دراسة عميقة في الحوسبة المتوازية Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي

1. المقدمة: التوسع هو موضوع دائم، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية

منذ ولادة نظام blockchain، كان يواجه هذه المشكلة الأساسية المتمثلة في التوسع. قدرة معالجة المعاملات في Bitcoin و Ethereum محدودة، ولا يمكنها تلبية احتياجات التطبيقات الكبيرة. هذه ليست مجرد مسألة زيادة العتاد، بل هي قيود نظامية في تصميم البلوكشين الأساسي.

على مدى السنوات العشر الماضية، جربت الصناعة مجموعة متنوعة من حلول التوسع، من صراع توسيع بيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup. يعد Rollup كحل رئيسي حالي، حيث يزيد من TPS مع الحفاظ على أمان السلسلة الرئيسية. لكنه لم يصل بعد إلى الحدود الحقيقية لأداء blockchain، خاصة أن الطبقة التنفيذية لا تزال مقيدة بنمط الحساب التسلسلي.

لذلك، بدأ الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تدخل مجال الصناعة. تحاول تطوير blockchain من وضع الخيط الواحد إلى نظام حسابي عالي التزامن مع الحفاظ على الذرية في السلسلة الواحدة. هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى زيادة القدرة على المعالجة بمئات الأضعاف، بل قد يصبح أيضًا مفتاحًا لظهور تطبيقات العقود الذكية.

في الواقع، تم اعتماد نماذج تحسين مثل البرمجة المتوازية على نطاق واسع في Web2. بينما لم تستفد blockchain كنظام حسابي أكثر بدائية بعد من هذه الأفكار المتوازية بشكل كامل. وهذا يعتبر محدودية، وكذلك فرصة. المشاريع من الجيل الجديد تستكشف كيف يمكن رفع التوازي داخل السلسلة إلى آليات أعمق، مما يظهر ميزات تقترب أكثر من أنظمة التشغيل الحديثة.

يمكن القول إن الحوسبة المتوازية ليست فقط تحسينًا للأداء، بل هي أيضًا نقطة تحول في نموذج تنفيذ البلوكشين. إنها تعيد تعريف المنطق الأساسي لمعالجة المعاملات، مما يوفر دعمًا مستدامًا للبنية التحتية لتطبيقات الويب 3 الأصلية في المستقبل.

بعد تقارب Rollup ، أصبحت المعالجة المتوازية داخل السلسلة هي المتغير الرئيسي في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. هذه ليست مجرد مسابقة تقنية ، بل هي صراع على النماذج. من المحتمل أن تولد المنصة التنفيذية السيادية من الجيل التالي في عالم Web3 من هذه المعركة.

٢. صورة شاملة لنمط التوسع: خمس فئات من المسارات، كل منها له تركيزه الخاص

تعتبر التوسعة كأحد أهم الموضوعات في تطور تقنية سلسلة الكتل العامة، وقد أدت إلى ظهور جميع مسارات التقنية الرئيسية تقريبًا في العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية من صراع حجم الكتلة في بيتكوين، وفي النهاية تفرعت إلى خمس مسارات أساسية، حيث يتمتع كل مسار بفلسفته التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ومجالات التطبيق المناسبة.

الفئة الأولى هي التوسع المباشر على السلسلة، مثل زيادة حجم الكتل، وتقليل وقت إنشاء الكتل، وما إلى ذلك. هذه الطريقة تحتفظ ببساطة توافق السلسلة الواحدة، ولكنها عرضة لمخاطر المركزية وحدود النظام الأخرى، ولم تعد الحلول الأساسية السائدة حالياً.

النوع الثاني هو توسيع السلسلة خارج السلسلة، مثل قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. هذه المسارات تنقل معظم أنشطة المعاملات إلى خارج السلسلة، وتكتب فقط النتائج النهائية في السلسلة الرئيسية. على الرغم من أنه theoretically يمكن توسيع السعة إلى ما لا نهاية، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات خارج السلسلة وغيرها من المشاكل تحد من تطبيقها.

النوع الثالث هو مسار Layer2 Rollup الأكثر انتشارًا حاليًا. يتم تحقيق التوسع من خلال تنفيذ خارج السلسلة والتحقق على السلسلة. يتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا كل منهما، ولكن أيضًا يكشفان عن الاعتماد المفرط على توفر البيانات كعائق في المدى المتوسط.

النوع الرابع هو هيكل blockchain المعياري الذي نشأ في السنوات الأخيرة. يقوم بفصل الوظائف الأساسية لـ blockchain، حيث يتم تنفيذ وظائف مختلفة بواسطة عدة سلاسل متخصصة. هذا الاتجاه يتمتع بمرونة عالية، ولكن يتطلب متطلبات أمان عالية جداً عبر السلاسل، مما يجعل عتبة التطوير أعلى بكثير من تصميم السلاسل التقليدية.

الفئة الخامسة هي مسار تحسين الحوسبة الموازية داخل السلسلة الذي يتم تحليله في هذه المقالة. يؤكد على تغيير هيكل محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة، لتحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية. تكمن ميزة هذا الاتجاه في أنه يمكنه تجاوز الحدود القصوى للأداء دون الاعتماد على بنية متعددة السلاسل، بينما يوفر في الوقت نفسه مرونة حسابية كافية للعقود الذكية المعقدة.

تشكل هذه الفئات الخمس من المسارات التوازن النظامي بين الأداء، القابلية للتجميع، الأمان وتعقيد التطوير في البلوكشين. لا يمكن لكل مسار حل جميع المشاكل، لكنهم معًا يشكلون الصورة الكاملة لترقية نموذج حساب Web3.

تمامًا كما انتقلت الحواسيب تاريخيًا من النواة الواحدة إلى النوى المتعددة، فإن طريق توسيع Web3 سيتجه أيضًا في النهاية نحو عصر التنفيذ المتوازي العالي. في هذا العصر، لم تعد الأداء مجرد سباق لسرعة السلسلة، بل هو تجسيد شامل لفلسفة التصميم الأساسية وقوة التحكم النظامية. وقد تكون المعالجة المتوازية داخل السلسلة هي ساحة المعركة النهائية في هذه الحرب الطويلة.

ثلاثة، خريطة تصنيف الحوسبة المتوازية: من الحسابات إلى الأوامر خمسة مسارات

من نموذج التنفيذ، يمكن تقسيم تقنيات الحساب المتوازي إلى خمسة مسارات: التوازي على مستوى الحساب، التوازي على مستوى الكائن، التوازي على مستوى المعاملات، التوازي على مستوى الآلة الافتراضية، والتوازي على مستوى التعليمات. هذه الفئات الخمسة تتراوح من الحبيبات الخشنة إلى الحبيبات الدقيقة، وهي ليست فقط عملية مستمرة لتفصيل المنطق المتوازي، بل أيضًا مسار يتصاعد فيه تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.

تمثيل التوازي على مستوى الحسابات بواسطة Solana، يعتمد على تصميم فك ارتباط الحسابات - الحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المعنية في الصفقة لتحديد علاقات التعارض. مناسب لمعالجة المعاملات ذات الهيكل الواضح، ولكن قد تنخفض درجة التوازي عند مواجهة عقود ذكية معقدة.

أدخل التوازي على مستوى الكائنات تجريد المعاني للموارد والوحدات، حيث يتم الجدولة على أساس "كائن الحالة" بدقة أكبر. Aptos و Sui هما مستكشفان في هذا الاتجاه، خاصةً أن Sui من خلال لغة Move تحدد ملكية الموارد في وقت التجميع، مما يحقق تحكمًا دقيقًا في تضارب الوصول إلى الموارد.

التوازي على مستوى المعاملات ممثلاً بـ Monad و Sei و Fuel، يبني رسم بياني للاعتمادية حول المعاملات التجارية بأكملها لإجراء تنفيذ متسلسل متزامن. يتيح هذا التصميم للنظام استغلال التوازي إلى أقصى حد دون معرفة كاملة بهيكل الحالة الأساسية.

البرمجة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية تدمج القدرة على التنفيذ المتزامن في منطق جدولة التعليمات في النواة. MegaETH ك"تجربة آلة افتراضية خارقة" في نظام إيثريوم البيئي، تحاول من خلال إعادة تصميم EVM دعم التنفيذ المتزامن المتعدد للشفرة الذكية.

التوازي على مستوى التعليمات هو أدق مسار، وهو ناتج عن التنفيذ غير المتسلسل لوحدات المعالجة المركزية الحديثة وتصميم خطوط أنابيب التعليمات. أدخل فريق Fuel نموذج تنفيذ قابل لإعادة ترتيب التعليمات في FuelVM بشكل أولي، وقد يدفع ذلك في المستقبل تصميم blockchain والتعاون مع الأجهزة إلى آفاق جديدة.

تشكل هذه المسارات الخمسة طيف تطور الحوسبة المتوازية داخل السلسلة، مما يدل على تحول نموذج الحوسبة في blockchain من دفتر الأستاذ التقليدي ذو التوافق التسلسلي الكامل إلى بيئة تنفيذ موزعة عالية الأداء. ستحدد خيارات المسارات المتوازية لسلاسل الكتل المختلفة الحد الأقصى القابل للتحمل لنظام التطبيقات المستقبلية والميزة التنافسية الأساسية لها.

أربعة، تحليل عميق للمسارين الرئيسيين: Monad مقابل MegaETH

التركيز الحالي في السوق ينصب على خطتي التقنية الرئيسيتين الأكثر شيوعًا، وهما "بناء سلسلة حسابات متوازية من الصفر" التي تمثلها Monad، و"ثورة التوازي داخل EVM" التي تمثلها MegaETH. يمثل الاثنان "الإعادة الهيكلية" و"التوافقية" في سباق نماذج التوازي.

موناد تعتمد على نهج إعادة البناء الجذري، مستلهمة من قواعد البيانات الحديثة وأنظمة المعالجة المتعددة النواة عالية الأداء لإعادة تعريف محرك تنفيذ البلوكشين. تشمل تقنيتها الأساسية التحكم في التزامن المتفائل، جدولة معاملات DAG، والتنفيذ غير المتسلسل، وتهدف إلى رفع أداء السلسلة إلى مستوى مليون TPS. تدعم موناد توافق Solidity من خلال طبقة اللغة الوسيطة، وتتبع استراتيجية "توافق سطحي، إعادة بناء أساسية".

اختارت MegaETH الانطلاق من عالم الإيثريوم الحالي، وزرع قدرات الحوسبة المتوازية في محرك تنفيذ EVM. لا تغير من مواصفات EVM، بل تعيد بناء نموذج تنفيذ التعليمات، وتدخل آليات مثل العزل على مستوى الخيوط، والتنفيذ غير المتزامن على مستوى العقود. يعد هذا المسار "الثوري المحافظ" جذابًا للغاية لنظام إيثريوم L2 البيئي، حيث يوفر طريقًا مثاليًا لترقية الأداء دون الحاجة إلى ترحيل القواعد.

Monad أكثر ملاءمة لبناء أنظمة جديدة من الصفر، ومشاريع تسعى لتحقيق أقصى سعة معالجة؛ بينما MegaETH أكثر ملاءمة لمشاريع L2 وDeFi التي تأمل في تحقيق ترقية في الأداء من خلال تغييرات تطويرية طفيفة. قد تلتقي الطريقتان في المستقبل في بنية سلسلة الكتل المودولية، لتشكلا جناحي محرك التنفيذ الموزع عالي الأداء في Web3.

خمسة، الفرص والتحديات المستقبلية للحوسبة المتوازية

الحوسبة المتوازية تنتقل من التصميم الورقي إلى التنفيذ على السلسلة، مما يحرر إمكانات هائلة. إنها لا تعزز أداء النظام فحسب، بل تخلق أيضًا نماذج جديدة للتطوير والأعمال.

من منظور الفرص، فإن "إلغاء سقف التطبيقات" هو الأمر الأول. سيساعد الحوسبة المتوازية في دعم التفاعل عالي التردد الحقيقي على السلسلة، مثل الألعاب السلسلية التي تحتوي على منطق قتال في الوقت الحقيقي ووكيل الذكاء الاصطناعي المستقل على السلسلة. ثانيًا، ستُعيد سلسلة أدوات المطورين وطبقة التجريد للآلة الافتراضية تشكيلها بفضل التوازي، مما يولد جيلًا جديدًا من البنية التحتية. في الوقت نفسه، توفر البلوكشين المعيارية مسارًا للإنشاء للحوسبة المتوازية، مما يمكن أن يشكل بنية متكاملة عالية الأداء من البيانات الأساسية إلى منطق التنفيذ.

ومع ذلك، تواجه الحوسبة الموازية العديد من التحديات. على المستوى التكنولوجي، يجب معالجة مشكلات ضمان اتساق الحالة المتزامنة، ومعالجة تعارض المعاملات، وغيرها. أما على المستوى البيئي، فتتعلق بقضايا ناعمة مثل رغبة المطورين في الانتقال، وقدرة تصميم النماذج الموازية. هذه هي الأمور التي تحدد ما إذا كانت الحوسبة الموازية يمكن أن تشكل طاقة بيئية.

في النهاية، مستقبل الحوسبة المتوازية هو انتصار هندسة الأنظمة واختبار تصميم البيئة. سيعيد تعريف "جوهر السلسلة"، مما يجعل القدرة على استيعاب الحالة، والتداول المتزامن، وغيرها من القدرات مؤشرات أساسية لقيمة السلسلة. إن النمط الحوسبي المتوازي الذي يكمل هذه القفزة سيكون البنية التحتية الأساسية الأكثر مركزية والأكثر تأثيرًا في دورات الفائدة الجديدة، وقد يشكل نقطة التحول في نمط الحوسبة الكلي لـ Web3.

السادسة، الخاتمة: هل الحوسبة المتوازية هي أفضل مسار لتوسيع Web3 الأصلي؟

في جميع المسارات لاستكشاف حدود أداء Web3، قد لا تكون الحوسبة المتوازية هي الأسهل في التنفيذ، لكنها قد تكون الأقرب إلى جوهر blockchain. إنها تحاول إعادة بناء نموذج التنفيذ نفسه في عمق ووضوح السلسلة، مما يكسر بشكل جذري عنق الزجاجة في الأداء. هذه الطريقة "المولودة من السلسلة" للتوسع لا تحتفظ فقط بنموذج الثقة الأساسي لـ blockchain، بل توفر أيضًا تربة أداء مستدامة للتطبيقات المعقدة على السلسلة في المستقبل.

إعادة هيكلة الحوسبة المتوازية هي "روح السلسلة". قد لا تكون هذه اختصارًا للعبور القصير الأجل، ولكن من المحتمل أن تكون المسار الصحيح المستدام الوحيد في التطور الطويل الأجل لـ Web3. نحن نشهد انتقالًا معماريًا مشابهًا من وحدة المعالجة المركزية أحادية النواة إلى أنظمة التشغيل متعددة النواة / متعددة الخيوط، وقد تكون النماذج الأولية لنظام التشغيل الأصلي لـ Web3 مخفية في هذه التجارب المتوازية داخل السلاسل.