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

I. Komputasi Paralel: Jalur Kunci untuk Ekspansi Blockchain

"Segitiga Tak Mungkin" dari blockchain "Keamanan", "Desentralisasi", "Skalabilitas" ( mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Terkait dengan topik "skalabilitas" yang abadi, solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar saat ini dibedakan menurut paradigma, termasuk:

• Eksekusi peningkatan kapasitas: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status skala: pemisahan status horizontal/Shard, misalnya sharding, UTXO, multi-subnet
• Ekspansi berbasis outsourcing off-chain: Menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi decoupling struktural: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, misalnya rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

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

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

• Paralel tingkat akun ) Tingkat akun (: Mewakili proyek Solana
• Paralel tingkat objek)Tingkat objek(: Mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi ): Mewakili proyek Monad, Aptos
• Panggilan level / MicroVM paralel (Call-level / MicroVM): mewakili proyek MegaETH
• Paralel tingkat instruksi ( Instruction-level ): Mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, dengan sistem agen pintar (Agent / Actor Model) sebagai perwakilan, mereka termasuk dalam paradigma komputasi paralel lain, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model non-blok sinkron ), setiap Agen berfungsi sebagai "proses pintar" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel pesan asinkron, berdasarkan peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Rollup atau solusi pengembangan shard yang kita kenal dengan baik, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam perhitungan paralel di dalam rantai. Mereka mencapai pengembangan melalui "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralel di dalam blok/mesin virtual tunggal. Solusi pengembangan semacam ini bukanlah fokus pembahasan dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan konsep arsitektur.

Dua, EVM sistem paralel penguat rantai: Melampaui batas kinerja dalam kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa putaran upaya penskalaan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi hambatan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan mendasar. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling banyak memiliki dasar pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel berbasis EVM sebagai jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, 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 tingkat konversi tinggi dan throughput tinggi, dimulai dari eksekusi tertunda dan pemecahan status.

( Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine )EVM###, berdasarkan konsep paralelisme dasar (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 end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar eksekusi paralel Monad, dengan ide inti memecah proses eksekusi blockchain menjadi beberapa fase independen, dan memproses fase-fase ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur bertingkat, di mana setiap fase berjalan di thread atau inti yang independen, mencapai pemrosesan bersamaan lintas blok, dan pada akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Fase-fase ini mencakup: usulan transaksi (Propose) pencapaian konsensus (Consensus) eksekusi transaksi (Execution) dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Desentralisasi Konsensus - Eksekusi Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi skalabilitas performa. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok ( waktu blok ) dan penundaan konfirmasi, membuat sistem lebih tangguh, proses pengolahan 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 Optimis

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 Eksekusi:

• Monad akan secara optimis mengeksekusi semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Jalankan sebuah "(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 keakuratan status.

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

( Analisis Mekanisme Perhitungan 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, serta sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum )Execution Layer### 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 paralel dengan tinggi di dalam rantai dan kemampuan respons latensi rendah. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG(graf ketergantungan status terarah tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "threading dalam rantai".

Micro-VM( mesin virtual mikro) arsitektur: akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu micro virtual machine untuk setiap akun (Micro-VM)", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, 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 data secara terpisah, secara alami paralel.

State Dependency DAG: Mekanisme penjadwalan yang didorong oleh graf 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 menjadi hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Singkatnya, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas tradisional, dengan mewujudkan pengemasan mikro mesin virtual 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 secara menyeluruh dari "struktur akun→arsitektur penjadwalan→proses eksekusi", memberikan ide baru yang level paradigma untuk membangun sistem rantai on high-performance 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 filosofi Ethereum.

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

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan inti untuk meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro mesin virtual (Micro-VM) untuk mewujudkan pemrosesan paralel pada tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan sepenuhnya paralel, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi mesin virtual (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 terpercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi ( seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan ), dan menggunakan metode pemrosesan asinkron sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang sesuai sesuai kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Penanganan Khusus Jaringan ) 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, lebih lanjut meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking)Modular Consensus & Restaking(: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus) seperti PBFT, PoS, PoA(, dan melalui protokol restaking)Restaking( untuk mewujudkan berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPNs.

Selain itu, Pharos telah membangun model eksekusi dengan merekonstruksi dari lapisan dasar mesin penyimpanan melalui teknologi pohon Merkle multi-versi, pengkodean diferensial )Delta Encoding(, pengalamatan versi )Versioned Addressing(, dan penurunan ADS )ADS Pushdown(, meluncurkan mesin penyimpanan berbasis blockchain berkinerja tinggi Pharos Store, yang mencapai throughput tinggi, latensi rendah, dan kemampuan pemrosesan on-chain yang kuat dan dapat diverifikasi.

![