Peta Panorama Jalur Perhitungan Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Perluasan Asli?

I. Ringkasan Perhitungan Paralel Web3

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) "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. Mengenai topik "skalabilitas" yang abadi, solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar saat ini dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi Status Ekspansi: Pemecahan Status Secara Horizontal / Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi-SN
• Skala tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe decoupling struktur: 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 multi-thread

Solusi perolehan kapasitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemecahan, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Tanpa Negara, dan lainnya, yang mencakup beberapa lapisan eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan suatu "sistem perluasan yang lengkap dengan kolaborasi multi-lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini menekankan cara perluasan yang berfokus pada komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi / instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara penskalaan 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 yang semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi yang juga semakin tinggi.

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

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem kecerdasan Aktor (Model Agen / Aktor), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel. Sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model non-sinkron blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses kecerdasan" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron. Proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lainnya.

Dan solusi skala seperti Rollup atau sharding yang kita kenal baik, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skala dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel" alih-alih meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skala semacam itu bukanlah fokus pembahasan dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan dalam konsep arsitektur.

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

Sejak perkembangan arsitektur pemrosesan serial Ethereum, telah melalui beberapa putaran upaya perluasan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi masih belum ada terobosan fundamental dalam hambatan throughput di lapisan eksekusi. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai penguatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi perluasan 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 permintaan tinggi dan throughput tinggi, berdasarkan eksekusi tertunda dan dekomposisi status.

Analisis mekanisme perhitungan paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan ide dasar pemrosesan pipelining (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 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 dari eksekusi paralel Monad, di mana inti ide adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipeline yang tiga dimensi, dengan setiap tahap berjalan pada thread atau inti yang independen untuk mencapai pemrosesan paralel antar blok, akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (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". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih elastis, proses 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：乐观并行执行

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 pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan "Conflict Detector (Conflict Detector))" secara bersamaan 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, dalam proses eksekusi dengan menunda penulisan status, mendeteksi konflik secara dinamis untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kematangan yang baik memungkinkan migrasi ekosistem EVM dengan mudah, adalah akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel MegaETH

Berbeda dengan posisi L1 dari Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi modular berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi baik sebagai rantai publik L1 independen maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum 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 dengan tingkat konversi tinggi dan kemampuan respons latensi rendah. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang diarahkan pada "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM (mikro mesin virtual): Akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro-vm per akun" yang mengubah lingkungan eksekusi menjadi "threaded", menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi satu sama lain melalui pesan asinkron, bukan panggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen dan menyimpan secara independen, secara alami paralel.

State Dependency DAG: Mekanisme penjadwalan yang didorong oleh grafik ketergantungan

MegaETH membangun sistem penjadwalan DAG yang berdasarkan 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 sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat langsung dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi asinkron dan mekanisme callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas tradisional dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm berdasarkan akun, menjadwalkan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan mengganti tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" di seluruh dimensi, memberikan pemikiran baru yang setara dengan paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM independen, dengan penjadwalan eksekusi asinkron untuk melepaskan potensi paralel yang ekstrem. Secara teoritis, batas paralel MegaETH lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah ide Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dari 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 memperluas lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, dengan optimasi eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah penguatan vertikal dan ekspansi horizontal dalam jalur perluasan blockchain.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama untuk meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel 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-VM (EVM dan Wasm) melalui kolaborasi antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi terpercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan 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, yang meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, 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. Jaringan Pemrosesan Khusus (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 (