Глибина паралельних обчислень Web3: остаточний шлях рідного масштабування

Один. Вступ: Розширення - це вічна тема, паралельність - це остаточне поле бою

Блокчейн-системи з моменту свого народження стикаються з основною проблемою розширення. Транзакційна пропускна здатність біткоїна та ефіру обмежена, що не дозволяє задовольнити потреби великих застосувань. Це не просте питання збільшення апаратного забезпечення, а системне обмеження базового дизайну блокчейну.

Протягом останніх десяти років індустрія пробувала різні рішення для масштабування: від суперечок щодо масштабування Bitcoin до шардінгу Ethereum, від статусних каналів до Rollup. Rollup, як поточне основне рішення, підвищує TPS, зберігаючи при цьому безпеку основного ланцюга. Але воно не торкнулося справжніх меж продуктивності блокчейну, особливо на рівні виконання, яке все ще обмежене послідовною обчислювальною моделлю.

Отже, паралельні обчислення в межах ланцюга поступово входять у поле зору галузі. Вони намагаються оновити блокчейн з однониткового режиму до системи високої конкурентоспроможності, зберігаючи атомарність одного ланцюга. Це не тільки може забезпечити підвищення пропускної спроможності в сотні разів, але й може стати ключем до вибухового зростання застосування смарт-контрактів.

Насправді, Web2 вже давно широко використовує оптимізаційні моделі, такі як паралельне програмування. Блокчейн, як більш первісна обчислювальна система, ще не використав ці паралельні ідеї в повній мірі. Це і обмеження, і можливість. Нове покоління проєктів досліджує можливості підвищення паралелізму в межах ланцюга до більш глибоких механізмів, демонструючи все більше ознак, схожих на сучасні операційні системи.

Можна сказати, що паралельні обчислення є не лише оптимізацією продуктивності, а й переломним моментом у моделі виконання блокчейну. Вони переосмислюють основну логіку обробки транзакцій, забезпечуючи стійку інфраструктурну підтримку для майбутніх нативних застосунків Web3.

Після конвергенції Rollup внутрішня паралельність стає ключовою змінною в новому циклі конкуренції Layer1. Це не лише технологічні змагання, а й боротьба за парадигму. Наступне покоління суверенних платформ виконання в світі Web3, ймовірно, народиться з цієї боротьби.

По-друге, панорама парадигми експансії: п'ять типів маршрутів, кожен зі своїм акцентом

Розширення як найважливіша тема еволюції технологій публічних блокчейнів спричинило появу майже всіх основних технічних шляхів за останнє десятиліття. З початку суперечки про розмір блоку Bitcoin ця технічна гонка врешті-решт розділилася на п'ять основних маршрутів, кожен з яких має свою технічну філософію, складність реалізації та відповідні сценарії використання.

Перша категорія - це найбільш прямий спосіб розширення на ланцюгу, наприклад, збільшення розміру блоку, скорочення часу створення блоку тощо. Цей метод зберігає простоту одноланцюгової узгодженості, але легко стикається з ризиками централізації та іншими системними обмеженнями, тому в даний час більше не є основним ключовим рішенням.

Другий тип – це розширення поза ланцюгом, такі як канали стану та бічні ланцюги. Цей шлях переносить більшість торговельних активностей за межі ланцюга, записуючи лише остаточний результат у головний ланцюг. Хоча теоретично він може бути безмежно розширюваним за пропускною спроможністю, проте проблеми з моделлю довіри до позаланцюгових транзакцій обмежують його застосування.

Третій тип - це найбільш широко впроваджений маршрут Layer2 Rollup. Розширення реалізується за допомогою механізму виконання поза ланцюгом та верифікації на ланцюзі. Optimistic Rollup і ZK Rollup мають свої переваги, але також виявляють середні обмеження, такі як надмірна залежність від доступності даних.

Четвертий тип – це модульна архітектура блокчейну, яка виникла в останні роки. Вона розділяє основні функції блокчейну на кілька спеціалізованих ланцюгів, які виконують різні функції. Цей напрямок має високу гнучкість, але вимоги до безпеки між ланцюгами є надзвичайно високими, а поріг входження значно вищий, ніж у традиційному дизайні ланцюгів.

П'ята категорія – це шлях оптимізації паралельних обчислень у ланцюзі, який є основною темою даної статті. Вона підкреслює зміну архітектури виконання всередині одного ланцюга для реалізації паралельної обробки атомарних транзакцій. Перевага цього напрямку полягає в тому, що він дозволяє подолати межі продуктивності без залежності від багатоланцевої архітектури, одночасно забезпечуючи достатню обчислювальну гнучкість для складних смарт-контрактів.

Ці п'ять типів шляхів відображають систематичний баланс між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю розробки в блокчейні. Кожен шлях не може вирішити всі проблеми, але разом вони створюють загальну картину оновлення обчислювальної парадигми Web3.

Як в історії комп'ютерів перехід від однокристальних до багатоядерних, так і шлях масштабування Web3 зрештою призведе до ери високої паралельності виконання. У цій епосі продуктивність більше не буде лише змаганням швидкості ланцюга, а стане комплексним вираженням базової філософії дизайну та контролю системи. А паралельність всередині ланцюга може стати остаточною ареною цієї тривалої війни.

Три. Класифікаційна карта паралельних обчислень: п'ять основних шляхів від облікового запису до команди

Від вихідної моделі технології паралельних обчислень можна поділити на п'ять шляхів: паралельність на рівні облікових записів, паралельність на рівні об'єктів, паралельність на рівні транзакцій, паралельність на рівні віртуальної машини та паралельність на рівні інструкцій. Ці п'ять категорій шляхів від грубозернистих до тонкозернистих є не лише безперервним процесом уточнення паралельної логіки, але й шляхом, де складність системи та складність планування постійно зростають.

Паралелізм на рівні облікового запису, представлений Solana, ґрунтується на розділенні облікового запису та стану, визначаючи конфліктні відносини через статичний аналіз набору облікових записів, залучених до транзакцій. Підходить для обробки чітко структурованих транзакцій, але при роботі зі складними смарт-контрактами паралелізм може знижуватися.

Об'єктний рівень паралелізму вводить семантичну абстракцію ресурсів і модулів, здійснюючи планування на основі більш дрібнозернистих "об'єктів стану". Aptos і Sui є дослідниками в цьому напрямі, особливо Sui, який через мову Move визначає власність ресурсів під час компіляції, реалізуючи точний контроль за конфліктами доступу до ресурсів.

Паралелізм на рівні транзакцій представлений Monad, Sei, Fuel, що формує граф залежностей навколо всієї транзакції для виконання в паралельному потоці. Цей дизайн дозволяє системі максимально використовувати паралелізм, не маючи повного уявлення про структуру підлеглих станів.

Паралельність на рівні віртуальної машини вбудовує здатність до паралельного виконання в логіку планування інструкцій на рівні VM. MegaETH, як "супервіртуальна машинна експеримент" екосистеми Ethereum, намагається підтримувати багатопоточне паралельне виконання коду смарт-контрактів шляхом перепроектування EVM.

Інструкційний рівень паралелізму є найдрібнішою одиницею, що походить від сучасного виконання команд у випадковому порядку та проєктування конвеєра інструкцій. Команда Fuel на початковому етапі впровадила модель виконання з можливістю перерозподілу інструкцій у FuelVM, що в майбутньому може підняти співпрацю між блокчейном та апаратним забезпеченням на новий рівень.

Ці п'ять основних шляхів складають спектр розвитку паралельних обчислень у ланцюзі, що позначає перехід моделі обчислень блокчейну від традиційної повної послідовної консенсусної книги до високопродуктивного розподіленого середовища виконання. Вибір паралельних шляхів різними публічними блокчейнами визначить межу витривалості їх майбутньої екосистеми застосувань та їх основну конкурентоспроможність.

Чотири, глибоке пояснення двох основних треків: Monad проти MegaETH

Поточний ринок зосереджується на двох основних технічних напрямках: "паралельний обчислювальний ланцюг з нуля на основі Monad" та "революція внутрішньої паралельності EVM на основі MegaETH". Обидва напрямки представляють собою два табори у змаганні паралельних парадигм: "реформістів" та "сумісників".

Monad використовує радикальний реконструктивізм, черпаючи натхнення з сучасних баз даних та високопродуктивних багатоядерних систем для переосмислення блокчейн-двигуна виконання. Його основні технології включають оптимістичний контроль паралелізму, розкладку транзакцій у DAG, механізми виконання в довільному порядку тощо, з метою підвищення продуктивності ланцюга до мільйонів TPS. Monad підтримує сумісність з Solidity через проміжний мовний рівень, застосовуючи стратегію "поверхнева сумісність, глибока реконструкція".

MegaETH обирає виходити з існуючого світу Ethereum, впроваджуючи паралельні обчислювальні потужності в EVM виконавчий двигун. Він не змінює специфікацію EVM, а перепроєктовує модель виконання інструкцій, впроваджуючи механізми ізоляції на рівні потоків, асинхронного виконання на рівні контрактів тощо. Цей шлях "консервативної революції" є надзвичайно привабливим для екосистеми Ethereum L2, пропонуючи ідеальний шлях для підвищення продуктивності без потреби в міграції синтаксису.

Monad більше підходить для побудови зовсім нових систем з нуля, проектів, що прагнуть до максимальної пропускної спроможності; MegaETH, в свою чергу, більше підходить для L2 та DeFi проектів, які сподіваються на підвищення продуктивності з мінімальними змінами в розробці. Обидва можуть в майбутньому зійтися в модульній архітектурі блокчейну, спільно утворюючи дві крила високопродуктивного розподіленого виконавчого двигуна Web3.

П'ять. Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

Паралельні обчислення переходять від проектування на папері до впровадження на блокчейні, вивільняючи величезний потенціал. Вони не лише підвищують продуктивність системи, але й сприяють виникненню нових парадигм розробки та бізнес-моделей.

З точки зору можливостей, по-перше, це "скасування стелі застосувань". Паралельні обчислення підтримуватимуть справжню високу частоту взаємодії на ланцюгу, таку як ігри на ланцюгу з логікою реального часу, автономні AI-агенти на ланцюгу тощо. По-друге, інструментальний ланцюг для розробників та абстрактний рівень віртуальної машини також будуть перетворені завдяки паралелізації, що сприятиме появі нового покоління інфраструктури. Одночасно, модульний блокчейн забезпечує практичний шлях для паралельних обчислень, що може сформувати інтегровану архітектуру високої продуктивності від нижнього рівня даних до виконавчої логіки.

Однак, паралельні обчислення також стикаються з багатьма викликами. З технічної точки зору необхідно вирішити проблеми забезпечення узгодженості стану при конкурентному доступі, обробки конфліктів транзакцій та інші труднощі. З екологічної точки зору це стосується готовності розробників до міграції, здатності до проектування паралельних моделей та інших м'яких питань. Саме ці фактори визначають, чи зможе паралельне обчислення сформувати екологічний потенціал.

Врешті-решт, майбутнє паралельних обчислень є як перемогою системного інженерії, так і випробуванням екологічного дизайну. Воно переосмислить "сутність ланцюга", зробивши такі можливості, як пропускна спроможність стану, одночасність транзакцій тощо, першорядними показниками вартості ланцюга. Справжня реалізація цього стрибка в парадигмі паралельних обчислень стане най核心, найпотужнішим інфраструктурним примітивом з ефектом компаунду в новому циклі, можливо, складе поворотний момент у загальному обчислювальному парадигмі Web3.

Шість, Висновок: Чи є паралельні обчислення кращим шляхом для рідного масштабування Web3?

У всіх шляхах дослідження меж продуктивності Web3, паралельні обчислення, хоча й не є найпростішими для реалізації, можуть бути найближчими до суті блокчейну. Вони намагаються реконструювати саму модель виконання в атомарності та детермінованості ланцюга, радикально долаючи вузькі місця продуктивності. Цей спосіб масштабування "рідний для ланцюга" не тільки зберігає основну модель довіри блокчейну, але й залишає стійкий ґрунт для складних майбутніх застосувань на ланцюзі.

Паралельні обчислення реконструюють "душу ланцюга". Це може бути не короткостроковим шляхом до проходження, але, ймовірно, єдиним сталим правильним шляхом у тривалій еволюції Web3. Ми стаємо свідками стрибка архітектури, схожого на перехід від однопроцесорного ЦП до багатоядерних/потокових ОС, а прототип нативної операційної системи Web3, можливо, прихований у цих паралельних експериментах у ланцюгах.