Fonctionnement d’une machine de minage : ce que contient un ASIC

Sommaire :

• Ouvrir un ASIC : quatre pièces, pas une de plus

• Pourquoi une puce gravée écrase une carte graphique

• Le J/TH, la mesure qui décide de tout

• Ce qu’un rig de cartes graphiques a de différent

• Les contraintes physiques qu’on découvre trop tard

• Refroidir : air, immersion, hydro

• Ce qui tue une machine de minage

• Le firmware, le piège du matériel d’occasion

• Questions fréquentes sur le fonctionnement des machines

Ouvrir un ASIC : quatre pièces, pas une de plus

Un mineur ASIC ressemble à un gros grille-pain métallique et ne contient que quatre organes. Une fois le capot retiré, il n’y a rien d’autre.

Les cartes de hachage font le travail. Elles sont trois, alignées dans la longueur, chacune hérissée de dissipateurs sous lesquels dorment les puces. Un Antminer S19 en porte 76 par carte, soit 228 au total ; un S21 en porte 108, soit 324. Chaque puce est gravée pour une seule opération, le SHA-256, et ne sait rien faire d’autre.

Le détail qui explique la plupart des pannes tient dans leur câblage. Les puces ne sont pas branchées en parallèle mais en série, par groupes appelés domaines de tension. La carte reçoit environ 14 volts de l’alimentation, et cette tension se répartit domaine après domaine : le S19 découpe ses 76 puces en 38 paires alimentées à 0,36 V chacune, le S21 ses 108 puces en douze groupes de neuf à 1,2 V. La régulation se fait par domaine, jamais par puce. Un seul domaine grillé, et la carte entière cesse de produire.

La carte contrôleur est le cerveau, et c’est un petit ordinateur sous Linux. Elle se connecte au pool en Stratum, reçoit le travail à faire, le découpe, l’envoie aux cartes de hachage par une liaison série, remonte les résultats, pilote la fréquence des puces et la vitesse des ventilateurs. Bitmain en a changé quatre fois de plateforme depuis le S9 : d’abord un Xilinx Zynq qui mêlait deux cœurs ARM et un peu de logique programmable, puis une carte BeagleBone, puis une puce Amlogic détournée de l’audio, et aujourd’hui un CVITEK sur les S21. Le logiciel embarqué, lui, est un descendant direct de cgminer.

L’alimentation transforme le 230 V du mur en une basse tension continue de forte intensité. L’APW17 des S21 sort entre 12 et 15 volts pour 267 ampères nominaux. Un S19 confie la même fonction à un APW12, qui réclame deux cordons secteur, pas un : deux entrées C13 de 10 A chacune, ce qui surprend au déballage.

Les ventilateurs, enfin. Quatre sur un S19, au format 120 millimètres et 38 d’épaisseur, tournant autour de 6 000 tours par minute, davantage à l’avant sur les modèles récents. Ils n’ont aucune fonction électronique : ils poussent l’air. Sur les Whatsminer M60S, ils ne sont que deux, ce qui rend la panne d’un seul beaucoup plus grave.

Pourquoi une puce gravée écrase une carte graphique

Une GeForce RTX 4090 coûte plus cher qu’un Antminer S21 et calcule, sur du SHA-256 de minage, autour d’un à deux gigahashs par seconde. Le S21 en sort 200 000. L’écart est d’environ cent mille fois, et il ne vient pas de la finesse de gravure ni du budget de développement.

Il vient de la façon dont le calcul est posé dans le silicium. Le SHA-256 enchaîne 64 tours identiques, et le minage en exige deux passages successifs. Une puce d’ASIC déroule ces tours physiquement : chaque tour devient un étage de transistors câblés, et le tout forme un pipeline de 128 étages. À chaque coup d’horloge, un résultat sort par l’autre bout. Il n’y a rien à décoder, rien à ordonnancer, rien à aller chercher en mémoire.

Une carte graphique, elle, exécute des instructions. Pour chaque tour de SHA-256 il faut charger l’opération, la distribuer aux cœurs, faire transiter les données par des chemins conçus pour tout faire. La majorité de l’électricité part dans cette logistique, pas dans le calcul. Traduit en efficacité, un ASIC moderne dépense une quinzaine de joules par térahash quand un GPU en dépense des dizaines de milliers.

C’est aussi ce qui explique la contrepartie : la puce ne sait faire que ça. Le jour où le SHA-256 n’intéresse plus personne, elle vaut son poids d’aluminium. Une carte graphique, elle, change d’algorithme en une ligne de configuration et se revend à un joueur.

Le J/TH, la mesure qui décide de tout

Un mineur qui compare deux machines par leur puissance se trompe de colonne. Le chiffre qui décide, c’est le joule par térahash : le nombre de watts consommés pour produire un térahash par seconde. Plus il est bas, plus le tarif d’électricité supportable est élevé.

Bitmain publie cette valeur mesurée à la prise, à 25 °C, alimentation comprise. C’est important, parce que d’autres constructeurs annoncent parfois la consommation des cartes seules, ce qui retire cinq à sept pour cent de pertes de la facture réelle. Pour les modèles refroidis à l’eau, la mesure se fait avec une entrée d’eau à 35 °C, pas à 25.

Machine	Année	Puissance	Consommation	Efficacité
Antminer S9	2016	13,5 TH/s	1 323 W	98 J/TH
Antminer S19	2020	95 TH/s	3 250 W	34 J/TH
Antminer S19 XP	2022	141 TH/s	3 032 W	21,5 J/TH
Antminer S21	2024	200 TH/s	3 500 W	17,5 J/TH
Antminer S21 Pro	2024	234 TH/s	3 510 W	15 J/TH
Antminer S21 XP	2025	270 TH/s	3 645 W	13,5 J/TH

De 98 à 13,5 joules par térahash en neuf ans, la consommation par unité de travail a été divisée par plus de sept. C’est cette courbe, et elle seule, qui rend une machine obsolète : le S9 fonctionne encore parfaitement, il consomme simplement sept fois trop.

La progression n’est pas régulière modèle par modèle. Le S19k Pro de 2023 tourne à 23 J/TH, moins bien que le S19 XP sorti l’année d’avant à 21,5. Un numéro plus élevé ne garantit rien : c’est la génération de puce qui compte, pas le nom commercial. Le classement du matériel par efficacité réelle range les modèles actuels dans cet ordre-là, avec pour chacun le prix du kilowattheure au-delà duquel il travaille à perte.

Comparer deux machines revient donc à une division. Une S21 XP à 13,5 J/TH consomme 0,324 kWh par jour et par térahash ; une S19 Pro à 29,5 en consomme 0,708. Pour le même hashrate, la seconde coûte deux fois et demie plus cher à faire tourner, tous les jours, pendant des années. Une réserve : les J/TH ne se comparent qu’à l’intérieur d’un même algorithme, chaque réseau ayant sa difficulté et son cours.

Ce qu’un rig de cartes graphiques a de différent

Un rig est un ordinateur sur lequel on a empilé des cartes graphiques, et son architecture n’a rien à voir avec celle d’un ASIC.

On y choisit la carte mère pour une seule raison : son nombre de ports PCIe. Six, huit, parfois douze, souvent en format 1x, parce que le minage n’a besoin d’aucune bande passante une fois la tâche envoyée à la carte. Les cartes ne se branchent donc pas directement dans les ports, faute de place et de circulation d’air : elles sont déportées sur un cadre ouvert par des risers, des rallonges PCIe alimentées séparément. Ces petits adaptateurs à quelques euros sont la première cause de panne d’un rig, avant les cartes elles-mêmes.

L’alimentation, elle, se surdimensionne systématiquement. Six cartes à 250 W plus la carte mère font 1 700 W, et personne ne fait tourner un bloc à 95 % de sa capacité en continu : on part sur 2 000 W minimum, parfois deux alimentations synchronisées. Le reste tient dans un système léger, souvent une distribution Linux dédiée sur clé USB. Le détail du montage et le choix des composants d’un rig de minage demandent une page à eux, tout comme l’assemblage complet et sa rentabilité.

La différence de fond est ailleurs. Un ASIC est un appareil scellé qui fait une chose. Un rig est une machine reconfigurable, qui change de crypto-monnaie en modifiant une ligne, se démonte pièce par pièce, et se revend en morceaux. Il perd sur tous les tableaux techniques et gagne sur le seul qui compte parfois : il ne devient jamais bon à rien.

Les contraintes physiques qu’on découvre trop tard

Les fiches produit parlent de térahashs. Ce qui fait renoncer les gens, ce sont les quatre lignes qui suivent.

Le bruit

Bitmain annonce 76 dB(A) pour un S21 Pro ou un S21 XP à plein régime, 72 pour un S19k Pro. Les machines refroidies par air se tiennent globalement entre 70 et 80 dB. Pour situer, c’est un aspirateur en marche, sauf qu’il ne s’arrête ni la nuit ni le week-end, et que le bruit des ventilateurs de minage porte dans les basses fréquences, celles qui traversent les cloisons. Aucun appartement ne tient, aucune chambre mitoyenne non plus. Un garage détaché, un local technique ou un caisson d’insonorisation, sinon rien.

L’air

Une machine de 3 250 W a besoin qu’on lui apporte l’air froid et qu’on lui reprenne l’air chaud. Le débit nécessaire dépend de l’élévation de température qu’on accepte : pour 20 degrés d’écart entre l’entrée et la sortie, il faut faire passer environ 485 mètres cubes d’air par heure à travers le boîtier ; pour 15 degrés, près de 650. Ces volumes correspondent à ce que mesurent les installateurs, autour de 200 à 300 pieds cubes par minute à l’échappement.

Le renouvellement du local est un autre calcul, et il est plus lourd. Une seule machine dans un réduit demande de l’ordre de 900 m³/h de ventilation pour ne pas s’étouffer dans son propre air chaud ; trois S21 dans une pièce dédiée en réclament près de 3 700. Sans extraction, l’air d’une petite pièce prend un degré Fahrenheit toutes les douze secondes : en cinq minutes, la machine respire son propre échappement et se met en sécurité.

L’ampérage

À 230 volts, un S19 tire 14,1 ampères et un S21 XP 15,8. Une prise domestique de 16 A supporte 3 680 W sur le papier, mais la règle des 80 % en usage permanent ramène ce plafond autour de 2 900 W. Une machine de minage passe donc au-dessus de ce qu’un circuit de prises partagé doit encaisser vingt-quatre heures sur vingt-quatre.

Il faut un circuit spécialisé, en 2,5 mm² de cuivre avec un disjoncteur 20 A, exactement le gabarit d’un four ou d’un lave-vaisselle. Côté abonnement, un compteur 6 kVA, le plus répandu en France, accepte une machine et il reste 2,75 kVA pour le reste du logement. Neuf kVA en acceptent deux, douze en acceptent trois et il ne reste plus de quoi allumer une plaque à induction. Le raccordement d’une installation qui dépasse ce seuil relève déjà du montage professionnel, du statut au raccordement électrique.

Un point joue en faveur de la France : les ASIC exigent du 200-240 V, parfois du 220-277 V sur la génération S21. Le 230 V français convient, alors qu’un mineur nord-américain doit tirer une ligne 240 V dédiée parce que ses prises murales sont en 120. Reste une nuance de bout de ligne : la tension française tolère 10 % d’écart, soit 207 V au plancher, ce qui passe sous le minimum réclamé par une S21 aux heures de pointe.

La chaleur

Presque toute l’électricité entrée ressort en chaleur. Un S19 dissipe 11 090 BTU par heure, un S21 XP près de 12 500. C’est la puissance d’un gros radiateur électrique poussé au maximum, sans thermostat pour le calmer. Cette chaleur doit sortir du bâtiment, ou trouver un usage : c’est tout le sujet de la page sur ce que consomme le minage et ce que devient sa chaleur.

Refroidir : air, immersion, hydro

Trois techniques cohabitent, et elles ne s’adressent pas aux mêmes installations.

Le refroidissement à air reste la norme. Deux ventilateurs aspirent à l’avant, deux refoulent à l’arrière, l’air traverse les dissipateurs et ressort vingt degrés plus chaud. En ferme, les machines s’alignent en allée froide et allée chaude, avec des cloisons pour empêcher l’air chaud de repartir vers les entrées. Un conteneur de 40 pieds loge jusqu’à 336 machines et demande plus de 100 000 m³/h de ventilation, ce qui donne une idée du dimensionnement d’une ferme de minage et de son organisation interne.

L’immersion consiste à noyer les cartes dans un liquide diélectrique, une huile de synthèse qui conduit la chaleur sans conduire l’électricité. Les fluides monophasiques dominent, chez Shell ou Engineered Fluids : le liquide reste liquide, une pompe le fait circuler vers un échangeur. Les fluides diphasiques, qui bouillent et se condensent, ont perdu du terrain depuis que 3M a annoncé sa sortie des composés fluorés. Les fournisseurs promettent un overclocking plus généreux et des machines qui durent plus longtemps ; aucun constructeur ne chiffre ces gains, et il vaut mieux les traiter comme des arguments de vente.

Le prix de l’opération est en revanche écrit noir sur blanc du côté de la garantie. Immerger une machine conçue pour l’air suppose de l’ouvrir, de retirer les ventilateurs et de flasher un firmware adapté : trois clauses d’exclusion cochées d’un coup dans les conditions de service de Bitmain, qui couvre par ailleurs ses mineurs 365 jours, ses alimentations 365 jours, ses cartes contrôleur 180 jours et ses pièces détachées jamais. Le constructeur vend d’ailleurs des versions prévues pour l’huile, précisément parce que les autres ne le sont pas.

L’hydro fait circuler de l’eau dans des plaques froides plaquées sur les puces. Un Antminer S21 Hyd sort 335 TH/s pour 5 360 W, soit 16 J/TH, dans un boîtier de 339 millimètres de long et 12,3 kilos, quand la version à air fait 400 millimètres pour 15,4 kilos avec moins de puissance. Sans ventilateurs ni gros dissipateurs, la machine rétrécit et se tait.

Ce qu’il faut autour est en revanche hors de portée d’un particulier : une alimentation en 380 à 415 volts triphasés, un débit de 8 à 10 litres par minute sous 3,5 bars maximum, de l’eau déionisée maintenue entre pH 8,5 et 9,5, et un aérorefroidisseur externe pour évacuer la chaleur de la boucle. C’est une installation de site industriel, pas un branchement de garage.

Ce qui tue une machine de minage

Les ateliers de réparation voient toujours les mêmes pannes, et rarement celle qu’on redoute.

La poussière arrive en tête. Elle se dépose sur les ailettes des dissipateurs, tapisse les pales, et forme une couche isolante entre les puces et l’air. La machine chauffe, réduit sa fréquence pour se protéger, produit moins, puis lâche. Un ASIC qui tourne dans un local non filtré demande un nettoyage à l’air comprimé tous les deux à trois mois.

Les ventilateurs viennent juste après, et ce sont eux que les réparateurs citent comme cause première. Ils tournent entre 5 000 et 7 000 tours par minute sans jamais s’arrêter : les roulements s’usent, la poussière déséquilibre les pales, et un jour l’un d’eux se tait. Sur une machine qui n’en a que deux, la perte d’un seul suffit à provoquer un emballement thermique en quelques minutes.

L’alimentation est la troisième cause. Ses condensateurs vieillissent, ses transistors de puissance finissent par lâcher, et le phénomène s’accélère si la machine tourne au-dessus de ses spécifications. Un bloc sous-dimensionné, ou un bloc d’occasion qui a déjà passé trois ans en ferme, coûte plus cher qu’il ne fait économiser.

Viennent enfin les cartes de hachage : pâte thermique desséchée, joints de brasure fissurés par les cycles de chauffe, domaines de tension grillés. Fait contre-intuitif : les puces ASIC elles-mêmes tombent rarement en panne. Ce sont les composants autour d’elles qui cèdent. Bien entretenue, une machine tient quatre à sept ans, ce qui est bien plus long que sa durée de vie économique.

Le firmware, le piège du matériel d’occasion

Le logiciel qui tourne sur la carte contrôleur peut être remplacé. C’est même une pratique courante et légitime : Braiins OS+, LuxOS et Vnish ouvrent le réglage fin de la tension et de la fréquence, machine par machine, avec un gain annoncé de 10 à 30 % de hashrate ou, à l’inverse, la possibilité de descendre en consommation. Ces éditeurs prélèvent une commission affichée, de l’ordre de 2 %, parfois annulée si l’on mine sur leur propre pool.

Le problème commence avec les firmwares qu’on ne choisit pas. Bitmain documente lui-même le phénomène sur son support : des machines dont les noms de worker ont été modifiés, qui apparaissent sur des pools auxquels leur propriétaire n’est pas inscrit, et dont les portefeuilles ont été remplacés. L’épisode le plus connu remonte à janvier 2019, quand le rançongiciel hAnt s’est propagé sur des milliers de S9, T9 et L3+ en se faisant passer pour un firmware d’overclocking : il exigeait dix bitcoins ou l’infection de mille autres machines, sous peine de faire surchauffer le matériel.

Comment on repère une machine compromise

Les signes sont assez constants.

• La machine affiche un bon hashrate, mais le pool enregistre moins de parts acceptées qu’il ne devrait. La différence part ailleurs.

• Une adresse de pool ou de portefeuille inconnue apparaît dans la configuration.

• Les réglages reviennent d’eux-mêmes après chaque redémarrage, parce que le code se réécrit au démarrage.

• Les mises à jour officielles échouent sans message d’erreur clair, ou sont refusées.

• L’interface web répond au ralenti, avec des processus qu’on n’a pas lancés.

La contamination se propage seule : une machine infectée scanne le réseau local et prend les autres avec le mot de passe d’usine, qui reste root sur une machine neuve ou réinitialisée. Un seul identifiant non changé peut emporter un parc entier en quelques minutes.

La seule remise à zéro fiable passe par une réinstallation via carte SD, avec un firmware téléchargé directement chez le constructeur, jamais chez le revendeur. Et sur une machine d’occasion, la garantie est de toute façon perdue si le vendeur a flashé autre chose : l’acheteur hérite du risque et se retrouve sans recours, ce qui pèse lourd dans le calcul d’une machine de minage achetée à petit prix.

Reste la question du choix, qui n’appartient pas à cette page. Elle est traitée du côté des mineurs ASIC et des modèles qui tiennent la route, du coût réel de fabrication d’une machine, et de ce qu’une machine rapporte une fois branchée.

Questions fréquentes sur le fonctionnement des machines

• Combien de puces contient un ASIC ?
  228 sur un Antminer S19, réparties sur trois cartes de hachage, et 324 sur un S21. Elles sont alimentées en série par groupes, ce qui explique qu’une carte entière tombe quand un seul groupe grille.

• Pourquoi une carte graphique ne peut-elle pas miner du Bitcoin ?
  Elle le peut techniquement, mais elle sort un à deux gigahashs contre 200 000 pour un ASIC, soit cent mille fois moins, pour une consommation comparable. Le calcul est sans issue.

• Que veut dire J/TH ?
  Les joules dépensés pour produire un térahash par seconde. C’est le seul chiffre qui permet de comparer deux machines, parce qu’il rapporte la production à la facture d’électricité.

• Quel branchement électrique faut-il chez soi ?
  Un circuit spécialisé en 2,5 mm² avec un disjoncteur 20 A, et au moins 9 kVA de puissance souscrite si le logement doit continuer à fonctionner normalement à côté.

• Peut-on rendre un ASIC silencieux ?
  Pas à air. Les versions hydro et immergées se passent de ventilateurs, mais elles réclament une boucle d’eau, un aérorefroidisseur et souvent du triphasé.

• Combien de temps dure une machine ?
  Quatre à sept ans si les ventilateurs sont remplacés et la poussière retirée. Sa durée de vie économique est nettement plus courte que sa durée de vie physique.