projektowa samej karty. Doświadczeni użytkownicy na forum bitcointalk sugerują, że 7990 ma problemy z zasilaniem – wykorzystując dwie ośmiopinowewtyczki PCI-E, jest w stanie zapewnić maksymalnie 375 W, podczas gdykarta potrzebuje znacznie więcej. Podobne spostrzeżenia możnaznaleźć w recenzji AnandTech, gdzie redaktorzy uskarżająsię na efekt dławienia podczas benchmarku FurMark (…nigdynie widzieliśmy go tak bardzo zdławionego jak na 7990. Podczasuruchamiania FurMarka karta momentami całkowicie stawała, bynastępnie przejść na swój średni poziom mocy (500 MHz). Niemniejwyniki te są interesujące, gdyż wyraźnie natrafiliśmy na jejograniczenia szczytowej mocy, ale to nie jest w tym wypadku zbytdobre stałe obciążenie).[img=7990-powerconnector][join][img=aresII-powerconnector]Ktowie, być może obciążenie generowane przez cgminera również niejest tu zbyt dobre – ostatecznie mówimy o 99-100% dla obuprocesorów, przez cały czas działania. Ktowie, być może właśnie ten problem z dostarczeniem odpowiedniejmocy dla dwóch Tahiti XT zauważył Asus. Jegoautorska karta ARES II zasilana jest przez trzy ośmiopinowe PCI-E. Załóżmy jednak, że problemy ze stabilnością pracy kartymożna rozwiązać software'owo – nowa wersja Catalystów 13.4 naLinuksa, wydana raptem kilka dni temu, powinna wykrywać 7990; byćmoże będzie można dzięki nim uruchomić zbudowaną na tejpotężnej karcie koparkę, nie obawiając się jej zawieszenia. Czyma to jednak jakikolwiek ekonomiczny sens, jeśli chcemy zarabiać nawydobywaniu i sprzedaży bitcoinów?Policzmy: na Allegro Radeona HD 7990 kupić można za około 4300zł. Zakładając wydajność karty na poziomie 1200 MH/s i to, żebędzie pracowała przez całą dobę, to przy aktualnym poziomietrudności wyliczania Bitcoina (12153411), uzyskamy dziennie średnio0,05 BTC, czyli miesięcznie około 1,5 BTC. Przy obecnej wartościBTC na poziomie około 400 zł, wartość wydobytych BTC to około600 zł. Ile kosztować będzie energia elektryczna zużyta do wydobyciatakiej ilości bitcoinów? Zakładając, że koparka z jedną kartą7990 zużyje miesięcznie około 470 kWh, elektrownia wystawi namrachunek na około 260 zł (1 kWh kosztuje obecnie około 55 groszy).Zostaje 340 zł na czysto – czyli karta zwraca się po ponad 12miesiącach.[img=oplacalnosc]Porównajmy to do wyników jednej z najpopularniejszych kart,wykorzystywanych do wyliczania bitcoinów – Radeona HD7950.Zapewnia ona wydajność na poziomie około 500 MH/s, i można jąkupić za około 1100 zł. Pracując non-stop, przynosi przy obecnympoziomie trudności jakieś 0,63 BTC miesięcznie, czyli równowartośćokoło 250 zł. Koparka z jedną taką kartą zużyje miesięcznienieco ponad 144 kWh energii, powiększając rachunek z elektrowni ookoło 80 zł miesięcznie. Na czysto zostaje 170 zł, czyli kartaspłaca się już po pół roku.Jak więc widać, nie ma najmniejszego sensu kupować 7990 doliczenia bitcoinów, czy też prowadzenia innych operacjiwspomaganych przez GPU. O wiele bardziej sensowne będzie kupieniepłyty głównej pozwalającej na podłączenie wielu kart 7950 – wcenie jednej 7990 możemy uzyskać cztery karty 7950, zużywającemiesięcznie 576 kWh i zapewniające ok. 2000 MH/s (pozwala to nawyliczenie około 2,5 BTC). Widzę tylko jeden scenariusz, w którymwykorzystanie 7990 miałoby sens: jeśli bardzo zamożny gracz kupisobie to czerwone monstrum do grania w rozdzielczościach 4K na wielumonitorach, ma do grania oddzielne pomieszczenie, a chciałby„pokopać” Bitcoiny hobbystycznie, to wówczas nic nie stoi naprzeszkodzie, by odpalił od czasu do czasu cgminera.Zmierzch GPU?Te wszystkie wyliczenia nie uwzględniają oczywiście ryzykainwestycyjnego, związanego z możliwymi zmianami kursu Bitcoina –być może pod koniec roku 1 BTC będzie wart 500 dolarów, być możejedynie 50. Wirtualna kryptowaluta to przecież wciąż karzełek wporównaniu do państwowych walut fiducjarnych, jej kurs może zostaćzaburzony przez każdą większą transakcję. Nie uwzględniamy tu także zmian technologicznych, związanych zpojawianiem się na rynku specjalizowanych koparek, wykorzystującychukłady ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Tourządzenia, które wystarczy podłączyć do zasilania i Internetu iuruchomić, by cieszyć się wydajnością o rząd wielkości wyższą,niż zapewniają najmocniejsze nawet karty graficzne. Ich słabość?Do niczego innego, niż wydobywanie BTC (czy ewentualnie siłowełamanie SHA-2 w innych scenariuszach) się nie nadają. Są teżbardzo trudne do zdobycia, w grę wchodzą tylko przedpłaty uproducentów, a wielu wciąż uważa, że cała sprawa to tylkonaciąganie. Jeśli jednak komuś udałoby się kupić za około 20tys. złotych taki Block Erupter Blade, zapewniający wydajnośćokoło 10,7 Gh/s przy zużyciu energii na poziomie 60 kWhmiesięcznie, to w pierwszym miesiącu zarobiłby około 13,5 BTC(około 5400 zł), a inwestycja zwróciłaby się już po czterechmiesiącach. [img=blockerupterblade]Upowszechnienie się takich koparek oznaczałoby jednak gwałtownywzrost obliczeniowy całej sieci Bitcoin, a co za tym idzie, wzrosttrudności obliczeń. Wówczas po kilku miesiącach posiadacz takiegozestawu 4x7950 mógłby wyliczyć nie 2,5 BTC, ale 1 BTC. Półbiedy, jeśli towarzyszyłby temu wzrost ceny bitcoinów na rynku,ale tego przecież nikt zagwarantować nie może. Nie ma też coliczyć na odsprzedaż kart graficznych wykorzystywanych dowyliczania bitcoinów: przeciętnemu graczowi tak mocne karty nie sąpotrzebne, rynek wtórny na Radeony 7950 i 7970 duży nie jest, więcraczej nie zmieszczą się na nim tysiące kart, wyprzedawanych przezzdesperowanych górników, którym wydobycie bitcoinów przestałosię opłacać.