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

"Trilema Blockchain"("Keamanan", "Desentralisasi", dan "Skalabilitas" mengungkapkan kompromi mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik "skalabilitas" yang abadi, saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi secara langsung, seperti paralel, GPU, multi-core
• Ekspansi dengan isolasi status: pemisahan status horizontal/Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi model outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Dekoupling Struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Skala konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

Solusi perluasan blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemotongan, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem perluasan lengkap yang terdiri dari kolaborasi multi-lapis dan kombinasi modul". Artikel ini fokus pada cara perluasan yang didominasi oleh komputasi paralel.

Paralelisme dalam rantai ) intra-chain parallelism (, fokus pada eksekusi paralel transaksi/perintah di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara untuk memperluas kapasitas 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 juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi yang semakin tinggi.

• Paralel tingkat akun ) Tingkat akun (: Mewakili proyek Solana
• Paralel tingkat objek)Tingkat objek(: Mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi ): Mewakili proyek Monad, Aptos
• Panggilan tingkat / Micro VM 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 agen pintar (Agent / Actor Model ), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model non-blok sinkron ), setiap Agen berfungsi sebagai "proses pintar" yang berjalan secara independen, dengan pesan asinkron secara paralel, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skala yang kita kenal, seperti Rollup atau shard scaling, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, dan bukan merupakan perhitungan paralel dalam blockchain. Mereka mencapai skala dengan "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel" daripada meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok/mesin virtual. Solusi skala semacam ini bukanlah fokus utama diskusi ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan dalam konsep arsitektur.

Dua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Memecahkan Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui beberapa upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi hambatan throughput di lapisan eksekusi tetap belum mendapatkan terobosan mendasar. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity masih menjadi platform kontrak pintar yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai EVM berskala paralel sebagai jalur kunci yang memperhatikan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas yang baru. Monad dan MegaETH merupakan proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konkuren tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi tertunda dan pemecahan status.

( Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine )EVM###, berdasarkan pemrosesan pipa (Pipelining) sebagai prinsip paralel dasar, 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 database khusus (MonadDB), untuk mencapai optimasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, yang inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap yang independen, dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi, di mana setiap tahap berjalan di thread atau core yang terpisah, untuk mencapai pemrosesan bersamaan antar blok, akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini termasuk: proposal transaksi (Propose) pencapaian konsensus (Consensus) eksekusi transaksi (Execution) dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Pemisahan Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini secara serius membatasi perluasan kinerja. Monad mewujudkan konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok ( waktu blok ) dan latensi 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, langsung masuk ke proses konsensus blok berikutnya, tanpa perlu menunggu eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis: Eksekusi Paralel Optimis

Ethereum tradisional menggunakan model serial yang ketat untuk eksekusi transaksi, guna menghindari konflik status. Sementara Monad menggunakan strategi "eksekusi paralel optimis", yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa 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 konflik terdeteksi, transaksi yang bertentangan akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan keakuratan status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis selama proses eksekusi untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan Ethereum versi performa, dengan kematangan yang baik dan mudah untuk melakukan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

( Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan L1 positioning dari Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM dan bersifat modular, dapat berfungsi sebagai blockchain publik L1 mandiri, maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum)Execution Layer### atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah memisahkan logika akun, lingkungan eksekusi, dan status ke dalam unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi berkinerja tinggi dalam rantai dan respons yang rendah latensi. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG(graf ketergantungan status yang diarahkan dan tidak melingkar) serta mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang ditujukan untuk "threading dalam rantai".

Micro-VM( mesin virtual mikro) arsitektur: akun adalah thread

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro mesin virtual untuk setiap akun (Micro-VM)", yang "mengalirkan" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan panggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen dan menyimpan secara independen, secara alami berjalan 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 sebuah grafik ketergantungan global (Dependency Graph), setiap transaksi memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan dan diurutkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Singkatnya, MegaETH memecahkan model mesin status satu utas EVM tradisional, dengan mengimplementasikan pembungkusan mikro-vm berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan 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 ide baru yang bersifat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH telah memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM independen, melalui 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 konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang berbeda secara signifikan dari sharding (Sharding): sharding memecah blockchain menjadi beberapa sub-rantai independen (shards), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam perluasan lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, dan secara internal melakukan optimasi eksekusi paralel ekstrem untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili arah penguatan vertikal dan perluasan horizontal dalam jalur perluasan blockchain.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS di dalam rantai, melalui pelaksanaan tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur micro-virtual machine (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sedangkan Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan stack penuh, mekanisme komputasi paralelnya disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm) melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Pengolahan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi ( seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan ), dan menggunakan metode pengolahan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pengolahan keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (: Pharos mendukung dua lingkungan virtual yaitu EVM dan WASM, memungkinkan pengembang untuk 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. Penanganan khusus jaringan ) SPNs (: SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang dirancang 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 & Restaking): Pharos memperkenalkan konsensus yang fleksibel