Rapport de recherche approfondi sur le calcul parallèle Web3 : le chemin ultime pour une extensibilité native

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

Depuis sa création, le système blockchain est confronté à ce problème central qu'est l'extension. Les goulets d'étranglement de performance du Bitcoin et de l'Ethereum sont difficiles à surmonter, ce qui contraste fortement avec les systèmes Web2 traditionnels. Ce n'est pas une simple question d'augmenter le matériel, mais cela provient des limitations systémiques dans la conception sous-jacente de la blockchain.

Au cours des dix dernières années, l'industrie a essayé diverses solutions d'extensibilité, de la bataille pour l'extensibilité de Bitcoin au sharding d'Ethereum, des canaux d'état aux Rollups. Les Rollups, en tant que solution dominante actuelle, ont amélioré les performances grâce à l'exécution hors chaîne, mais n'ont pas encore atteint la véritable limite de "performance mono-chaîne" au niveau de la blockchain.

Ainsi, le calcul parallèle en chaîne devient progressivement un nouveau point focal. Il tente de reconstruire complètement le moteur d'exécution tout en maintenant une structure de chaîne unique, en mettant à niveau la blockchain d'un mode à un seul fil à un système de calcul à haute concurrence. Cela pourrait non seulement entraîner une amélioration du débit de plusieurs centaines de fois, mais aussi devenir une condition préalable clé à l'explosion des applications de contrats intelligents.

En réalité, le Web2 a déjà adopté des modèles d'optimisation tels que la programmation parallèle. La blockchain, en tant que système de calcul plus primitif, n'a jamais réussi à tirer pleinement parti de ces idées parallèles. Certaines nouvelles chaînes publiques émergentes ont commencé à explorer des architectures parallèles, 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 point de basculement dans le modèle d'exécution de la blockchain. Il redéfinira la logique fondamentale du 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 intra-chaîne devient un facteur décisif dans la nouvelle compétition Layer1. Ce n'est pas seulement une course technologique, mais aussi une lutte de paradigmes. La prochaine génération de plateformes d'exécution souveraine de Web3 pourrait bien naître de cette lutte parallèle.

II. Panorama des paradigmes d'extension : cinq types de routes, chacun avec ses propres accents

L'extension, en tant que sujet clé dans l'évolution de la technologie des chaînes publiques, a donné naissance à presque tous les chemins technologiques majeurs au cours de la dernière décennie. Cette compétition sur "comment faire fonctionner la chaîne plus rapidement" a finalement abouti à cinq grandes lignes de base, chacune ayant sa propre philosophie technique et ses scénarios d'application uniques.

La première catégorie est l'extension on-chain la plus directe, comme l'augmentation de la taille des blocs et la réduction du temps de génération des blocs. Cette méthode conserve la cohérence de la chaîne unique, mais risque de toucher à la centralisation, et est actuellement souvent utilisée comme un complément à d'autres mécanismes.

La deuxième catégorie est l'extension hors chaîne, représentant les canaux d'état et les chaînes latérales. Elle transfère la plupart des transactions hors chaîne, ne réglant que sur la chaîne principale. Bien qu'elle puisse théoriquement évoluer indéfiniment en termes de débit, elle est confrontée à des problèmes tels que le modèle de confiance.

La troisième catégorie est le Layer2 Rollup actuellement le plus populaire. Il permet d'augmenter la capacité grâce à l'exécution hors chaîne et à la validation sur chaîne, trouvant un équilibre entre décentralisation et haute performance. Cependant, il existe également des goulets d'étranglement tels que la dépendance à la disponibilité des données.

La quatrième catégorie est celle des blockchains modulaires qui ont émergé ces dernières années, décomposant les fonctions centrales de la blockchain en différentes chaînes spécialisées. Cela améliore la flexibilité, mais augmente également la complexité du système.

La dernière catégorie est le calcul parallèle sur la chaîne, qui réalise le traitement des transactions en parallèle en modifiant l'architecture du moteur d'exécution. Cela nécessite de réécrire la logique de planification de la VM et d'introduire des mécanismes de planification des systèmes informatiques modernes. Cela tente de s'approcher des limites de performance des systèmes modernes sans compromettre la cohérence sur la chaîne.

Ces cinq types de chemins reflètent le compromis entre la performance, la combinabilité, la sécurité et la complexité dans la blockchain. Chaque solution a ses avantages et ses inconvénients, formant ensemble un panorama de la mise à niveau du paradigme de calcul Web3. L'avenir de Web3 pourrait très probablement se diriger vers une ère d'exécution hautement parallélisée, où le parallélisme intra-chaîne pourrait devenir le champ de bataille ultime de cette guerre de longue durée.

Trois, carte de classification du calcul parallèle : cinq grands chemins de compte à instruction

Dans l'évolution des technologies d'extension de la blockchain, le calcul parallèle est devenu progressivement le chemin central. À partir du modèle d'exécution, le calcul parallèle peut être divisé en cinq voies technologiques : au niveau du compte, au niveau de l'objet, au niveau de la transaction, au niveau de la machine virtuelle et au niveau de l'instruction. Ces cinq catégories de voies, allant de la granularité grossière à la granularité fine, reflètent le raffinement continu de la logique parallèle et l'augmentation de la complexité du système.

La parallélisation au niveau du compte, représentée par Solana, est basée sur une conception de découplage compte-état, permettant de déterminer les conflits de transaction par analyse statique. Elle est adaptée au traitement de transactions clairement structurées, mais dans des scénarios complexes, le degré de parallélisme peut diminuer.

La parallélisation au niveau des objets est affinée davantage, avec une planification basée sur des "objets d'état" de granularité plus fine. Aptos et Sui sont des explorateurs dans cette direction, en particulier Sui qui réalise un contrôle précis des ressources grâce au langage Move. Cette méthode est plus polyvalente, mais introduit également une complexité de développement plus élevée.

La parallélisation au niveau des transactions, représentée par Monad, Sei et Fuel, construit un graphe de dépendance autour de l'ensemble des transactions. Elle considère les transactions comme des unités atomiques, exécutées de manière fluide et concurrente par un ordonnanceur. Ce mécanisme a théoriquement la capacité de traitement la plus élevée, mais nécessite une gestion des dépendances extrêmement complexe.

La parallélisation au niveau de la machine virtuelle intègre la capacité de concurrence dans le bas niveau de la VM. MegaETH tente de redessiner l'EVM pour prendre en charge l'exécution simultanée de code contractuel en multithreading. Cette approche nécessite une compatibilité totale avec l'EVM existant, ce qui représente un énorme défi.

Le parallélisme au niveau des instructions est le chemin le plus fin, issu de la pensée moderne en matière de conception des CPU. L'équipe de Fuel a déjà introduit un modèle de réordonnancement des instructions dans FuelVM. À long terme, cela pourrait porter la blockchain et la conception matérielle vers de nouveaux sommets.

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

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

Dans le cadre des multiples chemins de calcul parallèle, Monad et MegaETH représentent deux des principales lignes techniques les plus attendues. Elles symbolisent respectivement la compétition des paradigmes parallèles du "reconstructivisme" et du "compatibilisme", influençant profondément l'imaginaire du marché sur les chaînes de haute performance.

Monad adopte une approche de "puritanisme computationnel", s'inspirant des bases de données modernes et des systèmes multicœurs pour redéfinir le moteur d'exécution de la blockchain. Sa technologie clé comprend le contrôle de concurrence optimiste, le planificateur de transactions DAG, l'exécution désordonnée, etc., avec pour objectif d'augmenter les performances de traitement des transactions à un niveau de millions de TPS. Monad découple complètement l'exécution et le tri des transactions, réalisant une exécution parallèle en pipeline grâce à un planificateur complexe. Bien que la mise en œuvre technique soit extrêmement complexe, elle peut théoriquement porter le débit à des niveaux sans précédent.

Monad n'a pas abandonné la compatibilité EVM, soutenant le développement Solidity via une couche de langage intermédiaire. Cette stratégie de "compatibilité de surface, reconstruction de base" conserve l'amitié envers l'écosystème Ethereum tout en maximisant le potentiel d'exécution sous-jacent. Monad pourrait non seulement devenir une chaîne souveraine à haute performance, mais aussi la couche d'exécution idéale pour les réseaux Layer 2, voire le "noyau haute performance pluggable" pour d'autres chaînes.

En comparaison, MegaETH adopte une approche plus conservatrice, tentant d'implémenter des capacités parallèles sur la base de l'EVM existant. Il ne renverse pas les normes de l'EVM, mais restructure le modèle d'exécution des instructions, introduisant des mécanismes tels que l'isolation des threads et l'exécution asynchrone. Cela permet aux développeurs d'améliorer les performances sans modifier les contrats existants, ce qui est extrêmement attrayant pour l'écosystème Ethereum.

La percée clé de MegaETH réside dans la planification multithread du VM. Il introduit une pile d'appels asynchrone et un isolement du contexte d'exécution, permettant l'exécution simultanée de "contextes EVM concurrents". Ce mécanisme est similaire au modèle multithread JavaScript des navigateurs modernes, conservant la déterminisme du thread principal tout en introduisant une planification asynchrone haute performance. MegaETH pourrait très probablement être déployé sur un réseau EVM L2, et une fois adopté à grande échelle, il pourrait réaliser près de cent fois l'augmentation de performance sur la pile technologique existante.

Monad et MegaETH représentent deux approches de mise en œuvre de la technologie parallèle, reflétant également le classique affrontement entre les "reconstructeurs" et les "compatibles" dans le développement de la blockchain. Le premier vise une rupture de paradigme, reconstruisant toute la logique d'exécution ; le second recherche une optimisation progressive, poussant l'amélioration des performances tout en respectant l'écosystème existant. Chacune a ses avantages, servant différents groupes de développeurs et visions écologiques.

Dans l'architecture modulaire de blockchain future, Monad pourrait devenir le module "exécution en tant que service" de Rollup, tandis que MegaETH pourrait devenir le plugin d'accélération de performance pour les L2 mainstream. Tous deux pourraient ensemble constituer un moteur d'exécution distribué haute performance pour le monde Web3.

Cinq, Opportunités et Défis de l'Informatique Parallèle

Avec le passage de l'informatique parallèle de la théorie à la pratique, son potentiel devient de plus en plus concret. D'une part, de nouveaux paradigmes de développement et modèles commerciaux commencent à redéfinir autour de "haute performance sur la chaîne", comme une logique de jeu de chaîne plus complexe, un cycle de vie d'agent AI plus réaliste, etc. D'autre part, l'informatique parallèle n'apporte pas seulement une amélioration des performances, mais aussi une transformation structurelle des limites cognitives des développeurs et des coûts de migration de l'écosystème.

Du point de vue des opportunités, le calcul parallèle va d'abord lever le plafond des applications. Actuellement, DeFi, les jeux et les applications sociales sont largement limités par les goulets d'étranglement d'état et les coûts de Gas, rendant difficile le soutien à des interactions à haute fréquence. Le calcul parallèle, grâce aux mécanismes tels que le DAG de transactions et le contexte asynchrone, peut réaliser des percées telles que "moteur de jeu sur chaîne" et "agent IA sur chaîne", propulsant le Web3 d'un nouveau paradigme de "transaction égale actif" vers "interaction égale agent intelligent".

Deuxièmement, la chaîne d'outils de développement et la couche d'abstraction VM seront remodelées par la parallélisation. Une nouvelle génération de cadres de contrats intelligents parallèles, de compilateurs optimisés et d'outils de débogage concurrentiel émergera rapidement. En même temps, la blockchain modulaire offre un chemin idéal pour le calcul parallèle, comme Monad inséré en tant que module d'exécution dans L2, MegaETH étant déployé en tant qu'alternative EVM, en combinaison avec Celestia et EigenLayer pour former une architecture intégrée haute performance.

Cependant, le calcul parallèle est également confronté à de nombreux défis. Du point de vue technique, le problème central est la garantie de la cohérence de la concurrence des états et le traitement des conflits de transactions. L'environnement sur chaîne tolère très peu les conflits d'exécution, exigeant que le planificateur dispose d'une capacité très forte à construire des graphes de dépendance et à prédire les conflits. En même temps, le modèle de sécurité de l'exécution multi-thread n'est pas encore complètement établi, et des problèmes tels que le mécanisme d'isolement des états et les nouvelles attaques par réentrée doivent être résolus en urgence.

Les défis plus discrets proviennent des niveaux écologique et mental. Les développeurs sont-ils prêts à migrer vers un nouveau paradigme, peuvent-ils maîtriser les méthodes de conception parallèles, sont-ils prêts à sacrifier une partie de la lisibilité pour la performance, ces questions souples sont la clé pour déterminer si le calcul parallèle peut former un potentiel écologique. Le silence passé de plusieurs blockchains publiques à haute performance mais manquant de soutien des développeurs nous rappelle l'importance de l'écosystème. Ainsi, les projets de calcul parallèle doivent non seulement créer le moteur le plus puissant, mais aussi concevoir le chemin de transition écologique le plus doux.

Finalement, l'avenir du calcul parallèle est à la fois une victoire de l'ingénierie système et une épreuve de conception écologique. Cela nous forcera à repenser la nature de la chaîne : s'agit-il d'un ordinateur décentralisé ou d'un coordinateur d'état en temps réel distribué mondialement ? Si c'est ce dernier, alors le débit d'état, la concurrence des transactions, la capacité de réponse des contrats et d'autres facteurs deviendront les indicateurs clés définissant la valeur de la chaîne. Et le paradigme du calcul parallèle qui permettra cette transition deviendra également le primitive d'infrastructure le plus efficace en termes d'intérêts composés dans le nouveau cycle, pouvant constituer un tournant dans le paradigme de calcul global de Web3.

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

Parmi tous les chemins explorant les limites de performance de Web3, le calcul parallèle, bien qu'il ne soit pas le plus facile à réaliser, pourrait être le plus proche de l'essence de la blockchain. Il ne s'agit pas d'échanger le débit en migrant hors chaîne ou en sacrifiant la décentralisation, mais plutôt d'essayer de reconstruire fondamentalement le modèle d'exécution tout en préservant l'atomicité et la déterminisme de la chaîne. Cette méthode d'expansion "native à la chaîne" non seulement conserve le modèle de confiance central de la blockchain, mais réserve également une base de performance durable pour des applications plus complexes sur la chaîne à l'avenir.

Les défis et l'attrait du calcul parallèle résident dans sa structure. Si la modularité reconstruit "l'architecture de la chaîne", alors le calcul parallèle reconstruit "l'âme de la chaîne". Ce n'est peut-être pas un raccourci efficace à court terme, mais c'est probablement le seul chemin durable et correct 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 le prototype du système d'exploitation natif du Web3 se cache peut-être ici.