Панорама параллельных вычислений Web3: прорывы производительности в пяти парадигмах масштабирования

Пейзаж параллельных вычислений Web3: лучшее решение для нативного масштабирования?

Один. Обзор фона

"Невозможный треугольник" блокчейна ( "безопасность", "децентрализация", "масштабируемость" ) раскрывает основные компромиссы в проектировании блокчейн-систем, а именно, что блокчейн-проекты трудно одновременно реализовать "максимальную безопасность, участие всех и быструю обработку". По поводу "масштабируемости" этой вечной темы, современные основные решения по расширению блокчейна на рынке классифицируются по парадигмам, включая:

  • Выполнение улучшенного масштабирования: повышение мощности выполнения на месте, например, параллельно, с использованием GPU, многопоточности
  • Изоляция состояния масштабирования: горизонтальное разбиение состояния/Shard, например, фрагментация, UTXO, многоподсеть
  • Внешняя расширяемость типа аутсорсинга: выполнение выполняется вне цепи, например Rollup, Копрцессор, DA
  • Декуплированное расширение структуры: модульная архитектура, совместная работа, например, модульная цепь, общий сортер, Rollup Mesh
  • Асинхронное конкурентное расширение: Модель актора, изоляция процессов, основанная на сообщениях, например, агенты, многопоточные асинхронные цепочки

Решения по масштабированию блокчейна включают: параллельные вычисления внутри цепи, Rollup, шардирование, DA модули, модульную структуру, систему актеров, сжатие zk-доказательств, безстатусную архитектуру и др., охватывающие несколько уровней исполнения, состояния, данных и структуры, представляя собой полную систему масштабирования «многослойного сотрудничества и модульной комбинации». В данной статье особое внимание уделяется параллельным вычислениям как основному способу масштабирования.

Внутреннее параллельное вычисление (intra-chain parallelism), сосредоточенное на параллельном выполнении транзакций/инструкций внутри блока. В зависимости от параллельного механизма, способы масштабирования можно разделить на пять основных категорий, каждая из которых представляет собой разные цели производительности, модели разработки и архитектурную философию, при этом степень параллелизма становится все более тонкой, интенсивность параллелизма увеличивается, сложность планирования также возрастает, а программная сложность и сложность реализации становятся все выше.

  • Уровень аккаунта (Account-level): представляет проект Solana
  • Объектный уровень ( Object-level ): представляет проект Sui
  • Уровень транзакций (Transaction-level): представляет проект Monad, Aptos
  • Вызов уровня / Микро VM параллель(Call-level / MicroVM): представляет проект MegaETH
  • Инструкционное параллелизм ( Instruction-level ): представляет проект GatlingX

Внецепочечные асинхронные модели параллелизма, представленные системой умных агентов Actor (Agent / Actor Model), относятся к другому парадигме параллельных вычислений. В качестве кросс-цепочечных/асинхронных систем сообщений ( неконсенсусная модель блокчейна), каждый агент функционирует как независимый "умный процесс", выполняя асинхронные сообщения и события в параллельном режиме, без необходимости синхронного планирования. Примеры проектов включают AO, ICP, Cartesi и другие.

А известные нам решения по расширению Rollup или шардирования относятся к системным механизмам параллелизма и не являются параллельными вычислениями внутри цепочки. Они достигают масштабируемости за счет "параллельного выполнения нескольких цепочек/исполнительных областей", а не за счет повышения параллелизма внутри одного блока/виртуальной машины. Такие решения по расширению не являются основным объектом обсуждения в данной статье, но мы все равно будем использовать их для сопоставления различий в архитектурных концепциях.

Веб3 параллельные вычисления: лучший вариант для нативного расширения?

II. EVM-системы и параллельные улучшенные цепи: прорыв в производительности в рамках совместимости

Архитектура последовательной обработки Ethereum развивалась до сегодняшнего дня, пройдя через несколько этапов расширения, таких как шардирование, Rollup и модульная архитектура, однако узкое место пропускной способности исполнительного слоя по-прежнему не было принципиально преодолено. Тем временем EVM и Solidity по-прежнему являются наиболее основными платформами смарт-контрактов с точки зрения разработчиков и экосистемного потенциала. Таким образом, параллельная цепь EVM, которая сочетает в себе совместимость экосистемы и повышение производительности исполнения, становится ключевым направлением нового этапа расширения. Monad и MegaETH являются наиболее показательными проектами в этом направлении, которые, начиная с задержки выполнения и разложения состояния, строят архитектуру параллельной обработки EVM, нацеленную на высокую конкурентную способность и высокую пропускную способность.

Анализ механизма параллельных вычислений Monad

Monad - это высокопроизводительная Layer1 блокчейн, заново разработанная для виртуальной машины Ethereum (EVM), основанная на основной параллельной концепции потоковой обработки (Pipelining), которая выполняет асинхронное выполнение на уровне консенсуса (Asynchronous Execution) и оптимистичное параллельное выполнение на уровне исполнения (Optimistic Parallel Execution). Кроме того, на уровнях консенсуса и хранения Monad вводит высокопроизводительный BFT протокол (MonadBFT) и специализированную базу данных (MonadDB) для реализации оптимизации от конца до конца.

Конвейеризация: Механизм параллельного выполнения с многоступенчатым конвейером

Пайплайнинг является основной концепцией параллельного выполнения монад, его суть заключается в том, чтобы разбить процесс выполнения блокчейна на несколько независимых этапов и обрабатывать эти этапы параллельно, формируя трехмерную архитектуру конвейера, где каждый этап работает на независимых потоках или ядрах, достигая межблочной параллельной обработки и в конечном итоге повышая пропускную способность и снижая задержку. Эти этапы включают: предложение транзакции (Propose) достижение консенсуса (Consensus) выполнение транзакции (Execution) и подтверждение блока (Commit).

Асинхронное выполнение: Консенсус - Асинхронная декомпозиция выполнения

В традиционных цепочках консенсус и выполнение транзакций обычно происходят в синхронном процессе, и эта последовательная модель серьезно ограничивает расширяемость производительности. Monad реализовал асинхронный консенсусный уровень, асинхронный уровень выполнения и асинхронное хранилище через "асинхронное выполнение". Это значительно снижает время блока (block time) и задержку подтверждения, делая систему более устойчивой, процессы обработки более детализированными и более эффективным использованием ресурсов.

Основной дизайн:

  • Процесс консенсуса ( уровень консенсуса ) отвечает только за сортировку транзакций и не выполняет логику контрактов.
  • Процесс выполнения ( уровень выполнения ) асинхронно запускается после завершения консенсуса.
  • После завершения консенсуса сразу переходите к процессу консенсуса следующего блока, не дожидаясь завершения выполнения.

Оптимистичное параллельное выполнение:乐观并行执行

Традиционный Ethereum использует строгую последовательную модель для выполнения транзакций, чтобы избежать конфликтов состояния. В то время как Monad использует стратегию "оптимистичного параллельного выполнения", что значительно увеличивает скорость обработки транзакций.

Исполнительный механизм:

  • Monad будет оптимистично выполнять все транзакции параллельно, предполагая, что большинство транзакций не имеют конфликтов по состоянию.
  • Одновременно запустите "Конфликтный детектор(Conflict Detector)", чтобы отслеживать, обращались ли транзакции к одному и тому же состоянию(, например, к конфликтам чтения/записи).
  • Если обнаружен конфликт, конфликтные транзакции будут сериализованы и выполнены повторно, чтобы обеспечить правильность состояния.

Monad выбрал совместимый путь: максимально минимальные изменения в правилах EVM, реализуя параллелизм в процессе выполнения за счет отложенной записи состояния и динамического обнаружения конфликтов, больше похожий на производительную версию Ethereum, с хорошей зрелостью, что облегчает миграцию экосистемы EVM, является параллельным ускорителем мира EVM.

Web3 параллельные вычисления: лучший вариант нативного масштабирования?

Анализ параллельного вычислительного механизма MegaETH

В отличие от L1, позиционируемой как Monad, MegaETH позиционируется как модульный высокопроизводительный параллельный слой выполнения, совместимый с EVM, который может использоваться как независимая L1 публичная цепочка или как слой улучшения выполнения на Ethereum ( Execution Layer ) или модульный компонент. Основная цель проектирования заключается в раздельной деконструкции логики учетной записи, среды выполнения и состояния в минимальные единицы, которые могут быть независимо запланированы, чтобы достичь высокой конкурентной обработки и низкой задержки отклика в цепочке. Ключевое новшество, предложенное MegaETH, заключается в: архитектуре Micro-VM + направленном ациклическом графе зависимостей состояния ( и модульном механизме синхронизации, которые вместе создают параллельную систему выполнения, ориентированную на "потоковую обработку в цепочке".

Micro-VM)微虚拟机( архитектура: аккаунт как поток

MegaETH вводит модель исполнения "микровиртуальная машина для каждого аккаунта )Micro-VM(", которая "потокизирует" исполняющую среду, обеспечивая минимальную единицу изоляции для параллельного планирования. Эти ВМ общаются друг с другом через асинхронные сообщения )Asynchronous Messaging(, а не синхронные вызовы, что позволяет множеству ВМ выполнять задачи независимо и хранить данные отдельно, обеспечивая естественную параллельность.

Зависимость состояния DAG: механизм планирования на основе зависимостей

MegaETH построила систему планирования DAG, основанную на доступе к состоянию аккаунтов. Система в реальном времени поддерживает глобальный граф зависимостей ) Dependency Graph (, каждую транзакцию моделируя как зависимость, которая изменяет какие аккаунты и читает какие аккаунты. Транзакции без конфликтов могут выполняться параллельно, в то время как транзакции с зависимостями будут планироваться в порядке топологической сортировки или откладываться. Граф зависимостей обеспечивает согласованность состояния и отсутствие повторных записей в процессе параллельного выполнения.

Асинхронное выполнение и механизм обратного вызова

MegaETH построен на основе парадигмы асинхронного программирования, аналогичной асинхронному обмену сообщениями в модели акторов, которая решает проблему традиционных последовательных вызовов EVM. Вызовы контрактов являются асинхронными ) нерекурсивными ( выполнения, и когда вызывается контракт A -> B -> C, каждый вызов является асинхронным без блокировки ожидания; Стек вызовов разворачивается в асинхронный граф вызовов )Call Graph(; Обработка транзакций = обход асинхронного графа + разрешение зависимостей + параллельное планирование.

В итоге, MegaETH разрывает традиционную модель однопоточной машины состояния EVM, реализуя упаковку микро-виртуальных машин на уровне аккаунтов, осуществляя планирование транзакций через граф зависимостей состояния и заменяя синхронный стек вызовов асинхронным механизмом сообщений. Это параллельная вычислительная платформа, которая была полностью переработана по维度 "структура аккаунта → архитектура планирования → процесс выполнения", предоставляя парадигмально новый подход к созданию систем следующего поколения с высокой производительностью на цепочке.

MegaETH выбрал путь реконструкции: полностью абстрагировать счета и контракты в независимую VM, используя асинхронное выполнение для высвобождения крайнего параллельного потенциала. Теоретически, параллельный лимит MegaETH выше, но также сложнее контролировать сложность, больше напоминает суперраспределенную операционную систему под идеей Ethereum.

![Веб3 Параллельные вычисления: Лучшее решение для нативного масштабирования?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c4a4c4309574e45f679b2585d42ea16.webp(

Дизайнерские концепции Monad и MegaETH значительно отличаются от шардирования )Sharding(: шардирование делит блокчейн на несколько независимых дочерних цепей )шардов Shards(, каждая из которых отвечает за часть транзакций и состояния, преодолевая ограничения единой цепи для горизонтального масштабирования на уровне сети; в то время как Monad и MegaETH сохраняют целостность единой цепи, лишь горизонтально расширяясь на уровне исполнения, достигая предельной параллельной оптимизации выполнения внутри единой цепи для повышения производительности. Оба представляют собой два направления в пути масштабирования блокчейна: вертикальное усиление и горизонтальное расширение.

Проекты параллельных вычислений, такие как Monad и MegaETH, сосредоточены на оптимизации пропускной способности, с основной целью повышения TPS в цепочке. Они достигают параллельной обработки на уровне транзакций или аккаунтов через отложенное выполнение )Deferred Execution( и архитектуру микро-виртуальной машины )Micro-VM(. Pharos Network, являясь модульной, полнофункциональной параллельной L1 блокчейн-сетью, имеет основную параллельную вычислительную механику, называемую "Rollup Mesh". Эта архитектура поддерживает многовиртуальную среду )EVM и Wasm( через совместную работу основной сети и специальной сети обработки )SPNs( и интегрирует такие передовые технологии, как доказательства с нулевым разглашением )ZK( и доверенная среда выполнения )TEE(.

Анализ механизма параллельных вычислений Rollup Mesh:

  1. Полный жизненный цикл асинхронной конвейерной обработки )Full Lifecycle Asynchronous Pipelining(: Pharos разъединяет различные этапы транзакции ), такие как консенсус, выполнение, хранение (, и использует асинхронный способ обработки, что позволяет каждому этапу работать независимо и параллельно, тем самым повышая общую эффективность обработки.
  2. Двойное параллельное выполнение виртуальных машин )Dual VM Parallel Execution(: Pharos поддерживает две среды виртуальных машин, EVM и WASM, позволяя разработчикам выбирать подходящую среду выполнения в зависимости от их потребностей. Эта архитектура с двумя виртуальными машинами не только повышает гибкость системы, но и улучшает способность обработки транзакций за счет параллельного выполнения.
  3. Специальная обработка сети ) SPNs (: SPNs являются ключевыми компонентами архитектуры Pharos, подобно модульным подсетям, специально предназначенным для обработки определенных типов задач или приложений. С помощью SPNs Pharos может осуществлять динамическое распределение ресурсов и параллельную обработку задач, что дополнительно повышает масштабируемость и производительность системы.
  4. Модульный консенсус и механизм повторной стейкинга ) Modular Consensus & Restaking (: Pharos вводит гибкий механизм консенсуса, поддерживающий множество моделей консенсуса ), таких как PBFT, PoS, PoA (, и реализует безопасное совместное использование и интеграцию ресурсов между основной сетью и SPNs через протокол повторной стейкинга ) Restaking (.
Посмотреть Оригинал
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
  • Награда
  • 8
  • Репост
  • Поделиться
комментарий
0/400
LayerHoppervip
· 08-14 18:01
Перекрестные аналитики, которые бегают по каждому L2, оптимисты, обожающие вычислительную мощность.

Пожалуйста, напишите комментарий на китайском, используя вышеуказанный стиль счета.
Посмотреть ОригиналОтветить0
PanicSeller69vip
· 08-14 00:41
Хе-хе, жертвуем децентрализацией ради увеличения TPS?
Посмотреть ОригиналОтветить0
SeeYouInFourYearsvip
· 08-13 17:12
Слой 1 снова начал развиваться.
Посмотреть ОригиналОтветить0
ChainComedianvip
· 08-12 17:17
Параллельная вселенная так сложна, что лучше просто взять видеокарту и прокачать TPS.
Посмотреть ОригиналОтветить0
SchroedingerGasvip
· 08-12 17:03
Я понимаю логику L2, но газовые сборы все равно высокие.
Посмотреть ОригиналОтветить0
OnchainArchaeologistvip
· 08-12 16:57
Снова занимаешься параллельным майнингом? Лучше купи карту N для майнинга.
Посмотреть ОригиналОтветить0
AirdropCollectorvip
· 08-12 16:55
Шардинг уже развалился, а рост всё равно не происходит.
Посмотреть ОригиналОтветить0
BTCBeliefStationvip
· 08-12 16:50
А? Rollup собирается жестко противостоять L1?
Посмотреть ОригиналОтветить0
  • Закрепить