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

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) yang terdiri dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skabilitas" mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi umum, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Terkait dengan topik "skabilitas" yang abadi, saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi secara langsung, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi Status Ekspansi: Pemisahan Status Horizontal/Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi-S subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe decoupling struktur: modul arsitektur, operasi kolaboratif, misalnya rantai modul, pengurut bersama, Rollup Mesh
• Penskalaan Asinkron dan Paralel: Model Aktor, Isolasi Proses, Berbasis Pesan, seperti Agen, Rantai Asinkron Multithreading

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: perhitungan paralel dalam rantai, Rollup, pembagian, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sistem skalabilitas yang lengkap dengan "kolaborasi multi-lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini berfokus pada metode skalabilitas yang didasarkan pada perhitungan paralel.

Paralelisme dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara penskalaan dapat dibagi menjadi lima kategori, 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 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
• Paralel Tingkat Panggilan / MicroVM (Call-level / MicroVM): Mewakili proyek MegaETH
• Paralel tingkat instruksi (Instruction-level): Mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem entitas Aktor (Model Agen / Aktor), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara mandiri, dengan cara paralel untuk pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lainnya.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal baik seperti Rollup atau sharding termasuk dalam mekanisme konkruensi tingkat sistem, bukan dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas melalui "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralelisme di dalam satu blok/virtual machine. Jenis solusi skalabilitas ini bukanlah fokus pembahasan dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan ide arsitektur.

Dua, EVM Sistem Rantai Paralel yang Diperkuat: Melampaui Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melewati beberapa upaya penskalaan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan mendasar. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai yang diperkuat secara paralel oleh EVM sedang menjadi jalur kunci yang menggabungkan kompatibilitas ekosistem dengan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi penskalaan yang baru. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tinggi tingkat pararelisme dan throughput tinggi, dimulai dari eksekusi tertunda dan pemisahan status.

Analisis mekanisme komputasi paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan pada konsep paralel dasar pemrosesan pipelining, dengan eksekusi asinkron di lapisan konsensus dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB), untuk mencapai optimasi end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, dengan inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipa tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan pada thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan konkuren antar blok, dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini mencakup: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengesahan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Decoupling Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi perluasan kinerja. Monad melalui "eksekusi asinkron" mewujudkan lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron. Secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih fleksibel, proses lebih terperinci, 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 yang Optimis

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

Mekanisme pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis menjalankan 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 terdeteksi konflik, transaksi konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: sesedikit mungkin mengubah aturan EVM, dalam proses eksekusi dengan menunda penulisan status, 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 penentuan L1 Monad, MegaETH ditetapkan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM dan dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 yang independen, serta sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain intinya adalah untuk memisahkan dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, guna mencapai eksekusi bersamaan yang tinggi dan kemampuan respons yang rendah dalam rantai. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status terarah dan tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM (Mikro Mesin Virtual): Akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro mesin virtual (Micro-VM) per akun", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan pemanggilan sinkron, banyak VM dapat dieksekusi secara independen, dengan penyimpanan 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 memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat langsung dijalankan secara paralel, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara seri atau ditunda berdasarkan urutan topologi. 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 thread tunggal EVM tradisional, dengan mengemas 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 dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" dalam dimensi penuh, menyediakan ide baru tingkat 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 kompleksitasnya, 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 ekspansi lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan ekspansi horizontal di lapisan eksekusi, dengan optimasi eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur pengembangan blockchain: penguatan vertikal dan ekspansi horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama fokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam rantai, melalui pelaksanaan tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 paralel yang modular dan full-stack, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-VM (EVM dan Wasm) melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi yang dapat dipercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Seluruh Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menerapkan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, yang meningkatkan efisiensi pemrosesan 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 berdasarkan kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Pemrosesan Khusus (SPNs): SPN 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 mewujudkan alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih lanjut 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 jaringan utama.