Recherche approfondie sur le calcul parallèle Web3 : le chemin ultime de l'extensibilité native

I. Introduction : L'extension est un sujet éternel, et la parallélisation est le champ de bataille ultime

Depuis sa création, le système blockchain est confronté à la question centrale de l'évolutivité. La capacité de traitement des transactions de Bitcoin et d'Ethereum est limitée, ce qui ne peut pas répondre aux besoins d'applications à grande échelle. Ce n'est pas un problème qui peut être résolu simplement en augmentant le matériel, mais plutôt une limitation systémique de la conception sous-jacente de la blockchain.

Au cours des dix dernières années, l'industrie a essayé diverses solutions d'évolutivité, allant de la controverse sur l'évolutivité de Bitcoin aux sharding d'Ethereum, des canaux d'état aux Rollup. Les Rollup, en tant que solution principale actuelle, augmentent le TPS tout en préservant la sécurité de la chaîne principale. Cependant, ils n'ont pas atteint les véritables limites de performance sous-jacentes de la blockchain, en particulier au niveau de l'exécution qui reste limité par un modèle de calcul séquentiel.

Ainsi, le calcul parallèle sur la chaîne entre progressivement dans la vue de l'industrie. Il tente de mettre à niveau la blockchain d'un mode mono-fil à un système de calcul à haute concurrence tout en maintenant l'atomicité de la chaîne unique. Cela pourrait non seulement réaliser une augmentation de la capacité de traitement de centaines de fois, mais aussi devenir la clé de l'explosion des applications de contrats intelligents.

En réalité, le Web2 a déjà largement adopté des modèles d'optimisation tels que la programmation parallèle. La blockchain, en tant que système de calcul plus primitif, n'a pas encore pleinement exploité ces idées parallèles. C'est à la fois une limitation et une opportunité. La nouvelle génération de projets explore des percées pour élever le parallélisme sur la chaîne à des mécanismes plus profonds, présentant des caractéristiques de plus en plus proches des systèmes d'exploitation modernes.

On peut dire que le calcul parallèle n'est pas seulement une optimisation des performances, mais aussi un tournant paradigmatique dans le modèle d'exécution de la blockchain. Il redéfinit la logique de traitement des transactions, fournissant un soutien d'infrastructure durable pour les applications natives de Web3 à l'avenir.

Après la convergence des Rollups, le parallélisme au sein de la chaîne devient une variable clé de la compétition Layer 1 dans ce nouveau cycle. Ce n'est pas seulement une compétition technique, mais aussi une lutte de paradigmes. La prochaine génération de plateformes d'exécution souveraines dans le monde du Web3 pourrait très probablement naître de ce combat.

II. Panorama des paradigmes d'extension : cinq types de voies, chacune avec ses propres priorités

L'extension, en tant que sujet le plus important dans l'évolution de la technologie des chaînes publiques, a donné naissance à presque tous les chemins technologiques dominants au cours des dix dernières années. Depuis le début de la controverse sur la taille des blocs de Bitcoin, cette course technologique a finalement abouti à cinq grandes lignes de base, chacune ayant sa propre philosophie technique, ses difficultés de mise en œuvre et ses scénarios d'application.

La première catégorie est l'extension on-chain la plus directe, comme l'augmentation de la taille des blocs ou la réduction du temps de génération des blocs. Cette méthode préserve la simplicité de la cohérence d'une seule chaîne, mais risque d'atteindre des limites systémiques telles que les risques de centralisation, et elle n'est plus une solution principale.

La deuxième catégorie est l'extension hors chaîne, comme les canaux d'état et les chaînes latérales. Ce type de chemin déplace la majorité des activités de transaction hors chaîne, n'écrivant le résultat final que dans la chaîne principale. Bien qu'il soit théoriquement possible d'étendre indéfiniment le débit, des problèmes tels que le modèle de confiance des transactions hors chaîne limitent son application.

La troisième catégorie est la route Layer2 Rollup actuellement la plus largement déployée. Elle réalise l'extensibilité grâce à un mécanisme d'exécution hors chaîne et de vérification sur chaîne. L'Optimistic Rollup et le ZK Rollup ont chacun leurs avantages, mais exposent également des goulets d'étranglement à moyen terme, tels qu'une dépendance excessive à la disponibilité des données.

La quatrième catégorie est l'architecture de blockchain modulaire qui a émergé ces dernières années. Elle découple les fonctionnalités de base de la blockchain et utilise plusieurs chaînes spécialisées pour accomplir différentes fonctions. Cette direction offre une grande flexibilité, mais exige des exigences de sécurité inter-chaînes très élevées, avec des seuils de développement bien plus élevés que ceux de la conception de chaînes traditionnelles.

La cinquième catégorie est le chemin d'optimisation du calcul parallèle sur chaîne que cet article analyse en profondeur. Elle met l'accent sur la modification de l'architecture du moteur d'exécution au sein d'une seule chaîne, permettant un traitement concurrent des transactions atomiques. L'avantage de cette direction réside dans le fait qu'elle permet de dépasser les limites de performance sans dépendre d'une architecture multi-chaînes, tout en offrant une flexibilité de calcul suffisante pour des contrats intelligents complexes.

Ces cinq types de chemins reflètent le compromis systémique entre la performance, la combinabilité, la sécurité et la complexité de développement de la blockchain. Aucun de ces chemins ne peut résoudre tous les problèmes, mais ensemble, ils constituent une vue d'ensemble de l'évolution du paradigme de calcul Web3.

Tout comme l'histoire des ordinateurs est passée d'un cœur unique à plusieurs cœurs, la voie de l'extensibilité de Web3 aboutira également à une ère d'exécution hautement parallèle. Dans cette ère, la performance n'est plus seulement une compétition de vitesse de la chaîne, mais plutôt une expression intégrée de la philosophie de conception sous-jacente et du contrôle du système. Et la parallélisation au sein de la chaîne pourrait être le champ de bataille ultime de cette guerre de longue haleine.

Trois, carte des classifications de calcul parallèle : cinq grands chemins de compte à instruction

En partant du modèle d'exécution, la technologie de calcul parallèle peut être divisée en cinq chemins : le parallélisme au niveau du compte, le parallélisme au niveau de l'objet, le parallélisme au niveau de la transaction, le parallélisme au niveau de la machine virtuelle et le parallélisme au niveau des instructions. Ces cinq types de chemins vont de la granularité grossière à la granularité fine, représentant à la fois un processus de raffinement constant de la logique parallèle et une augmentation continue de la complexité du système et de la difficulté de planification.

La parallélisation au niveau du compte, représentée par Solana, est basée sur un design de découpement des comptes et des états, et détermine les relations de conflit par une analyse statique de l'ensemble des comptes impliqués dans les transactions. Elle convient au traitement des transactions avec une structure clairement définie, mais la parallélisation peut diminuer face à des contrats intelligents complexes.

La parallélisation au niveau des objets introduit une abstraction sémantique des ressources et des modules, permettant une planification à une granularité plus fine avec des "objets d'état". Aptos et Sui sont des explorateurs dans cette direction, en particulier Sui qui définit la propriété des ressources au moment de la compilation grâce au langage Move, réalisant ainsi un contrôle précis des conflits d'accès aux ressources.

La parallélisation au niveau des transactions est représentée par Monad, Sei et Fuel, construisant un graphe de dépendance autour de l'ensemble des transactions pour une exécution en pipeline concurrente. Cette conception permet au système de maximiser l'exploitation de la parallélisation sans avoir une connaissance complète de la structure d'état sous-jacente.

La parallélisation au niveau de la machine virtuelle intègre la capacité d'exécution concurrente dans la logique d'ordonnancement des instructions au niveau de la VM. MegaETH, en tant qu'"expérience de super machine virtuelle" de l'écosystème Ethereum, tente de redéfinir l'EVM pour prendre en charge l'exécution concurrente multithread des codes de contrats intelligents.

Le parallélisme au niveau des instructions est le chemin le plus fin, issu de l'exécution out-of-order moderne des CPU et de la conception des pipelines d'instructions. L'équipe de Fuel a introduit un modèle d'exécution réordonnable au niveau des instructions dans FuelVM, ce qui pourrait à l'avenir porter la conception conjointe de la blockchain et du matériel vers de nouveaux sommets.

Ces cinq grands chemins constituent le spectre de développement du calcul parallèle sur la chaîne, marquant la transition du modèle de calcul blockchain d'un grand livre de consensus traditionnel à un environnement d'exécution distribué haute performance. Le choix des chemins parallèles des différentes blockchains déterminera la limite de capacité et la compétitivité essentielle de leur futur écosystème d'application.

Quatre, Analyse approfondie des deux principales pistes : Monad vs MegaETH

Les deux principales lignes techniques qui attirent le plus l'attention sur le marché actuel sont la "construction de chaînes de calcul parallèles à partir de zéro", représentée par Monad, et la "révolution parallèle interne de l'EVM", représentée par MegaETH. Ces deux approches représentent les deux factions du "reconstructivisme" et du "compatibilisme" dans la compétition des paradigmes parallèles.

Monad adopte une approche de reconstruction radicale, redéfinissant le moteur d'exécution de la blockchain en s'inspirant des bases de données modernes et des systèmes multicœurs haute performance. Sa technologie de base comprend des mécanismes de contrôle de concurrence optimiste, de planification de transactions en DAG et d'exécution hors ordre, visant à porter les performances de la chaîne à un niveau de millions de TPS. Monad prend en charge la compatibilité avec Solidity grâce à une couche de langage intermédiaire, en adoptant une stratégie de "compatibilité de surface et reconstruction de fond".

MegaETH choisit de partir du monde existant d'Ethereum, en intégrant la capacité de calcul parallèle dans le moteur d'exécution EVM. Il ne modifie pas la norme EVM, mais restructure le modèle d'exécution des instructions, introduisant des mécanismes tels que l'isolation au niveau des threads et l'exécution asynchrone au niveau des contrats. Ce chemin de "révolution conservatrice" est extrêmement attractif pour l'écosystème L2 d'Ethereum, offrant un chemin idéal pour améliorer les performances sans migration de syntaxe.

Monad est mieux adapté aux projets qui cherchent à construire un tout nouveau système depuis le début et à atteindre un débit maximal ; MegaETH est plus approprié pour les projets L2 et DeFi qui souhaitent réaliser une mise à niveau des performances avec un minimum de modifications de développement. Les deux pourraient éventuellement converger dans l'architecture de blockchain modulaire à l'avenir, formant ensemble les deux ailes d'un moteur d'exécution distribué haute performance pour le Web3.

Cinq, opportunités et défis futurs du calcul parallèle

Le calcul parallèle passe de la conception sur papier à la mise en œuvre sur la blockchain, libérant un potentiel énorme. Il apporte non seulement une amélioration des performances système, mais engendre également de nouveaux paradigmes de développement et modèles commerciaux.

D'un point de vue opportunité, la première est "la levée du plafond d'application". Le calcul parallèle soutiendra de véritables interactions à haute fréquence sur la chaîne, telles que des jeux blockchain avec une logique de combat en temps réel, des agents AI autonomes sur la chaîne, etc. Ensuite, la chaîne d'outils pour développeurs et le niveau d'abstraction de la machine virtuelle seront également remodelés par la parallélisation, donnant naissance à une nouvelle génération d'infrastructures. De plus, la blockchain modulaire offre une voie d'implémentation pour le calcul parallèle, pouvant constituer une architecture intégrée à haute performance allant des données de base à la logique d'exécution.

Cependant, le calcul parallèle est également confronté à de nombreux défis. Sur le plan technique, il est nécessaire de résoudre des problèmes tels que la garantie de cohérence des états en concurrence et le traitement des conflits de transactions. Sur le plan écologique, cela concerne des questions plus souples, telles que la volonté des développeurs de migrer et la capacité de conception de modèles parallèles. Ce sont ces éléments qui déterminent si le calcul parallèle peut former un potentiel écologique.

En fin de compte, l'avenir du calcul parallèle est à la fois une victoire de l'ingénierie système et une épreuve de conception écologique. Il redéfinira "l'essence de la chaîne", faisant des capacités telles que le débit d'état et la concurrence des transactions des indicateurs fondamentaux de la valeur de la chaîne. Le paradigme de calcul parallèle qui réussira réellement cette transition deviendra l'élément fondamental le plus central et le plus à même de produire des effets de capitalisation dans le nouveau cycle, pouvant constituer un tournant dans le paradigme global de calcul de Web3.

VI. Conclusion : Le calcul parallèle est-il le meilleur chemin pour l'extension native de Web3 ?

Parmi tous les chemins explorant les limites de performance du Web3, le calcul parallèle, bien qu'il ne soit pas le plus facile à mettre en œuvre, pourrait être le plus proche de l'essence de la blockchain. Il tente de reconstruire le modèle d'exécution lui-même dans l'atomicité et la détermination de la chaîne, brisant fondamentalement les goulets d'étranglement de performance. Cette méthode d'évolutivité "nativement sur la chaîne" non seulement préserve le modèle de confiance central de la blockchain, mais réserve également un sol de performance durable pour les futures applications complexes sur la chaîne.

Le calcul parallèle reconstruit "l'âme de la chaîne". Ce n'est peut-être pas un raccourci pour réussir à court terme, mais c'est probablement le seul chemin durable vers une solution correcte dans l'évolution à long terme du Web3. Nous assistons à une transition architecturale similaire à celle du CPU monocœur vers les systèmes d'exploitation multicœurs/threads, et la forme embryonnaire du système d'exploitation natif Web3 pourrait se cacher dans ces expériences parallèles au sein des chaînes.