减半后，即便比特币价格保持在 40000 美元以上，预计也只有少数矿企能够盈利。
原文：CoinShares Mining Report: The Halving and its impact on hash rate and miners cost structures
编译：Frank，Foresight News
封面：Photo by Shubham's Web3 on Unsplash
摘要
- 增长和可持续性问题：比特币挖矿网络在 2023 年增长了 90%，引发了人们对其环境可持续性和盈利能力的质疑，尤其是挖矿网络的效率和能源成本；
- 挖矿难度的动态变化和算力趋势：比特币挖矿的「难度」调整机制确保了 BTC 供应的非弹性变化，这也导致减半后，成本较高的矿工可能会因即时收入减少而陷入困境，本文评估了减半后每枚 BTC 的平均生产成本，结果显示平均成本为 37856 美元；
- 挖矿网络效率提升：尽管挖矿网络的电力需求不断增加，但效率却有了显著提升。使用随机数数据有助于分析不同挖矿模型的效率，目前比特币挖矿网络的平均效率为 34W/T，预计到 2026 年中期可能会降至 10W/T；
- 比特币挖矿与环境影响：比特币挖矿通常利用偏远地区的被弃置资源，Daniel Batten 表示目前约 53% 的比特币挖矿都是使用可持续能源，因此可以显著减少天然气燃烧造成的排放，这是一个主要的环境问题；
- 减半后矿工的财务分析：2024 年减半后，矿工的生产成本和盈利结构将发生变化，本文的分析重点是上市矿企不同的成本结构及其面对比特币减半的脆弱性；
- 结论和矿工定位：大多数矿工将面临高 SG&A 成本的挑战，必须降低成本以保持盈利，即便比特币价格保持在 40000 美元以上，预计也只有少数矿企能够盈利；
比特币挖矿网络的增长
比特币挖矿网络经历了飞速增长，到 2023 年算力增长了 104%。无论是从环境角度还是从挖矿网络的盈利能力来看，这种快速扩张都引发了人们对其可持续性的担忧，在本文我们旨在解决这两个问题。
我们每个矿工的比特币生产平均成本在减半后的最终结果如下所示，突出显示生产平均成本为 37,856 美元。
虽然比特币挖矿与传统挖矿有一些相似之处，比如都是消耗能源来产生有价值的资产，但相似之处在很大程度上就止步于此。比特币挖矿过程中被称为「难度」调整的独特自我调节机制，可确保 BTC 供应保持严格的非弹性变化：
在比特币挖矿周期的某个时刻，处于成本曲线上端的矿工将开始收到影响，算力将开始下降——因为价格上涨不足以抵消挖矿难度的上升。
无论网络中有 2 个还是 200 万个矿工，在下一次预定的减半事件之前，待挖的比特币数量都保持不变。这就意味着如果网络的集体算力显著增加，挖矿难度将向上调整以保持 BTC 生产速率稳定，从而将成本较高的矿工挤出市场。
因此我们的分析重点是上市矿企的不同成本结构，以及最容易受到 2024 年 4 月最新一次减半影响的矿企。
为了预测算力的未来增长方向，我们最好的方法是分析历史模式。定性推理表明，算力增长将部分由比特币的价格驱动：积极的价格前景可能会鼓励矿工提高算力，认为其有利可图，但是要注意这取决于对未来价格的假设。
历史数据回顾表明，挖矿活动在减半事件期间确实有所增加，然而由于其呈指数级增长，所以确定一个清晰的周期具有挑战性，我们已经在这方面做了一些工作。由于算力往往是一个不稳定的数字，使用历史数据趋势的偏差比纯粹的定性方法会产生更准确的结果。
一个关键问题是，大多数趋势线都包含未来信息，这意味着我们今天看到的趋势线在过去会有所不同，因此最可靠的方法是根据样本外数据计算一条趋势线，该趋势线不受未来发展的影响。
数据显示，在减半周期之间发生了一个有趣的规律模式，这表明从历史的角度来看，当前算力的峰值，在周期的对应事件点上并不罕见，下面的图表更清楚地展示了这种变化的周期性特点。
自 2012 年第一次比特币减半，以及随后的 2016 年和 2020 年减半以来，出现了一种模式，即减半后算力通常会比趋势线下降约 9％，这种情况通常会持续六个月左右。2020 年有些特殊，由于中国的挖矿禁令，这一时期大大延长，导致跌破趋势线的幅度达 42%。
尽管如此，这种模式通常涉及算力最初下降，随后在周期中途复苏，然后在下一次减半前大约一年出现活动激增。
这个周期是合乎逻辑的：为了在减半的预期中保持竞争力，矿工增加了资本支出，使算力显著高于趋势。减半后，矿工的直接收入减少，影响了他们的资本支出周期。当前的周期也不例外。值得注意的是，算力增长的峰值通常出现在减半前四个月左右，这可能是由于「比特币热潮」导致挖矿难度飙升，进而迫使生产成本更高的矿工和矿机退出。当前的挖矿难度处于历史高位，并且与之前周期中观察到的「相对」峰值一致。
比特币算力的未来会怎样？以历史趋势为指导，我们可能预计到 2024 年 4 月减半时，算力将恢复到 450 EH/s 左右的趋势线。六个月后，它可能会进一步下降至 410 EH/s。此后，根据趋势线预测，到 2024 年底，算力将急剧增加至约 550EH/s。
这次减半可能会淘汰那些处于成本曲线上端的矿工，让那些拥有充足流动性的人有机会以折扣价购买挖矿硬件。这种情况在很大程度上取决于价格是否上涨到每个矿工的平均生产成本之上，并且可能需要价格大幅下降，或者交易费用大幅下降，例如 Ordinals 使用量的下降。
提高挖矿网络效率
目前用于比特币的挖矿设备多种多样，涵盖一系列功耗水平、算力和由此产生的功耗水平。从历史上看，这种多样性使得确定挖矿矿工的整体效率变得具有挑战性。
CoinMetrics 的 Karim Helmy 使用随机数数据进行硬件指纹识别，进行了一些值得注意的研究。为了避免过于深入地研究技术细节，我们发现每个矿工模型都会在比特币区块链上留下独特的类似飞机在高空留下的「蒸汽尾迹」（vapour trail），然后可以分析这个独特的签名，以确定网络中不同挖矿模型的分布。
由于每个挖矿模型的效率以 W/T 为单位，因此可以计算整个比特币挖矿网络的整体效率。鉴于这一趋势相对线性，未来的趋势也可以预测。
目前比特币挖矿网络拥有 34W/T 的加权平均效率，仅 2023 年一年效率就提高了 8%，在过去 3 年中，效率整体提高了 28%。
根据这些趋势预测，在 2026 年中期之前，随着芯片设计不断改进和更高效的挖矿硬件投入使用，比特币挖矿网络的整体效率水平可能降至 10W/T 左右。
比特币挖矿始终追求最廉价的能源，这就导致矿工往往倾向于利用被弃置的电力——即无法轻易出售给现有电网的电力。
通常这涉及位于偏远地区的可再生能源项目，因此越来越多的比特币挖矿开始使用可持续能源供电。根据 Daniel Batten 的估计，目前用于比特币挖矿的电力消耗中，约有 53% 是可持续能源，这一比例已经超过了金融业，正如 Daniel Batten 指出估计，金融业的电力消耗中只有约 40% 来自可持续能源。
虽然最近算力显著上升，但与此形成鲜明对比的是，网络效率持续改善。
CoinMetrics 随机数数据的详细程度达到了新的水平，这意味着我们可以估算每年的电力成本，这与剑桥大学的估算非常接近。
数据强调，尽管比特币全网挖矿效率有了显著提高，但按年度计算，挖矿网络电力需求已达到 115 TWh 的历史新高，这在 2023 年增长了 44%。然而，由于挖矿效率不断提高，与算力的增长相比，电力需求的这种增长已经算得上相对温和。
Daniel Batten 对挖矿业排放强度的研究显示，尽管所使用的一些数据源难以追踪，但二氧化碳排放量确实显著下降：
自 2021 年以来，挖矿业的二氧化碳排放量已从每千瓦时近 600 克二氧化碳，降至每千瓦时仅 299 克二氧化碳。这一减少可能归因于可持续能源使用量的大幅增加——从 2021 年的 33% 增长到如今的 52%。
德克萨斯州电网燃料组合在一定程度上反映了这一点——比特币挖矿活动占据了很大比例，IEEFA 的数据显示，可再生能源从 2017 年占总能源产量的 20%，增长到 2023 年的 31%。
比特币有助于减少碳排放
正如 BBC 最近的一份报告报告所强调的那样，天然气焚烧正在成为一个日益严重的问题。这份报告引起了人们的注意，海湾地区的石油钻探活动以及相关的焚烧过剩天然气的做法给数百万人带来了比以前更严重的威胁。
Mesa Solutions 称，尽管焚烧相对于排放对环境来说影响更小——因为它可以将二氧化碳等效排放减少 92%，但其广泛使用仍然令人担忧。SkyTruth 提供的图像生动展示了这个全球性问题的程度，黄色点明显标记出焚烧活动区域。
世界银行估计 2022 年全球约有 1390 亿立方米天然气被焚烧，这一数量相当于中美洲和南美洲天然气消费总量的总和。根据 Mesa Solutions 的数据，目前常规的甲烷燃烧中，每 1000 BTU 会排放 59 克二氧化碳等效物（CO2e）。
相比之下，使用现代涡轮发电机只会每 1000 BTU 排放 22 克 CO2e，这意味着减少了 63% 的排放量，使其比汽油车污染少三倍。
废气被焚烧的主要挑战在于它所涉及的能源无法经济地储存或运输，因此经常被焚烧，也即这种情况通常发生在无法连接电网或管道的偏远地区，我们认为比特币挖矿可以极大地减少焚烧引起的排放。这是因为挖矿硬件以及必要的发电机可以装在集装箱中，并在这些远离已建电网的偏远地区运行。
此外，焚烧常常导致甲烷泄漏的发生率更高，当一小部分天然气未能完全燃烧，从而逃逸到大气中时，就会发生这种现象，这种情况在大风条件下尤其普遍。相比之下，众所周知，涡轮机是甲烷泄漏率最低的涡轮机之一，可以大大降低发生此类事件的风险。
目前，天然气焚烧每年排放约 4.06 亿吨二氧化碳，然而如果目前焚烧的所有天然气都用于比特币挖矿，这些排放量可能会减少至约 1.52 亿吨二氧化碳。由于目前全球废弃焚烧占全球二氧化碳排放量的 1.1%，比特币挖矿可以将全球废弃焚烧排放量减少至仅占全球排放量的 0.41%。
截至目前，已知只有约 120 兆瓦 MW 的比特币挖矿能力正在利用被弃置的天然气能源，因此如果比特币挖矿扩大对这种被浪费的废气的使用，那么它具有显著减少全球二氧化碳排放的巨大潜力。
减半对比特币矿工的影响
在这篇研究文章中，我们估算了 2023 年第三季度比特币生产成本和现金成本的加权平均值——每个比特币分别约为 16800 美元和 25000 美元。
预计 2024 年 4 月减半事件之后，这些成本很可能会下降分别升至 27900 美元和 37800 美元。由于其高效的成本结构和长期发展规划，Riot 看起来是最有能力应对这些变化的矿企。我们对上市和私人矿企的财务报表进行了分析，并假设比特币价格为 40000 美元，发现大部分矿企即将面临的困境或将源于臃肿的销售总务管理支出（SG&A）成本。
方法论
我们对 2023 年第三季度的财务分析采取了一种调整后的合并利润表方法。该标准化方法适用于 14 家矿企的挖矿业务，其中 13 家是公开上市实体，截至 2023 年 12 月，它们总计占所有比特币挖矿算力的 19%，减半后（网络算力为 450 EH/s）约占 25%。
我们 2023 年第三季度的数据主要来自 SEC 文件、网站生产报告或必要时进行估算。
我们的方法包括：
- 收入成本代表自挖矿收入成本，主要是电力成本；
- SG&A 消除了非现金支出，例如基于股票的薪酬、一次性付款；
- 利息费用仅考虑债务利息，不包括租赁费用或其他财务费用；
减半事件发生后，达到生产和运营盈亏平衡点的直接成本急剧变化，分别为 27900 美元和 37800 美元。这一变化源于区块奖励减半的影响。我们预测收入和支出的方法如下：
- 算力市场份额由每家公司披露的预计算力决定，以我们估计的减半时算力为 450 EH/s 的百分比表示，也即与 500EH/s 相比下降了约 10%；
- 生产成本采用自下而上的方法计算，包括挖矿硬件效率、电力成本、使用的千瓦时（采用 2023 年第三季度的利用率持平）和开采的比特币数量；
- 假定 SG&A 费用与 2023 年第三季度保持一致，因为预计公司费用不会因减半而发生重大变化；
- 利息支出按未偿还本金之和乘以定期利率确定；
- 我们全面的方法论确保对减半前后的情况进行标准化和可比的财务分析，从而有效指导我们的运营决策；
矿工算力
平均每十分钟，比特币网络就会由矿工正确计算（猜测）哈希值（伪随机 64 位字母数字）而生成一个区块，而网络的其余矿工则验证其正确性。拥有更多算力（更多矿机，导致更多计算能力）的矿工控制着更大比例的网络算力，因此有更大的机会生成一个区块并获得区块奖励（目前为 6.25 枚 BTC，但由于减半，将在 2024 年 4 月左右减半至 3.125 枚 BTC）加上交易费用。
矿工们本质上是在进行军备竞赛，以购买和增加尽可能多的机器。
矿工用于自挖矿的矿机越多，所需的数据中心就越大（兆瓦级别）。这种巨额资本支出大多由现金、股权或债务提供资金，其中后者可能会因更高的利息支出而损害矿工的总生产成本，并在比特币价格低迷时期使矿企面临风险。
例如根据 2023 年第三季度的文件，Core Scientific 于 2022 年底进行破产清算，Mawson 则未能支付其 Marshall 贷款，这些例子并非孤例。
比特币产量
生产的比特币数量对于每个矿工的单位经济和成本结构来说是不可或缺的一部分。对于矿工来说，要实现与减半前相同的比特币产量，他们需要将算力份额增加一倍，考虑到过去三年网络算力复合年增长率约 53%，这是非常具有挑战性的，或者每个区块收取的费用金额的增长需要完全弥补减半导致的区块奖励减少。
电费
比特币矿工的成本结构是两个投入的函数：能源和设备。我们追踪的上市工平均每千瓦时消耗 4.5 美分的能源。这种能源是在批发市场购买的，最有可能是在现货或期货市场，或者通过电力购买协议（PPA）合同与能源供应商协商，该合同通常提供固定的能源价格，但通常也涉及「照付不议」条款（Foresight News 注，购电方承诺按照 PPA 协议中约定的年度最低电量购买并支付电费，无论购电方是否真正需要）。
相比之下，矿工对其挖矿设备机群有更多的控制权，并且能够通过投资更高效的机器来减少能源费用，使得每台矿机在单位算力上相对消耗更少的电力。
在我们跟踪的上市矿工中，整个矿机群的效率预计也会在减半时从 29W/T 降至 26W/T。CleanSpark 和 Iris Energy 的最新机器交易中可以看到矿工如何升级其挖矿设备机群以提高效率（即降低 W/T）的示例：
其中它们各自购买了 4.4EH/s 和 1.4EH/s 的比特大陆 Antminer S21 矿机，效率比为 17.5W/T，价格约为 14 美元 /TH。
下面的矩阵表明，尽管 T21 是较新的型号，但 S21 在每种电力和算力价格场景中都优于所有其他矿机类型，因为具有更高的算力（影响收入）和更低的功耗（影响费用）。
下图展示了减半前后矿机效率的变化。请注意，虽然大多数矿企正在提高其整个挖矿设备机群的效率（W/T），但他们的直接成本结构并没有改善。这是因为如前所述的矿工需要增加电力消耗和能源消耗才能开采相同数量的比特币。
减半前后，每枚比特币的电力成本在现金成本结构中的加权平均值分别约占 68% 和 71%，其中小幅增长主要归因于规模和能源价格的略微上涨。
矿工生存周期
我们将生存周期定义为矿工可以使用现金和比特币储备偿还现金运营支出的天数。整个行业没有标准的资金管理策略。有些人尽可能多地积累产出，也称为「HODL」，而另一些人则不这样做，而是选择在挖出比特币时直接出售比特币。
资本充足、比特币余额较大的矿企在牛市中可能会获得更高的溢价，例如 Riot，然而，低生存周期与高现金成本相结合，使得 Stronghold 等矿商面临比特币价格低迷的风险。
现金生产成本
根据下图，我们认为 Riot、TeraWulf 和 Cleanspark 在进入减半时处于最佳位置。矿企面临的主要问题之一是巨额的 SG&A 成本。对于矿企来说，要实现收支平衡，减半可能会迫使他们削减销售管理费用，否则他们可能会继续亏损，并不得不清算其 HODL 余额和其他流动资产。
注意：Iris Energy 和 Cormint 的数据基于 2023 年第二季度的文件、管理会议和月度生产报告。
结论
我们的分析表明，Riot 似乎最有能力应对减半事件的复杂性，这主要是由于其成本结构和漫长的生存周期。矿工将经历的大部分痛苦可能源于巨额的销售管理费用，这些费用可能需要削减才能保持盈利。
总体而言，除非比特币价格保持在 40000 美元以上，否则我们认为只有 Bitfarms、Iris、CleanSpark、TeraWulf 和 Cormint 能够继续盈利。所有其他矿企可能会蚕食份额，最终迫使股价进一步稀释，因为他们很可能提高股本或转换债务。
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