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

I. Esensi Skalabilitas Blockchain dan Komputasi Paralel

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) "keamanan", "desentralisasi", dan "skala" mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain. Mengenai "skala" yang menjadi topik abadi, saat ini solusi peningkatan skala blockchain yang dominan di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Skala isolasi status: pembagian status horizontal/Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Desain Terpisah: Modul arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyusun bersama, Rollup Mesh
• Skala konversi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

Solusi perluasan blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa lapisan seperti eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan suatu "sistem perluasan lengkap yang terdiri dari kolaborasi multi-lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini akan fokus pada cara perluasan dengan komputasi paralel sebagai arus utama.

Paralelisme dalam rantai ( intra-chain parallelism ), fokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara penskalaan dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda. Secara berurutan, granularitas paralel semakin halus, intensitas paralel semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan tingkat kesulitan implementasi juga semakin tinggi.

• Paralel tingkat akun (Account-level): mewakili proyek Solana
• Paralel tingkat objek (Object-level): mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi (Transaction-level): mewakili proyek Monad, Aptos
• Tingkat panggilan / MicroVM paralel (Call-level / MicroVM): mewakili proyek MegaETH
• Paralelisme tingkat instruksi (Instruction-level): mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem agen aktor (Model Agen / Aktor), mereka termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model non-sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara mandiri, mengirim pesan secara paralel dengan cara asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lainnya.

Dan solusi skalabilitas yang dikenal luas seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, bukan merupakan komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas melalui "menjalankan beberapa rantai/ domain eksekusi secara paralel", bukan meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok/ mesin virtual. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk membandingkan perbedaan dalam konsep arsitektur.

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

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui beberapa upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun batasan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan yang mendasar. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan energi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai penguat paralel berbasis EVM sebagai jalur kunci yang mempertimbangkan 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, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konkruensi tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan pada konsep paralelisme dasar pemrosesan pipa (Pipelining), dengan eksekusi asinkron di lapisan konsensus (Asynchronous Execution) dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi (Optimistic Parallel Execution). Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB) untuk mencapai optimasi ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar eksekusi paralel Monad, di mana inti pemikirannya adalah membagi alur eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di utas atau inti independen untuk mencapai pemrosesan konkuren antar blok, sehingga akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Dekoupling Eksekusi Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini secara serius membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan penundaan konfirmasi, membuat sistem lebih tahan lama, proses lebih tersegmentasi, dan pemanfaatan sumber daya lebih tinggi.

Desain Inti:

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

Eksekusi Paralel Optimis：Eksekusi Paralel Optimis

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

Mekanisme pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis mengeksekusi semua transaksi secara paralel, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan sebuah "Detektor Konflik (Conflict Detector)" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama (seperti konflik baca/tulis).
• Jika deteksi konflik, transaksi yang konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dan dalam proses eksekusi, mewujudkan paralelisme dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kematangan yang baik memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 independen, atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi bersamaan yang tinggi dan kemampuan respons latensi rendah di dalam rantai. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH terletak pada: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf dependensi status terarah dan tidak melingkar) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM: Akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu akun satu micro virtual machine (Micro-VM)", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi dan menyediakan unit isolasi minimum untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), 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 (Dependency Graph), setiap transaksi yang mengubah akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan menjadi hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak 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 virtual machine berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan mengganti stack panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" di semua dimensi, memberikan ide baru yang bersifat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

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

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dari sharding: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-rantai independen (shard), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam perluasan lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimasi eksekusi paralel maksimum 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 optimasi throughput, dengan tujuan utama untuk meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro virtual machine (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel pada 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 kolaborasi antara mainnet dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm), dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara mandiri dan paralel, yang pada gilirannya meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang sesuai dengan kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Penanganan Khusus (SPNs): SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang dirancang khusus untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat mencapai alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui protokol restaking mewujudkan berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN.

Selain itu, Pharos merekonstruksi model eksekusi dari lapisan bawah mesin penyimpanan melalui teknologi pohon Merkle multi-versi, pengkodean diferensial (Delta Encoding), pengalamatan versi (Versioned Addressing), dan penyelaman ADS (ADS Pushdown), meluncurkan mesin penyimpanan berkinerja tinggi blockchain asli, Pharos Store, untuk mencapai kemampuan pemrosesan on-chain yang tinggi, dengan latensi rendah, dan verifikasi yang kuat.

Secara keseluruhan, arsitektur Rollup Mesh dari Pharos melalui modul