Investigación profunda sobre el cálculo paralelo en Web3: la ruta definitiva para la expansión nativa

I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo

Desde su creación, los sistemas de blockchain han enfrentado el problema central de la escalabilidad. La capacidad de procesamiento de transacciones de Bitcoin y Ethereum es limitada y no puede satisfacer la demanda de aplicaciones a gran escala. Esto no es algo que se pueda resolver simplemente aumentando el hardware, sino que es una limitación sistémica del diseño base de la blockchain.

En la última década, la industria ha probado diversas soluciones de escalado, desde la disputa de escalado de Bitcoin hasta el sharding de Ethereum, desde canales de estado hasta Rollup. Rollup, como la solución principal actual, mejora el TPS mientras preserva la seguridad de la cadena principal. Sin embargo, no ha alcanzado el verdadero límite del rendimiento subyacente de la blockchain, especialmente en el nivel de ejecución que sigue limitado por un modo de cálculo en serie.

Por lo tanto, el cálculo paralelo en la cadena ha comenzado a entrar en la visión de la industria. Intenta actualizar la blockchain de un modo de un solo hilo a un sistema de cálculo de alta concurrencia, manteniendo la atomicidad de la cadena única. Esto no solo podría lograr un aumento en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en la clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.

En realidad, Web2 ya ha adoptado ampliamente modelos de optimización como la programación paralela. La blockchain, como un sistema de computación más primitivo, aún no ha aprovechado completamente estas ideas paralelas. Esto es tanto una limitación como una oportunidad. La nueva generación de proyectos está explorando la mejora de la paralelización dentro de la cadena hacia mecanismos más profundos, presentando características cada vez más cercanas a los sistemas operativos modernos.

Se puede decir que el cálculo paralelo no solo es una optimización del rendimiento, sino también un punto de inflexión en el modelo de ejecución de blockchain. Redefine la lógica básica del procesamiento de transacciones y proporciona un soporte de infraestructura sostenible para las futuras aplicaciones nativas de Web3.

Después de la convergencia de Rollup, la paralelización en la cadena se está convirtiendo en una variable clave en la competencia de Layer1 en este nuevo ciclo. Esto no es solo una competencia técnica, sino también una lucha por el paradigma. La próxima generación de plataformas de ejecución soberana en el mundo Web3 probablemente nacerá de esta lucha.

II. Mapa panorámico de paradigmas de escalabilidad: cinco tipos de rutas, cada una con su enfoque

La escalabilidad, como el tema más importante en la evolución de la tecnología de cadenas públicas, ha dado lugar a casi todas las rutas tecnológicas principales en la última década. Desde el comienzo de la disputa sobre el tamaño de los bloques de Bitcoin, esta carrera tecnológica ha divergido en cinco rutas básicas, cada una con su propia filosofía técnica, dificultad de implementación y escenarios aplicables.

La primera categoría es la expansión en cadena más directa, como aumentar el tamaño del bloque o acortar el tiempo de creación de bloques, etc. Este método conserva la simplicidad de la coherencia de una sola cadena, pero es propenso a riesgos de centralización y otros límites sistémicos, por lo que actualmente ya no es la solución principal.

La segunda categoría es la escalabilidad fuera de la cadena, como los canales de estado y las cadenas laterales. Este tipo de ruta traslada la mayor parte de la actividad de transacciones fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal. Aunque teóricamente se pueden escalar indefinidamente los rendimientos, el modelo de confianza en las transacciones fuera de la cadena y otros problemas limitan su aplicación.

La tercera categoría es la ruta de Layer2 Rollup más ampliamente desplegada en la actualidad. Se logra la escalabilidad a través de un mecanismo de ejecución fuera de la cadena y verificación en la cadena. Optimistic Rollup y ZK Rollup tienen sus ventajas, pero también exponen cuellos de botella a medio plazo, como una dependencia excesiva de la disponibilidad de datos.

La cuarta categoría es la arquitectura de blockchain modular que ha surgido en los últimos años. Desacopla las funciones centrales de la blockchain y permite que múltiples cadenas especializadas realicen diferentes funciones. Esta dirección ofrece una alta flexibilidad, pero tiene requisitos de seguridad entre cadenas extremadamente altos, y las barreras de entrada para el desarrollo son mucho mayores que en el diseño de cadenas tradicionales.

La quinta categoría es la ruta de optimización del cálculo paralelo dentro de la cadena que se analiza en profundidad en este artículo. Se enfatiza el cambio en la arquitectura del motor de ejecución dentro de una sola cadena para lograr el procesamiento concurrente de transacciones atómicas. La ventaja de esta dirección radica en que puede superar los límites de rendimiento sin depender de una arquitectura de múltiples cadenas, al mismo tiempo que proporciona suficiente flexibilidad computacional para contratos inteligentes complejos.

Detrás de estas cinco categorías de rutas se encuentra una ponderación sistemática del blockchain entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad del desarrollo. Cada ruta no puede resolver todos los problemas, pero juntas forman la panorámica de la actualización del paradigma de computación Web3.

Así como en la historia las computadoras pasaron de ser de un solo núcleo a múltiples núcleos, el camino de escalabilidad de Web3 también avanzará hacia una era de ejecución altamente paralelizada. En esta era, el rendimiento ya no es solo una competencia de velocidad de cadena, sino una manifestación integral de la filosofía de diseño subyacente y el control del sistema. Y la paralelización dentro de la cadena podría ser el campo de batalla definitivo de esta larga guerra.

Tres, Mapa de Clasificación de Cálculo Paralelo: Cinco Grandes Rutas Desde la Cuenta Hasta la Instrucción

A partir del modelo de ejecución, la tecnología de computación paralela se puede dividir en cinco rutas: paralelismo a nivel de cuenta, paralelismo a nivel de objeto, paralelismo a nivel de transacción, paralelismo a nivel de máquina virtual y paralelismo a nivel de instrucción. Estas cinco rutas van desde un nivel de granularidad grueso hasta uno fino, representando tanto un proceso de refinamiento continuo de la lógica paralela como un aumento constante en la complejidad del sistema y la dificultad de programación.

La paralelización a nivel de cuenta, representada por Solana, se basa en un diseño desacoplado de cuenta-estado, determinando las relaciones de conflicto a través del análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en la transacción. Es adecuada para manejar transacciones con una estructura clara, pero la paralelización puede disminuir cuando se enfrenta a contratos inteligentes complejos.

La paralelización a nivel de objeto introduce una abstracción semántica de recursos y módulos, programando en unidades de "objetos de estado" de mayor granularidad. Aptos y Sui son exploradores en esta dirección, especialmente Sui, que define la propiedad de los recursos en tiempo de compilación a través del lenguaje Move, logrando un control preciso sobre los conflictos de acceso a los recursos.

La paralelización a nivel de transacción está representada por Monad, Sei y Fuel, y construye un gráfico de dependencias alrededor de toda la transacción para ejecutar en flujo concurrente. Este diseño permite que el sistema maximice la explotación de la paralelización sin necesidad de comprender completamente la estructura del estado subyacente.

La paralelización a nivel de máquina virtual integra la capacidad de ejecución concurrente en la lógica de programación de instrucciones subyacentes de la VM. MegaETH, como "experimento de supermáquina virtual" en el ecosistema de Ethereum, está intentando rediseñar el EVM para soportar la ejecución concurrente de contratos inteligentes en múltiples hilos.

La paralelización a nivel de instrucciones es la ruta de menor granularidad, que proviene de la ejecución fuera de orden y el diseño de tuberías de instrucciones de las CPU modernas. El equipo de Fuel ha introducido inicialmente un modelo de ejecución reordenable a nivel de instrucciones en FuelVM, lo que podría llevar el diseño conjunto de blockchain y hardware a nuevas alturas en el futuro.

Estos cinco grandes caminos constituyen el espectro de desarrollo de la computación paralela dentro de la cadena, marcando la transición del modelo de computación en blockchain de un libro de contabilidad de consenso de secuencia completa tradicional hacia un entorno de ejecución distribuido de alto rendimiento. La elección de caminos paralelos en diferentes cadenas públicas determinará el límite de carga y la competencia central de su futuro ecosistema de aplicaciones.

Cuatro, Análisis profundo de las dos principales vías: Monad vs MegaETH

Las dos principales rutas tecnológicas en las que se centra actualmente el mercado son la "cadena de cálculo paralelo construida desde cero" representada por Monad, y la "revolución de paralelismo interno en EVM" representada por MegaETH. Ambas representan las dos facciones de la competencia en el paradigma paralelo: "reconstruccionismo" y "compatibilismo".

Monad adopta un enfoque de reconstruccion radical, redefiniendo el motor de ejecución de blockchain inspirado en bases de datos modernas y sistemas multiprocesador de alto rendimiento. Su tecnología central incluye mecanismos como control de concurrencia optimista, programación de transacciones en DAG y ejecución fuera de orden, con el objetivo de llevar el rendimiento de la cadena a niveles de millones de TPS. Monad soporta la compatibilidad con Solidity a través de una capa de lenguaje intermedio, adoptando la estrategia de "compatibilidad superficial, reconstrucción de fondo".

MegaETH elige partir del mundo existente de Ethereum, incorporando la capacidad de cálculo paralelo en el motor de ejecución EVM. No modifica las especificaciones de EVM, sino que reestructura el modelo de ejecución de instrucciones, introduciendo mecanismos como el aislamiento a nivel de hilo y la ejecución asíncrona a nivel de contratos. Esta "revolución conservadora" es extremadamente atractiva para el ecosistema L2 de Ethereum, ofreciendo un camino ideal para mejorar el rendimiento sin necesidad de migrar la sintaxis.

Monad es más adecuado para construir nuevos sistemas desde cero y para proyectos que persiguen un rendimiento máximo; MegaETH es más adecuado para proyectos de L2 y DeFi que desean lograr mejoras en el rendimiento a través de cambios mínimos en el desarrollo. Ambos pueden converger en el futuro en una arquitectura de blockchain modular, formando juntos las dos alas de un motor de ejecución distribuido de alto rendimiento para Web3.

Cinco, oportunidades y desafíos futuros de la computación paralela

La computación paralela está pasando del diseño en papel a la implementación en la cadena, liberando un enorme potencial. No solo trae mejoras en el rendimiento del sistema, sino que también genera nuevos paradigmas de desarrollo y modelos de negocio.

Desde la perspectiva de las oportunidades, primero está "la eliminación del techo de aplicación". La computación paralela apoyará interacciones de alta frecuencia en la cadena, como juegos en cadena con lógica de combate en tiempo real y la autonomía de agentes de IA en la cadena. En segundo lugar, la cadena de herramientas para desarrolladores y la capa de abstracción de la máquina virtual también se remodelarán debido a la paralelización, dando lugar a una nueva generación de infraestructura. Al mismo tiempo, las cadenas de bloques modularizadas proporcionan un camino para la implementación de la computación paralela, lo que puede conformar una arquitectura integrada de alto rendimiento desde los datos de nivel inferior hasta la lógica de ejecución.

Sin embargo, la computación paralela también enfrenta numerosos desafíos. En el ámbito técnico, es necesario resolver problemas como la garantía de consistencia del estado concurrente y el manejo de conflictos de transacciones. En el ámbito ecológico, se involucran problemas blandos como la disposición de los desarrolladores a migrar y la capacidad de diseño de modelos paralelos. Estos son los factores clave que determinan si la computación paralela puede formar un potencial ecosistémico.

Finalmente, el futuro de la computación paralela es tanto una victoria de la ingeniería de sistemas como una prueba de diseño ecológico. Redefinirá la "esencia de la cadena", convirtiendo capacidades como el rendimiento de estados y la concurrencia de transacciones en los indicadores primarios del valor de la cadena. El paradigma de computación paralela que logre realmente este salto se convertirá en el elemento primario de infraestructura más central y con mayor efecto compuesto en el nuevo ciclo, y podría constituir un punto de inflexión en el paradigma computacional global de Web3.

Seis, Conclusión: ¿Es la computación paralela el mejor camino para la escalabilidad nativa de Web3?

En todos los caminos que exploran los límites de rendimiento de Web3, la computación paralela, aunque no es la más fácil de implementar, puede ser la más cercana a la esencia de la blockchain. Intenta reconstruir el propio modelo de ejecución en la atomicidad y determinación de la cadena, rompiendo fundamentalmente los cuellos de botella de rendimiento. Este enfoque de escalabilidad "nativo de la cadena" no solo preserva el modelo de confianza central de la blockchain, sino que también reserva un suelo de rendimiento sostenible para futuras aplicaciones complejas en la cadena.

La computación paralela reconstruye "el alma de la cadena". Esto puede que no sea un atajo para superar a corto plazo, pero es muy probable que sea el único camino sostenible y correcto en la evolución a largo plazo de Web3. Estamos siendo testigos de un salto arquitectónico similar al de pasar de CPU de un solo núcleo a sistemas operativos de múltiples núcleos/hilos, y quizás la forma primigenia del sistema operativo nativo de Web3 esté oculta en estos experimentos paralelos dentro de la cadena.