Panorama de la pista de cálculo paralelo Web3: Monad y MegaETH lideran el avance del rendimiento de EVM.

Mapa panorámico del sector de computación paralela Web3: ¿la mejor solución de escalado nativa?

I. Resumen de la computación paralela en Web3

El "triángulo imposible" de la blockchain (Blockchain Trilemma) "seguridad", "descentralización", "escalabilidad" revela el compromiso esencial en el diseño de sistemas de blockchain, es decir, es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal, procesamiento rápido". En relación con el eterno tema de "escalabilidad", las soluciones de escalado de blockchain más populares en el mercado se clasifican según paradigmas, incluyendo:

  • Ejecución de escalado mejorado: Mejora de la capacidad de ejecución en el mismo lugar, como paralelización, GPU, multiprocesamiento.
  • Escalado por aislamiento de estado: división horizontal del estado / Shard, por ejemplo, fragmentación, UTXO, múltiples subredes
  • Escalado de tipo outsourcing fuera de la cadena: trasladar la ejecución fuera de la cadena, como Rollup, Coprocessor, DA
  • Escalabilidad desacoplada por estructura: modularidad de la arquitectura, funcionamiento colaborativo, por ejemplo, cadenas modulares, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
  • Escalado asíncrono y concurrente: modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, por ejemplo, agentes, cadenas asíncronas multihilo.

Las soluciones de escalado de blockchain incluyen: computación paralela en la cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, formando un sistema completo de escalado "multicapa y combinación modular". Este artículo se centra en las soluciones de escalado con computación paralela como la principal.

Cálculo paralelo dentro de la cadena (intra-chain parallelism), que se centra en la ejecución paralela de transacciones / instrucciones dentro de un bloque. Según el mecanismo de paralelismo, su forma de escalamiento se puede dividir en cinco grandes categorías, cada una de las cuales representa diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías de arquitectura, con un grado de paralelismo que se vuelve cada vez más fino, una intensidad de paralelismo cada vez mayor, así como una complejidad de programación y dificultad de implementación que también aumentan.

  • Paralelismo a nivel de cuenta (Account-level): representa el proyecto Solana
  • Paralelismo a nivel de objeto (Object-level): representa el proyecto Sui
  • Paralelismo a nivel de transacción (Transaction-level): representa los proyectos Monad, Aptos
  • Nivel de llamada / Micro VM en paralelo (Call-level / MicroVM): representa el proyecto MegaETH
  • Paralelismo a nivel de instrucción (Instruction-level): representa el proyecto GatlingX

Modelo de concurrencia asíncrono fuera de la cadena, representado por el sistema de entidades Actor (Modelo de Agente/Actor), que pertenece a otro paradigma de cálculo paralelo. Como un sistema de mensajería asíncrono/cross-chain (modelo de no sincronización de bloques), cada Agente actúa como un "proceso inteligente" que opera de forma independiente, manejando mensajes de manera asíncrona en un estilo paralelo, impulsado por eventos y sin necesidad de programación de sincronización. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.

Los conocidos Rollup o soluciones de escalado mediante fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a la computación paralela dentro de la cadena. Estas soluciones logran la escalabilidad mediante "la ejecución paralela de múltiples cadenas / dominios de ejecución", en lugar de aumentar la paralelización dentro de un solo bloque / máquina virtual. Este tipo de soluciones de escalabilidad no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así las utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en los conceptos arquitectónicos.

¿Cuál es la mejor solución de escalado nativo?

Dos, EVM cadena mejorada en paralelo: rompiendo los límites de rendimiento en la compatibilidad

La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta el día de hoy, pasando por múltiples intentos de escalado como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha tenido un avance fundamental. Sin embargo, al mismo tiempo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la base de desarrolladores y el potencial ecológico más sólidos en la actualidad. Por lo tanto, la cadena de mejora paralela de EVM se está convirtiendo en una dirección clave para el escalado, que equilibra la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución, y está emergiendo como una importante dirección para la evolución de la próxima ronda de escalado. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo arquitecturas de procesamiento paralelo de EVM orientadas a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento a partir de la ejecución diferida y la descomposición del estado.

Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad

Monad es una blockchain de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento en paralelo (Pipelining), con ejecución asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution) y ejecución concurrente optimista en la capa de ejecución (Optimistic Parallel Execution). Además, en la capa de consenso y almacenamiento, Monad introduce respectivamente un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos especializado (MonadDB), logrando una optimización de principio a fin.

Pipelining: mecanismo de ejecución paralela de múltiples etapas

Pipelining es el concepto básico de la ejecución paralela de Monads, cuya idea central es descomponer el proceso de ejecución de blockchain en múltiples etapas independientes y procesar estas etapas en paralelo, formando una arquitectura de tuberías tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando así el procesamiento concurrente entre bloques, con el objetivo final de aumentar el rendimiento y reducir la latencia. Estas etapas incluyen: Propuesta de transacción (Propose), Consenso (Consensus), Ejecución de transacción (Execution) y Compromiso de bloque (Commit).

Ejecución Asíncrona: Consenso - Desacoplamiento de Ejecución Asíncrona

En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de las transacciones suelen ser procesos sincrónicos, y este modelo secuencial limita gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra la asincronía en la capa de consenso, en la capa de ejecución y en el almacenamiento a través de la «ejecución asincrónica». Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, lo que hace que el sistema sea más resiliente, el proceso de manejo más segmentado y la utilización de recursos más alta.

Diseño central:

  • El proceso de consenso (capa de consenso) solo se encarga de ordenar las transacciones, no de ejecutar la lógica del contrato.
  • El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de forma asíncrona una vez que se completa el consenso.
  • Una vez completado el consenso, se entra inmediatamente en el proceso de consenso del siguiente bloque, sin necesidad de esperar a que se complete la ejecución.

Ejecución Paralela Optimista:乐观并行执行

Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para las transacciones, con el fin de evitar conflictos de estado. En cambio, Monad adopta una estrategia de "ejecución paralela optimista", lo que mejora significativamente la velocidad de procesamiento de transacciones.

Mecanismo de ejecución:

  • Monad ejecutará en paralelo todas las transacciones de manera optimista, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado.
  • Ejecutar simultáneamente un "Detector de Conflictos (Conflict Detector))" para monitorear si las transacciones acceden al mismo estado (como conflictos de lectura/escritura).
  • Si se detecta un conflicto, se serializarán y reejecutarán las transacciones en conflicto para garantizar la corrección del estado.

Monad eligió un camino compatible: altera lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización durante el proceso de ejecución mediante la escritura diferida de estados y la detección dinámica de conflictos, asemejándose más a una versión de alto rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema EVM, siendo un acelerador de paralelización en el mundo de EVM.

Mapa panorámico de la pista de cálculo paralelo de Web3: ¿la mejor solución para la expansión nativa?

Análisis del mecanismo de computación en paralelo de MegaETH

A diferencia de la ubicación L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente, como una capa de mejora de ejecución en Ethereum o un componente modular. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas que se pueden programar de manera independiente, para lograr una ejecución de alta concurrencia dentro de la cadena y una capacidad de respuesta de baja latencia. La innovación clave propuesta por MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + el DAG de dependencia de estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y el mecanismo de sincronización modular, que en conjunto construyen un sistema de ejecución paralela orientado a "hilos dentro de la cadena".

Arquitectura de Micro-VM (micro máquina virtual): la cuenta es un hilo

MegaETH introduce el modelo de ejecución de "una micro máquina virtual (Micro-VM) por cuenta", que "hilo" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad de aislamiento mínima para la planificación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos (Asynchronous Messaging), en lugar de llamadas sincrónicas, lo que permite que muchas VM se ejecuten de forma independiente y almacenen de manera independiente, siendo naturalmente paralelas.

DAG de Dependencia de Estado: mecanismo de programación impulsado por gráficos de dependencia

MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en relaciones de acceso al estado de cuentas, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias global (Dependency Graph). Cada transacción que modifica qué cuentas y lee qué cuentas se modela completamente como una relación de dependencia. Las transacciones sin conflictos pueden ejecutarse directamente en paralelo, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán en orden topológico o se retrasarán para su ordenación. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.

Ejecución asíncrona y mecanismo de callback

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En resumen, MegaETH rompe con el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo EVM, implementando el encapsulamiento de micromáquinas virtuales a nivel de cuentas, programando transacciones mediante un gráfico de dependencias de estado y utilizando un mecanismo de mensajes asíncronos en lugar de una pila de llamadas sincrónicas. Es una plataforma de computación paralela rediseñada en todos los niveles desde "estructura de cuentas → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona un nuevo enfoque paradigmático para construir sistemas en cadena de alto rendimiento de próxima generación.

MegaETH ha elegido un camino de reconstrucción: abstraer completamente las cuentas y contratos en una VM independiente, liberando un potencial de paralelismo extremo a través de la programación de ejecución asíncrona. Teóricamente, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil de controlar en términos de complejidad, asemejándose más a un sistema operativo superdistribuido bajo la filosofía de Ethereum.

Mapa panorámico del campo de computación paralela Web3: ¿la mejor solución de escalado nativo?

Monad y MegaETH tienen conceptos de diseño bastante diferentes a los de sharding: el sharding divide la blockchain en múltiples subcadenas independientes (shards), donde cada subcadena es responsable de parte de las transacciones y estados, rompiendo las limitaciones de una sola cadena para la expansión en la capa de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, expandiéndose horizontalmente solo en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para superar el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de expansión de la blockchain: refuerzo vertical y expansión horizontal.

Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del rendimiento, con el objetivo central de aumentar el TPS en la cadena, logrando procesamiento paralelo a nivel de transacción o de cuenta a través de la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micro máquina virtual (Micro-VM). Pharos Network, como una red de blockchain L1 modular y de pila completa, tiene un mecanismo de computación paralela central llamado "Rollup Mesh". Esta arquitectura, a través del trabajo conjunto entre la red principal y las redes de procesamiento especial (SPNs), soporta un entorno de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm) e integra tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución confiables (TEE).

Análisis del mecanismo de cálculo paralelo Rollup Mesh:

  1. Procesamiento de tuberías asíncronas de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diferentes etapas de una transacción (como consenso, ejecución, almacenamiento) y adopta un enfoque de procesamiento asíncrono, lo que permite que cada etapa se realice de manera independiente y en paralelo, mejorando así la eficiencia general del procesamiento.
  2. Ejecución Paralela de Doble Máquina Virtual (Dual VM Parallel Execution): Pharos soporta dos entornos de máquina virtual, EVM y WASM, permitiendo a los desarrolladores elegir el entorno de ejecución adecuado según sus necesidades. Esta arquitectura de doble VM no solo mejora la flexibilidad del sistema, sino que también aumenta la capacidad de procesamiento de transacciones a través de la ejecución paralela.
  3. Redes de Procesamiento Especial (SPNs): Los SPNs son componentes clave en la arquitectura Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar tipos particulares de tareas o aplicaciones. A través de los SPNs, Pharos puede lograr la asignación dinámica de recursos y el procesamiento paralelo de tareas, lo que mejora aún más la escalabilidad y el rendimiento del sistema.
  4. Consenso Modular y Mecanismo de Reapuesta (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que admite múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), y a través del protocolo de reapuesta (
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TestnetNomadvip
· 08-18 04:03
La expansión realmente no es mejor que simplemente comprar tarjetas de minería para obtener potencia computacional paralela.
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MemecoinResearchervip
· 08-16 14:30
la verdad es que la paralelización no solucionará el problema principal... pero bueno, el número sube cuando decimos "escalado de GPU" lmao
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MetaNomadvip
· 08-16 14:24
Esta expansión nunca resolverá el problema~
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OnchainDetectiveBingvip
· 08-16 14:17
Este monad juega bastante bien
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consensus_failurevip
· 08-16 14:06
Solo se trata de recaudar dinero con una fachada de paralelismo.
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