TL;DR

1. 1. Vários dos principais VCs, incluindo Paradigm, Jump e Dragonfly, estão a investir no conceito de Parallel EVM.
2. 1. Os projetos representativos neste domínio incluem Monad, Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM e BSC, operando tanto em soluções de Camada 1 (L1) quanto de Camada 2 (L2).
3. 1. No entanto, há informações públicas limitadas disponíveis sobre as diferenças específicas entre as equipas.
4. 1. Enquanto “paralelização” é o significado literal do EVM Paralelo, denota uma otimização especializada destinada a melhorar vários aspectos do desempenho do EVM, potencialmente empurrando os limites das capacidades do EVM.
5. 1. Os desafios incluem a necessidade de refatorar toda a pilha de tecnologia e abordar questões como prever conflitos entre transações paralelas e lidar eficientemente com conflitos, se surgirem.
6. 1. Outro desafio é estabelecer a diferenciação no ecossistema de código aberto ao mesmo tempo que se equilibra a descentralização com o desempenho.

Após extensa pesquisa e iteração em algoritmos de consenso, camadas de dados (DA) e tecnologia de prova de conhecimento zero, a atenção mudou para a próxima fronteira em tecnologia hardcore: EVM paralelo. Essa tendência já atraiu investimentos significativos do mercado de capitais, com centenas de milhões de dólares sendo investidos no desenvolvimento de várias startups de nível unicórnio.

O foco na Parallel EVM, também conhecida como paralelização EVM, intensificou-se quando Georgios Konstantopoulos, CTO da Paradigm, e Haseeb Qureshi, da Dragonfly, coincidentemente destacaram esse conceito no final de 2023 enquanto discutiam as tendências futuras para 2024. Apesar desta atenção, as discussões detalhadas sobre o tema têm sido escassas, levando muitos a descartá-lo como algo particularmente novo. Dado que tanto a Máquina Virtual Ethereum (EVM) quanto a computação paralela são conceitos bem estabelecidos, o que eleva a fusão desses dois termos ao status de uma importante tendência emergente permanece incerto.

No entanto, o EVM Paralelo continua a ser um tema altamente especializado. É notável que nos resumos anuais e previsões de tendências de numerosas instituições de pesquisa, o EVM Paralelo não é mencionado. Consequentemente, ele permanece um conceito incipiente carente de consenso generalizado. Além disso, assemelhando-se a conceitos como algoritmos de consenso e aplicações descentralizadas (DA), o EVM Paralelo é inerentemente técnico, limitando assim sua audiência a um escopo ainda mais estreito.

O principal benefício do Parallel EVM reside na sua capacidade de capacitar as aplicações descentralizadas existentes a atingir níveis de desempenho semelhantes aos da Internet. Na verdade, poder-se-ia argumentar que o Parallel EVM se destaca como uma tecnologia inovadora capaz de alavancar uma vasta gama de contratos inteligentes estabelecidos, ao mesmo tempo que alcança um alto desempenho e débito paralelo em cadeias públicas.

A Paradigm tem estado ansiosa por entrar no jogo há muito tempo, o Jump está fortemente investido

A 'Fortune' relata que a Paradigm pretende liderar a última rodada de financiamento para o Monad, com o objetivo de arrecadar $200 milhões com uma avaliação de $3 bilhões. Embora isso represente a primeira incursão da Paradigm em apoiar uma equipe com um conceito de EVM Paralelo, eles têm acompanhado de perto essa tecnologia por vários anos. Georgios Konstantopoulos, CTO da Paradigm, mencionou esse termo pela primeira vez em 2021.

A etimologia de "Mônada" adiciona mais uma camada de intriga. No sistema do filósofo Leibniz, a Mônada significa o elemento fundamental que constitui o universo. Estas entidades indivisíveis permanecem impervias às influências físicas, cada uma refletindo a totalidade do universo, conhecida como "单子" em chinês.

No campo da ciência da computação, Monad serve como um padrão de design dentro de linguagens de programação funcional, auxiliando programadores na navegação de complexidades do mundo real com precisão quase matemática. Esta abordagem fomenta a modularidade, compreensão e manutenção do código.

Um pormenor digno de nota é a simetria linguística entre Monad e Nomad, sendo este último referente a um viajante, e "nómada digital" a referência a um viajante no mundo digital.

Georgios, em seu discurso sobre o assunto, também fez referência a Sei e Polygon. No entanto, seu otimismo em relação ao Parallel EVM é reforçado pelo desenvolvimento do Reth, um cliente Ethereum desenvolvido pela Paradigm. Posicionado como um cliente de camada de execução Ethereum de alto desempenho construído em Rust, o Reth está avançando rapidamente e recentemente passou para a fase Beta. Embora a perspectiva de integrar o Parallel EVM diretamente no Reth seja considerada, o considerável esforço de engenharia envolvido sugere que apoiar o Parallel EVM por meio de investimentos em outras equipes pode ser uma opção mais viável. A documentação do Monad revela o uso predominante de C++ e Rust em seus esforços de engenharia.

Após a criação da Reth, surgiram acusações por parte de membros da equipe Erigon, alegando plágio do seu código aberto, Akula, o que levou a um financiamento reduzido para o projeto Akula. Georgios refutou essas alegações, afirmando que a Reth não é nem um derivado nem um fork de qualquer outro cliente, embora se inspire em Geth, Erigon e Akula.

Outro jogador crucial é a Jump Trading e a Jump Capital, com o fundador da Monad originário da Jump Trading, ostentando uma extensa experiência em negociação de alta frequência. A Sei conta com a Jump Capital entre seus investidores, com o envolvimento da Jump se estendendo profundamente no ecossistema Solana, abrangendo infraestrutura e projetos.

Dragonfly, um investidor inicial na Monad, também tem mantido um olhar atento sobre os desenvolvimentos relacionados, com investimentos na NEAR, focando na tecnologia de fragmentação, juntamente com Aptos, Avalanche, Nervos e outras blockchains públicas.

Atualizar algoritmos de consenso não é suficiente, finalmente é a vez da camada de execução

Nas recentes batalhas entre cadeias públicas, o foco tem consistentemente ignorado a camada de execução, fixando-se quase exclusivamente em algoritmos de consenso inovadores, seja Solana, Avalanche, ou EOS, entre outros. Apesar das inovações significativas na camada de execução por estas cadeias, a comunidade tende a lembrar principalmente dos seus algoritmos de consenso empregados. Além disso, há uma noção predominante dentro da comunidade de que o desempenho superior destas cadeias públicas de alto rendimento deriva exclusivamente dos seus revolucionários algoritmos de consenso.

No entanto, alcançar uma cadeia pública de alto desempenho exige uma relação simbiótica entre o algoritmo de consenso e a camada de execução, ecoando o princípio de uma cadeia ser tão forte quanto o seu elo mais fraco. Cadeias públicas dependentes da Máquina Virtual Ethereum (EVM) e focadas exclusivamente em melhorar seu algoritmo de consenso encontram gargalos de desempenho que exigem nós cada vez mais robustos. Tome, por exemplo, a Binance Smart Chain (BSC), que limita o processamento de Gas de bloco a 2000 transações por segundo (TPS). Para suportar isso, as configurações de nó devem exceder as de um nó completo Ethereum por vários múltiplos. Embora a Polygon teoricamente possa alcançar uma capacidade de 1000 TPS, geralmente atinge apenas dezenas a centenas.

Os nós de arquivamento da BSC necessitam de um mínimo de CPUs de 16 núcleos e 128 GB de memória, em comparação com os nós do Ethereum, que exigem pelo menos CPUs de 4 núcleos e 16 GB de memória.

Reconhecendo esses desafios, a equipe da BSC firmou uma colaboração com a NodeReal para desenvolver a tecnologia EVM Paralela. Esta inovação tem como objetivo aumentar ainda mais a taxa de transferência de transações por bloco, permitindo a execução de transações em paralelo e, consequentemente, aumentando o limite superior de TPS.

Paralelo: Atualização de um CPU de núcleo único para um CPU multi-core

Na maioria dos sistemas de blockchain, as transações seguem uma ordem sequencial rigorosa, semelhante a uma CPU de núcleo único onde cada cálculo deve esperar pelo anterior para terminar. Apesar da sua simplicidade e baixa complexidade do sistema, esta abordagem é relativamente lenta.

No entanto, à medida que os futuros sistemas de blockchain visam acomodar bases de usuários em escala de Internet, depender exclusivamente de uma CPU de núcleo único torna-se inadequado. Portanto, a transição para uma CPU de vários núcleos com máquinas virtuais paralelizadas permite o processamento simultâneo de várias transações, aumentando assim a capacidade. No entanto, a engenharia dessa atualização apresenta inúmeros desafios, como gerenciar conflitos quando duas transações processadas simultaneamente tentam modificar o mesmo contrato inteligente. Isso requer o desenvolvimento de mecanismos inovadores.

Para contratos inteligentes não relacionados executados em paralelo, o throughput pode ser aumentado ainda mais dimensionando de acordo com o número de threads de processamento concorrentes. Além disso, o EVM Paralelo não apenas aumenta as capacidades paralelas, mas também melhora a eficiência da execução de uma única thread. Keone Hon, CEO da Monad, destacou que o principal gargalo do EVM reside nas leituras e escritas frequentes de estados. Ele enfatizou que, enquanto a execução paralela é um aspecto fundamental do roteiro, o objetivo principal da Monad é otimizar a eficiência do EVM ao máximo.

Assim, enquanto o EVM Paralelo implica inherentemente a "paralelização", ele serve principalmente como uma otimização especializada do desempenho de vários componentes do EVM. Consequentemente, seus esforços provavelmente delimitam os limites de desempenho dentro do padrão EVM.

EVM não é igual a Solidity

A escrita de contratos inteligentes é uma habilidade vital para os developers de blockchain, exigindo a capacidade de implementar lógica com base em requisitos de negócios usando Solidity ou outras linguagens de alto nível. No entanto, a Máquina Virtual Ethereum (EVM) não compreende diretamente a lógica do Solidity; requer tradução para bytecode de baixo nível para execução. Os developers de Solidity normalmente dependem de ferramentas existentes para lidar com este processo de tradução.

Esta tradução incorre em sobrecarga, mas os engenheiros familiarizados com código de baixo nível podem contorná-la codificando diretamente a lógica usando opcodes em Solidity, resultando em eficiência e poupança de gás ótimas para transações de utilizadores. Por exemplo, o protocolo Seaport da Opensea alavanca extensivamente a montagem inline em contratos inteligentes para minimizar os custos de gás para os utilizadores.

A implementação potencial do EVM Paralelo não só promete introduzir capacidades paralelas, mas também otimizar o desempenho geral da pilha EVM. Este avanço iria aliviar a necessidade de os desenvolvedores de aplicações dedicarem esforços significativos à otimização do gás, uma vez que a máquina virtual subjacente já geriria eficientemente tais diferenças.

Diferenças no Desempenho da EVM, “Padrão” Não Significa “Prática de Engenharia”

O mecanismo onde os contratos inteligentes são compilados em códigos de operação e processados é frequentemente referido como a "camada de execução" ou "máquina virtual". O bytecode estabelecido pela Máquina Virtual Ethereum (EVM) emergiu como uma norma da indústria. Quer seja nas redes de camada 2 da Ethereum ou em outras cadeias públicas independentes, a compatibilidade com o padrão EVM é muito favorecida. Os desenvolvedores beneficiam da capacidade de escrever um contrato inteligente uma vez e implementá-lo em várias redes, resultando em consideráveis poupanças de custos.

Embora a adesão ao padrão de bytecode EVM qualifique um sistema como compatível com a EVM, os métodos de implementação podem variar significativamente. Por exemplo, o cliente Ethereum Geth utiliza a linguagem Go para implementar o padrão EVM, enquanto a equipe de pesquisa da Fundação Ethereum, Ipsilon, mantém uma implementação independente da EVM desenvolvida em C++. Outros clientes Ethereum podem utilizar diretamente esta implementação como motor de execução do EVM.

Analogamente, várias indústrias aderem a padrões internacionais para seus produtos. Por exemplo, um produto deve atender a um limite especificado de contagem bacteriana antes de poder ser vendido, representando o "padrão". No entanto, fábricas individuais podem empregar métodos de esterilização diversos para atender a esse requisito, com algumas optando por abordagens mais econômicas, exemplificando a "prática".

A existência de implementações como evmone indica a viabilidade de abordagens alternativas. Consequentemente, no contexto do EVM, o padrão delimita operações fundamentais de bytecode (por exemplo, funções aritméticas básicas como adição, subtração, multiplicação), com cada bytecode produzindo saídas específicas com base em entradas definidas. Embora o cumprimento deste padrão seja essencial, as metodologias empregadas na prática podem variar amplamente, apresentando amplo espaço para personalização e otimizações de engenharia.

Semelhanças e Diferenças do EVM Paralelo

Na pista Parallel EVM, além do amplamente conhecido Monad, outros concorrentes proeminentes incluem Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC e o cliente Reth da Paradigm, que também se esforça para integrar a paralelização.

Em termos de posicionamento, Monad, Sei, Polygon e BSC são categorizados como blockchains de Camada 1, enquanto MegaETH poderia potencialmente funcionar como uma solução de Camada 2, e Neon EVM opera dentro do framework da rede Solana. Além disso, Reth se destaca como um cliente de código aberto, com o MegaETH preparado para continuar seu desenvolvimento utilizando certos aspectos da engenharia do Reth.

Naturalmente, existe concorrência entre essas equipas, e as especificações técnicas abrangentes e a documentação de engenharia ainda não foram totalmente divulgadas. Comparativos adicionais terão de aguardar revelações graduais no futuro. Esta dinâmica pode assemelhar-se a uma corrida armamentista semelhante aos desenvolvimentos vistos na Camada 2 do BTC, Restaking e na Camada 2 da Ethereum. Apesar das nuances técnicas e da natureza de código aberto desses projetos, o fator crucial está em estabelecer a distinção de cada ecossistema.

Desafios Técnicos da EVM Paralela

O gargalo nas transações executadas sequencialmente advém das operações de CPU e do processo de leitura e escrita de estados. No entanto, este método oferece simplicidade, precisão e a capacidade de executar transações passo a passo. Por outro lado, as máquinas virtuais executadas em paralelo podem encontrar conflitos de estado, necessitando de verificações adicionais antes ou depois da execução.

Considere um cenário em que uma máquina virtual suporta quatro threads para execução paralela, com cada thread capaz de processar uma transação simultaneamente. Se todas as quatro transações envolverem a mesma pool de transações na Uniswap, a computação paralela é inviável devido ao impacto potencial sobre o preço das transações da pool. No entanto, se esses threads lidarem com tarefas completamente não relacionadas, a execução paralela não representa problema.

A abordagem de potenciais conflitos pós-execução paralela requer um módulo dedicado para deteção de conflitos e reexecução se surgirem conflitos. Além disso, a triagem preventiva de transações potencialmente conflituosas pode reforçar a eficiência paralela global da máquina virtual.

Para além das implementações de engenharia específicas para o EVM Paralelo, as equipas normalmente concentram-se na reformulação e otimização do desempenho de leitura/escrita da base de dados de estado. Além disso, desenvolvem algoritmos de consenso como o MonadDb e o MonadBFT da Monad.

Desafios

Para o EVM Paralelo, surgem dois desafios potenciais: a captura de valor de engenharia a longo prazo pela Ethereum e a centralização de nós.

Atualmente, várias equipas estão nas fases de desenvolvimento e testes da tecnologia EVM Paralela, sem optarem por disponibilizar todos os detalhes de engenharia em código aberto, o que constitui um obstáculo atual. No entanto, após a sua integração na testnet e mainnet, estas especificações de engenharia tornar-se-ão públicas e poderão potencialmente ser integradas pela Ethereum ou outras blockchains públicas. Consequentemente, surge a necessidade de acelerar o desenvolvimento do ecossistema e estabelecer barreiras adicionais ao nível do ecossistema.

No entanto, este problema não representa um obstáculo intransponível. Por um lado, os desenvolvedores de criptomoedas têm agora uma gama mais ampla de licenças de código aberto para escolher (como o modelo de licenciamento da Uniswap, que permite a divulgação de código, mas restringe o 'forking' em projetos comerciais). Por outro lado, a posição do Monad difere da do Ethereum. Mesmo que o Ethereum alcance a finalidade de um único 'slot' (SSF) no futuro, a finalidade da transação permanece pelo menos 12 segundos, inadequada para casos de uso de alta frequência.

Outro desafio compartilhado entre as cadeias públicas de alto desempenho é a implantação de nós adicionais para satisfazer os pré-requisitos fundamentais de permissão e confiança do usuário: a descentralização. Pode ser possível quantificar certas métricas, como "TPS dividido pelos requisitos de hardware do nó," possibilitando uma análise comparativa para determinar qual cadeia pública/cliente oferece um TPS mais alto sob pré-requisitos de hardware específicos. Em última análise, requisitos de hardware mais baixos para nós facilitam uma maior implantação de nós.

Continuaremos a monitorizar o progresso de vários projetos associados ao EVM Paralelo e a aprofundar as suas tecnologias e discrepâncias em detalhe.

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