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

I. Ringkasan Latar Belakang

"Segitiga Ketidakmungkinan" blockchain "keamanan", "desentralisasi", dan "skala" ( mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk secara bersamaan mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi umum, pemrosesan cepat". Mengenai topik "skala" yang 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
• Isolasi Status Ekspansi: Pembagian Status Horizontal/Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi-Subnet
• Skalabilitas jenis outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Struktur decoupling ekspansi: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti modul rantai, penyusun bersama, Rollup Mesh
• Skala konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur tanpa status, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkatan seperti eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sistem skalabilitas lengkap yang "berkolaborasi secara multi-lapis dan kombinasi modul". Artikel ini berfokus pada cara skalabilitas yang mengedepankan komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai )intra-chain parallelism(, fokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi 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, dengan tingkat granularitas paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi yang 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 tingkat / Micro VM paralel ( Call-level / MicroVM ): mewakili proyek MegaETH
• Paralelisme tingkat instruksi (: Mewakili proyek GatlingX

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

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

![Peta panorama jalur komputasi paralel Web3: Solusi terbaik untuk ekspansi asli?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2340d8a61251ba55c370d74178eec53e.webp(

Dua, EVM Sistem Rantai Ditingkatkan Paralel: Melampaui Batas Kinerja dalam Kecocokan

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. 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 peningkatan paralel EVM yang mengutamakan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi sedang menjadi arah penting dalam evolusi ekspansi 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 konkruensi tinggi dan throughput tinggi, mulai 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), yang berdasarkan pada konsep paralelisme dasar ###Pipelining(, dengan eksekusi asinkron pada lapisan konsensus )Asynchronous Execution( dan eksekusi paralel optimis pada lapisan eksekusi )Optimistic Parallel Execution(. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad masing-masing 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 inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur saluran yang tiga dimensi, di mana setiap tahap berjalan di thread atau inti yang terpisah, mewujudkan pemrosesan bersamaan lintas blok dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: proposal transaksi )Propose( konsensus tercapai )Consensus( eksekusi transaksi )Execution( dan pengiriman blok )Commit(.

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Dekoupling Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok ) waktu blok ( dan latensi konfirmasi, membuat sistem lebih elastis, proses pengolahan lebih terperinci, dan utilisasi 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, langsung 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 Monad menggunakan strategi "eksekusi paralel optimis", yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan "Penghitung 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 yang kompatibel: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, mewujudkan paralelisme melalui penundaan penulisan status dan deteksi konflik secara dinamis, lebih mirip dengan Ethereum versi performa, memiliki kematangan yang baik dan mudah untuk melakukan migrasi ekosistem EVM, adalah akselerator paralel di dunia EVM.

![Peta Panorama Jalur Perhitungan Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Ekspansi Asli?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dc016502755a30d5a95a8134f7586162.webp(

) Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel MegaETH

Berbeda dengan posisi L1 Monad, MegaETH berposisi sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang modular dan kompatibel dengan EVM, dapat berfungsi sebagai blockchain publik L1 independen, serta sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum (Execution Layer) 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 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, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang ditujukan untuk "threading dalam rantai".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mini virtual machine per akun )Micro-VM(", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi satu sama lain melalui pesan asinkron )Asynchronous Messaging(, 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 berbasis pada hubungan akses status akun, sistem ini secara real-time memelihara grafik ketergantungan global )Dependency Graph(, setiap transaksi mengubah akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan dan diurutkan 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

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status satu thread 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 → proses eksekusi" dalam dimensi penuh, memberikan pendekatan baru pada 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 mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah konsep Ethereum.

![Peta panorama jalur perhitungan paralel Web3: Solusi terbaik untuk ekspansi asli?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c4a4c4309574e45f679b2585d42ea16.webp(

Monad dan MegaETH memiliki konsep desain yang sangat berbeda dari sharding ) Sharding (: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen ) sub-chain Shards (, di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single-chain dalam skala jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan ekstensi horizontal di lapisan eksekusi, mengoptimalkan eksekusi paralel ekstrem di dalam single-chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur pengembangan blockchain: penguatan vertikal dan ekstensi horizontal.

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

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asynchronous Sepanjang Siklus Hidup )Full Lifecycle Asynchronous Pipelining(: Pharos memisahkan setiap tahap transaksi ) seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan (, dan menggunakan metode pemrosesan asynchronous, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, yang meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM ): Pharos mendukung dua lingkungan virtual machine, yaitu 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. 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, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular & 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 SPNs.