Peta Panorama Jalur Komputasi Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Skalabilitas Asli?

I. Tinjauan Solusi Skala Blockchain

"Segitiga Ketidakmungkinan" dari blockchain "Keamanan", "Desentralisasi", "Skalabilitas" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu sulit bagi proyek blockchain untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik "skalabilitas" yang abadi, saat ini solusi skalabilitas blockchain utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status untuk skalabilitas: pemisahan status secara horizontal, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Ekspansi outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Decoupling 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 multithread

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

Perhitungan paralel dalam rantai, fokus pada eksekusi paralel dari transaksi/perintah di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara skalabilitas dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, secara berurutan semakin halus dalam granularitas paralel, semakin tinggi intensitas paralel, semakin kompleks dalam penjadwalan, serta semakin tinggi kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi.

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

Model asinkron konkuren di luar rantai, yang diwakili oleh sistem agen Aktor, merupakan salah satu paradigma komputasi paralel lainnya. Sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron, setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron. Proyek-proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau shard, termasuk dalam mekanisme paralelisme tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas dengan "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan paralelisme di dalam satu blok/machine virtual. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus pembahasan 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, mengalami berbagai upaya skala seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi hambatan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan yang mendasar. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai paralel EVM sebagai jalur kunci yang memperhatikan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skala 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 konkurensi 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, berdasarkan pada konsep paralel dasar pemrosesan aliran, melakukan eksekusi asinkron di lapisan konsensus dan eksekusi optimis secara bersamaan di lapisan eksekusi. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad masing-masing memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi dan sistem basis data khusus untuk mencapai optimasi ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme Eksekusi Paralel Multi-Tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, di mana inti pemikirannya adalah memecah proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap berjalan pada thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan paralel antar blok, akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini termasuk: usulan transaksi, konsensus, pelaksanaan transaksi, dan pengajuan blok.

Eksekusi Asinkron: Desentralisasi Konsensus-Eksekusi

Pada rantai tradisional, konsensus dan pelaksanaan transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi perluasan kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok dan latensi konfirmasi, membuat sistem lebih tahan banting, memecah proses lebih terperinci, dan meningkatkan pemanfaatan sumber daya.

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 perlu menunggu eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis：Optimis Eksekusi Paralel

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

Mekanisme pelaksanaan:

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

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

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH ditempatkan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang modular dan 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 MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + DAG Ketergantungan Status dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang diarahkan pada "threading dalam rantai."

Arsitektur Micro-VM: Akun adalah Utas

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

State Dependency DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

MegaETH membangun sistem penjadwalan DAG yang berdasarkan hubungan akses status akun, sistem ini secara real-time memelihara grafik ketergantungan global, setiap transaksi memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat dieksekusi secara paralel, transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda menurut urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas tradisional dengan mengimplementasikan pembungkusan mikro virtual machine berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" dalam semua dimensi, memberikan pemikiran baru yang bersifat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH 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 mengontrol kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang cukup berbeda dari sharding: sharding memecah blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen, di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single-chain dalam skala jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan ekspansi horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimasi eksekusi paralel maksimum di dalam single-chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur ekspansi blockchain: penguatan vertikal dan ekspansi 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 dan arsitektur mikro-vm untuk mewujudkan pemrosesan paralel tingkat transaksi atau tingkat akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 modular dan full-stack paralel, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-vm melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus, serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan dan lingkungan eksekusi tepercaya.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Pengolahan alur asinkron sepanjang siklus hidup: Pharos memisahkan setiap tahap transaksi dan menggunakan metode pengolahan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara mandiri dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pengolahan 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 dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Penanganan Khusus: SPN adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang dirancang khusus untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPN, Pharos dapat mencapai alokasi sumber daya secara dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, lebih lanjut meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus modular dan mekanisme re-staking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus, dan melalui protokol re-staking mewujudkan berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN.

Selain itu, Pharos melalui Merkle tree multi-versi, pengkodean diferensial, pengalamatan versi, serta teknologi penurunan ADS, membangun kembali model eksekusi dari dasar engine penyimpanan, meluncurkan mesin penyimpanan berkinerja tinggi berbasis blockchain asli Pharos Store, mencapai throughput tinggi, latensi rendah, dan kemampuan pemrosesan on-chain yang sangat terverifikasi.

Secara keseluruhan, arsitektur Rollup Mesh dari Pharos melalui desain modular dan mekanisme pemrosesan asinkron, mewujudkan kemampuan komputasi paralel berkinerja tinggi. Pharos sebagai koordinator penjadwalan paralel lintas Rollup, bukan sebagai pengoptimal eksekusi "paralel dalam rantai", tetapi melalui SPN membawa tugas eksekusi kustom heterogen.

Selain Monad, MegaETH, dan Pharos