Panorama de la pista de computación paralela: Análisis de 5 rutas tecnológicas para la ruptura del rendimiento de EVM

Mapa panorámico de la pista de cálculo paralelo de Web3: ¿la mejor solución de escalado nativo?

I. La esencia de la escalabilidad de blockchain y el cálculo paralelo

El "trilema" de la blockchain (Blockchain Trilemma) de "seguridad", "descentralización" y "escalabilidad" revela los compromisos esenciales en el diseño de sistemas de blockchain. En relación con el eterno tema de la "escalabilidad", las soluciones de escalado de blockchain en el mercado actual se clasifican según paradigmas, que incluyen:

  • Ejecución de escalado mejorado: mejora de la capacidad de ejecución en el lugar, como la paralelización, GPU, y multicore.
  • Aislamiento de estado para escalabilidad: división horizontal del estado/Shard, por ejemplo, fragmentación, UTXO, múltiples subredes
  • Escalado de tipo de outsourcing fuera de la cadena: llevar la ejecución fuera de la cadena, por ejemplo, Rollup, Coprocesador, DA
  • Expansión estructural desacoplada: modularidad de la arquitectura, funcionamiento colaborativo, por ejemplo, cadenas modulares, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
  • Escalado asíncrono y concurrente: modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, por ejemplo, agentes, cadenas asíncronas multihilo.

Las soluciones de escalado de blockchain incluyen: cálculo paralelo en la cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, formando un sistema completo de escalado "multicapa colaborativa y combinación modular". Este artículo se centra en la forma de escalado predominante basada en el cálculo paralelo.

Paralelismo intra-cadena (, centrado en la ejecución paralela de transacciones/instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, su forma de escalado se puede dividir en cinco grandes categorías, cada una representando diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías de arquitectura, con un tamaño de grano paralelo cada vez más fino, una intensidad paralela cada vez mayor, una complejidad de programación y un nivel de dificultad de implementación cada vez más altos.

  • Paralelismo a nivel de cuenta (Account-level): representa el proyecto Solana
  • Paralelismo a nivel de objeto: representa el proyecto Sui
  • Paralelismo a nivel de transacción (Transaction-level): representa el proyecto Monad, Aptos
  • Llamada de nivel / MicroVM en paralelo: representa el proyecto MegaETH
  • Paralelismo a nivel de instrucciones (Instruction-level): representa el proyecto GatlingX

Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de agentes Actor (Agent / Actor Model), que pertenece a otro paradigma de computación paralela, como sistema de mensajes entre cadenas/asíncrono (modelo de no sincronización de bloques), donde cada agente actúa como "proceso inteligente" que opera de manera independiente, manejando mensajes asíncronos de forma paralela, impulsados por eventos y sin necesidad de programación síncrona. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.

Los conocidos Rollups o esquemas de escalabilidad mediante fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a la computación paralela dentro de la cadena. Estos implementan la escalabilidad a través de "la ejecución paralela de múltiples cadenas/dominios de ejecución", en lugar de aumentar la paralelización dentro de un solo bloque/máquina virtual. Este tipo de esquemas de escalabilidad no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así los utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en los conceptos arquitectónicos.

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2. Cadena mejorada de paralelismo EVM: rompiendo los límites de rendimiento en la compatibilidad

La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalado como sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha sido superado fundamentalmente. Sin embargo, al mismo tiempo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la base de desarrolladores y el potencial ecológico más fuerte en la actualidad. Por lo tanto, las cadenas mejoradas en paralelo del sistema EVM, que equilibran la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución, se están convirtiendo en una dirección importante para la nueva ronda de evolución del escalado. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo una arquitectura de procesamiento paralelo de EVM orientada a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento, desde la ejecución de retraso y la descomposición de estados, respectivamente.

) Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad

Monad es una blockchain de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento en paralelo (Pipelining), con ejecución asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution) y ejecución paralela optimista en la capa de ejecución (Optimistic Parallel Execution). Además, en la capa de consenso y almacenamiento, Monad introduce un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos especializado (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.

Pipelining: Mecanismo de ejecución paralela de múltiples etapas

Pipelining es el concepto fundamental de la ejecución paralela de Monad, cuya idea central es descomponer el proceso de ejecución de la blockchain en múltiples etapas independientes y procesar estas etapas de manera paralela, formando una arquitectura de tubería tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y finalmente alcanzando un aumento en el rendimiento y una reducción en la latencia. Estas etapas incluyen: propuesta de transacción (Propose), logro de consenso (Consensus), ejecución de transacciones (Execution) y compromiso de bloques (Commit).

Ejecución Asíncrona: desacoplamiento asíncrono de consenso y ejecución

En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de las transacciones suelen ser procesos sincrónicos, y este modelo en serie limita gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra la asincronía en la capa de consenso, la capa de ejecución y el almacenamiento a través de la "ejecución asíncrona". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, los procesos más segmentados y la utilización de recursos más alta.

Diseño central:

  • El proceso de consenso (capa de consenso) solo se encarga de ordenar las transacciones, no de ejecutar la lógica de los contratos.
  • El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de forma asíncrona después de que se complete el consenso.
  • Después de completar el consenso, se entra inmediatamente en el proceso de consenso del siguiente bloque, sin necesidad de esperar a que se complete la ejecución.

Ejecución Paralela Optimista:乐观并行执行

Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para evitar conflictos de estado. En cambio, Monad adopta una estrategia de "ejecución paralela optimista", lo que aumenta significativamente la velocidad de procesamiento de transacciones.

Mecanismo de ejecución:

  • Monad ejecutará todas las transacciones de manera optimista y en paralelo, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado entre sí.
  • Ejecutar simultáneamente un "Detector de Conflictos (Conflict Detector###)" para monitorear si las transacciones acceden al mismo estado (como conflictos de lectura/escritura).
  • Si se detecta un conflicto, se volverán a ejecutar las transacciones en serie para garantizar la corrección del estado.

Monad eligió un camino compatible: hace cambios mínimos en las reglas de EVM, implementa la paralelización mediante el retraso de la escritura de estados y la detección dinámica de conflictos, pareciendo más una versión de alto rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema de EVM, siendo un acelerador paralelo en el mundo de EVM.

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) Análisis del mecanismo de computación paralela de MegaETH

A diferencia de la posición L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente como una capa de mejora de ejecución en Ethereum (Execution Layer) o componente modular. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas que se pueden programar de manera independiente, para lograr una ejecución de alta concurrencia en la cadena y una capacidad de respuesta de baja latencia. La innovación clave propuesta por MegaETH consiste en: arquitectura Micro-VM + DAG de Dependencia de Estado (Directed Acyclic Graph) y un mecanismo de sincronización modular, que juntos construyen un sistema de ejecución paralela orientado a "hilos dentro de la cadena".

Micro-VM (micro máquina virtual) arquitectura: cuenta es hilo

MegaETH introduce un modelo de ejecución de "una micro máquina virtual (Micro-VM) por cuenta", que "hila" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad mínima de aislamiento para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos (Asynchronous Messaging), en lugar de llamadas sincrónicas, lo que permite que muchas VM se ejecuten de forma independiente y almacenen de manera independiente, siendo naturalmente paralelas.

Dependencia de Estado DAG: mecanismo de programación impulsado por gráficos de dependencia

MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en relaciones de acceso al estado de la cuenta, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias global (Dependency Graph). Cada transacción modela qué cuentas se modifican y qué cuentas se leen, todo como relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos se pueden ejecutar en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán y ordenarán de forma secuencial o retrasada según el orden topológico. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.

Ejecución asíncrona y mecanismo de callback

B

En resumen, MegaETH rompe con el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo de EVM, implementando un empaquetado de micro máquinas virtuales a nivel de cuentas, utilizando un gráfico de dependencia de estado para la programación de transacciones, y reemplazando la pila de llamadas sincrónicas con un mecanismo de mensajes asíncronos. Es una plataforma de computación paralela rediseñada en todas las dimensiones desde "estructura de cuentas → arquitectura de programación → flujo de ejecución", proporcionando un nuevo enfoque de nivel de paradigma para construir sistemas de alta rendimiento en la cadena de próxima generación.

MegaETH ha elegido un camino de reconstrucción: abstraer completamente las cuentas y los contratos en una VM independiente, liberando el máximo potencial de paralelismo a través de la programación de ejecución asíncrona. En teoría, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil controlar la complejidad, pareciendo más un sistema operativo superdistribuido bajo la filosofía de Ethereum.

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Monad y MegaETH tienen conceptos de diseño bastante diferentes a los de la fragmentación (Sharding): la fragmentación divide la cadena de bloques horizontalmente en múltiples subcadenas independientes (fragmentos Shards), cada subcadena es responsable de parte de las transacciones y el estado, rompiendo las limitaciones de una sola cadena para la expansión a nivel de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, solo expandiéndose horizontalmente en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para romper el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de expansión de la cadena de bloques: el refuerzo vertical y la expansión horizontal.

Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del rendimiento, con el objetivo central de mejorar el TPS dentro de la cadena. Esto se logra mediante la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micro-maquina virtual (Micro-VM) para el procesamiento paralelo a nivel de transacciones o cuentas. Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa con paralelismo, cuyo mecanismo central de computación paralela se conoce como "Rollup Mesh". Esta arquitectura, a través del trabajo conjunto de la red principal y las redes de procesamiento especializadas (SPNs), admite entornos de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm), e integra tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución confiables (TEE).

Análisis del mecanismo de cálculo paralelo Rollup Mesh:

  1. Procesamiento de tuberías asíncronas de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diferentes etapas de la transacción (como consenso, ejecución, almacenamiento) y utiliza un enfoque de procesamiento asíncrono, permitiendo que cada etapa se ejecute de manera independiente y en paralelo, lo que mejora la eficiencia general del procesamiento.
  2. Ejecución Paralela de Doble Máquina Virtual (Dual VM Parallel Execution): Pharos admite dos entornos de máquina virtual, EVM y WASM, lo que permite a los desarrolladores elegir el entorno de ejecución adecuado según sus necesidades. Esta arquitectura de doble VM no solo mejora la flexibilidad del sistema, sino que también aumenta la capacidad de procesamiento de transacciones a través de la ejecución paralela.
  3. Redes de Procesamiento Especial (SPNs): Los SPNs son componentes clave en la arquitectura de Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar tipos particulares de tareas o aplicaciones. A través de los SPNs, Pharos puede lograr la asignación dinámica de recursos y el procesamiento paralelo de tareas, lo que mejora aún más la escalabilidad y el rendimiento del sistema.
  4. Consenso modular y mecanismo de re-staking (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que soporta múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA) y logra un intercambio seguro y una integración de recursos entre la red principal y los SPNs a través de un protocolo de re-staking.

Además, Pharos ha reestructurado el modelo de ejecución desde el nivel del motor de almacenamiento mediante tecnologías como árboles de Merkle de múltiples versiones, codificación diferencial (Delta Encoding), direccionamiento versionado (Versioned Addressing) y empuje ADS (ADS Pushdown), lanzando el motor de almacenamiento de alto rendimiento nativo de blockchain, Pharos Store, logrando una alta capacidad de procesamiento en cadena, baja latencia y fuerte verificabilidad.

En general, la arquitectura Rollup Mesh de Pharos a través de mod

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rekt_but_resilientvip
· hace6h
No te preocupes por cosas irreales, solo enfócate en la tecnología.
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NewDAOdreamervip
· hace13h
El triángulo todavía le falta un vértice. Se ha ido.
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UnluckyMinervip
· 08-10 17:15
alcista轰轰啊 要上天
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LiquidityWizardvip
· 08-10 17:15
La expansión es el camino
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CoconutWaterBoyvip
· 08-10 17:04
¿La expansión puede garantizar la seguridad? Tengo miedo...
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CountdownToBrokevip
· 08-10 16:51
Una vez más, no puedo ampliar la capacidad de la escritura.
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