Peta Panorama Jalur Perhitungan Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Ekspansi Asli?

I. Teori Komputasi Paralel: Memecahkan Segitiga Ketidakmungkinan Blockchain

"Segitiga Tidak Mungkin" dari blockchain mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan yang ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Terkait dengan topik abadi "skala", saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi secara lokal, seperti paralel, GPU, multi-core
• Ekspansi isolasi status: pemecahan status horizontal/Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi terpisah struktur: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel di dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, yang mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sistem skalabilitas lengkap "kolaborasi multi-lapis, kombinasi modul". Artikel ini akan fokus pada metode skalabilitas yang mengutamakan komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai fokus pada pelaksanaan paralel transaksi/instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara penskalaan dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian performa, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dengan tingkat granularitas paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi yang semakin tinggi.

• Paralel tingkat akun: mewakili proyek Solana
• Paralel tingkat objek: mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat perdagangan: mewakili proyek Monad, Aptos
• Panggilan tingkat/mikro VM paralel: mewakili proyek MegaETH
• Paralelisme tingkat instruksi: mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron luar rantai, yang diwakili oleh sistem entitas Aktor, merupakan salah satu paradigma komputasi paralel, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron, setiap Agen berfungsi sebagai "proses entitas cerdas" yang berjalan secara mandiri, mengirim pesan secara paralel, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek-proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, bukan perhitungan paralel dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas melalui "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel" alih-alih meningkatkan paralelisme di dalam satu blok/mesin virtual. Jenis solusi skalabilitas ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk membandingkan perbedaan konsep arsitektur.

Dua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Memecahkan Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui beberapa percobaan skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM, yang merupakan jalur kunci untuk mengimbangi kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas baru. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif dalam arah ini, yang membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM dengan fokus pada eksekusi tertunda dan pemisahan status, untuk skenario dengan tingkat konkuren dan throughput tinggi.

Analisis mekanisme komputasi paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum, berdasarkan konsep dasar pemrosesan paralel dengan teknik pipelining, yang melaksanakan eksekusi asinkron di lapisan konsensus dan eksekusi dengan konkurensi optimis. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad masing-masing memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi dan sistem basis data khusus, untuk mencapai optimasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme Eksekusi Paralel Multistage

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, di mana inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk struktur pipeline tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti yang terpisah, memungkinkan pemrosesan serentak lintas blok, dengan tujuan akhir untuk meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi, pencapaian konsensus, eksekusi transaksi, dan pengajuan blok.

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Pemisahan Asinkron Eksekusi

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses yang sinkron, model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok dan latensi konfirmasi, membuat sistem lebih fleksibel, proses lebih tersegmentasi, dan penggunaan sumber daya lebih efisien.

Desain inti:

• Proses konsensus hanya bertanggung jawab untuk mengurutkan transaksi, tidak mengeksekusi logika kontrak.
• Proses eksekusi dipicu secara asinkron setelah konsensus selesai.
• Setelah konsensus selesai, segera masuk ke proses konsensus blok berikutnya tanpa harus menunggu eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis: Eksekusi Paralel Optimis

Ethereum tradisional menggunakan model serial yang ketat untuk eksekusi transaksi, guna menghindari konflik status. Sementara Monad mengadopsi strategi "eksekusi paralel optimis", yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan "detektor konflik" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama.
• Jika terdeteksi konflik, transaksi konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: seminimal mungkin mengubah aturan EVM, dalam proses eksekusi dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kematangan yang baik memudahkan migrasi ekosistem EVM, adalah akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH ditempatkan sebagai lapisan eksekusi paralel modular berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, dapat berfungsi baik sebagai rantai publik L1 yang independen maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk mengisolasi dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi tinggi dan respons latensi rendah dalam rantai. Inovasi kunci yang diusulkan MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG dan mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang diarahkan pada "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM: Akun sebagai Thread

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mesin virtual mikro per akun", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini saling berkomunikasi melalui pesan asinkron, bukan panggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen dan menyimpan secara independen, secara alami paralel.

State Dependency DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

MegaETH membangun sistem penjadwalan DAG yang berbasis pada hubungan akses status akun, sistem ini secara real-time memelihara grafik ketergantungan global, setiap transaksi mengubah akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat dieksekusi secara paralel secara langsung, transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan dan diurutkan secara seri atau ditunda sesuai urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status single-thread EVM tradisional, dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang didesain ulang secara menyeluruh dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi", yang memberikan paradigma baru untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM independen, dan menggunakan penjadwalan eksekusi asinkron untuk melepaskan potensi paralel yang ekstrem. Secara teoritis, batas paralel MegaETH lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit untuk mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang cukup berbeda dengan sharding: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-rantai independen, di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam perluasan lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH tetap mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimisasi eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain, yaitu penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur pengoptimalan throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam rantai, melalui pelaksanaan tertunda dan arsitektur mikro virtual machine untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan full-stack paralel, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi virtual machine melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus, dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti zero-knowledge proof dan trusted execution environment.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan jalur asinkron sepanjang siklus hidup: Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.

2. Eksekusi paralel dengan dua mesin virtual: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang sesuai berdasarkan kebutuhan. Arsitektur dua VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kemampuan pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.

3. Jaringan Perawatan Khusus: SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang dirancang untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat mencapai alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, lebih lanjut meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.

4. Konsensus Modular dan Mekanisme Staking Ulang: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus, dan melalui protokol staking ulang mewujudkan berbagi aman dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN.

Selain itu, Pharos melalui pohon Merkle multi-versi, pengkodean diferensial, pengalamatan versi, serta teknologi ADS yang diturunkan, merekonstruksi model eksekusi dari dasar mesin penyimpanan, meluncurkan mesin penyimpanan berkinerja tinggi blockchain asli Pharos Store, mencapai throughput tinggi, latensi rendah, dan kemampuan pemrosesan on-chain yang kuat dan dapat diverifikasi.

Secara keseluruhan, arsitektur Rollup Mesh Pharos mencapai kemampuan komputasi paralel berkinerja tinggi melalui desain modular dan mekanisme pemrosesan asinkron. Pharos berfungsi sebagai koordinator penjadwalan paralel lintas Rollup, bukan sebagai pengoptimal eksekusi "dalam rantai", melainkan melalui SPN yang mendukung tugas eksekusi kustom heterogen.

Selain eksekusi paralel Monad, MegaETH, dan Pharos