Nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường tối thượng cho mở rộng gốc

Một, Lời nói đầu: Mở rộng là đề tài vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Hệ thống blockchain từ khi ra đời đã phải đối mặt với vấn đề cốt lõi về khả năng mở rộng. Khả năng xử lý giao dịch của Bitcoin và Ethereum có hạn, không thể đáp ứng nhu cầu ứng dụng quy mô lớn. Đây không phải là vấn đề đơn giản có thể giải quyết bằng cách tăng cường phần cứng, mà là giới hạn hệ thống trong thiết kế nền tảng của blockchain.

Trong mười năm qua, ngành công nghiệp đã thử nghiệm nhiều giải pháp mở rộng, từ cuộc tranh cãi mở rộng Bitcoin đến phân đoạn Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup. Rollup, với tư cách là giải pháp chính hiện nay, đã cải thiện TPS trong khi vẫn giữ được tính an toàn của chuỗi chính. Tuy nhiên, nó vẫn chưa chạm đến giới hạn thực sự của hiệu suất cơ sở của blockchain, đặc biệt là ở cấp độ thực thi vẫn bị giới hạn bởi mô hình tính toán tuần tự.

Do đó, tính toán song song trong chuỗi dần dần đi vào tầm nhìn của ngành. Nó cố gắng nâng cấp blockchain từ chế độ đơn luồng lên hệ thống tính toán có độ song song cao trong khi vẫn giữ nguyên tính nguyên tử của chuỗi đơn. Điều này không chỉ có thể đạt được sự gia tăng hàng trăm lần về thông lượng mà còn có thể trở thành chìa khóa cho sự bùng nổ của các ứng dụng hợp đồng thông minh.

Trên thực tế, Web2 đã áp dụng rộng rãi các mô hình tối ưu hóa như lập trình song song. Blockchain, với tư cách là một hệ thống tính toán nguyên thủy hơn, vẫn chưa tận dụng đầy đủ những tư tưởng song song này. Đây既是局限,也是机会. Các dự án thế hệ mới đang khám phá việc nâng cao sự song song trong chuỗi lên các cơ chế sâu hơn, thể hiện các đặc điểm ngày càng gần gũi với hệ điều hành hiện đại.

Có thể nói, tính toán song song không chỉ là tối ưu hóa hiệu suất, mà còn là bước ngoặt trong mô hình thực thi blockchain. Nó định nghĩa lại logic cơ bản của xử lý giao dịch, cung cấp hạ tầng bền vững cho các ứng dụng gốc Web3 trong tương lai.

Sau khi Rollup hội tụ, sự song song trong chuỗi đang trở thành biến số quan trọng trong cuộc cạnh tranh Layer1 của chu kỳ mới. Đây không chỉ là cuộc đua công nghệ, mà còn là cuộc tranh giành về mô hình. Nền tảng thực thi chủ quyền thế hệ tiếp theo của thế giới Web3 rất có thể sẽ ra đời từ cuộc đấu tranh này.

Hai, Bản đồ toàn cảnh về mô hình mở rộng: Năm loại lộ trình, mỗi loại có trọng tâm riêng

Mở rộng, như một chủ đề quan trọng trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã sinh ra gần như tất cả các con đường công nghệ chủ đạo trong gần một thập kỷ qua. Bắt đầu từ cuộc tranh cãi về kích thước khối Bitcoin, cuộc đua công nghệ này cuối cùng đã phân hóa thành năm con đường cơ bản, mỗi con đường đều có triết lý công nghệ, độ khó triển khai và bối cảnh áp dụng riêng.

Loại đầu tiên là mở rộng chuỗi trực tiếp nhất, chẳng hạn như tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Cách này giữ lại sự đơn giản của tính nhất quán chuỗi đơn, nhưng dễ gặp phải rủi ro tập trung và các giới hạn hệ thống khác, hiện đã không còn là giải pháp cốt lõi chính.

Loại thứ hai là mở rộng ngoài chuỗi, chẳng hạn như kênh trạng thái và chuỗi phụ. Các con đường này chuyển hầu hết hoạt động giao dịch ra ngoài chuỗi, chỉ ghi lại kết quả cuối cùng vào chuỗi chính. Mặc dù về lý thuyết có thể mở rộng thông lượng vô hạn, nhưng các vấn đề như mô hình tin cậy của giao dịch ngoài chuỗi đã hạn chế ứng dụng của nó.

Loại thứ ba là tuyến Layer2 Rollup được triển khai rộng rãi nhất hiện nay. Thực hiện mở rộng thông qua cơ chế thực thi ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi. Optimistic Rollup và ZK Rollup đều có ưu điểm riêng, nhưng cũng bộc lộ những nút thắt trung hạn như sự phụ thuộc quá mạnh vào khả năng sẵn có của dữ liệu.

Loại thứ tư là kiến trúc blockchain mô-đun nổi lên trong những năm gần đây. Nó tách rời các chức năng cốt lõi của blockchain, được hoàn thành bởi nhiều chuỗi chuyên biệt thực hiện các chức năng khác nhau. Hướng đi này có tính linh hoạt cao, nhưng yêu cầu về an toàn giữa các chuỗi rất cao, mức độ khó phát triển cao hơn nhiều so với thiết kế chuỗi truyền thống.

Thể loại thứ năm là con đường tối ưu hóa tính toán song song trong chuỗi mà bài viết này tập trung phân tích. Nó nhấn mạnh việc thay đổi kiến trúc của engine thực thi bên trong một chuỗi đơn, nhằm đạt được xử lý đồng thời các giao dịch nguyên tử. Ưu điểm của hướng đi này là không phụ thuộc vào kiến trúc đa chuỗi để vượt qua giới hạn hiệu suất, đồng thời cung cấp đủ tính linh hoạt tính toán cho các hợp đồng thông minh phức tạp.

Năm loại đường đi này phản ánh sự cân nhắc hệ thống giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, tính an toàn và độ phức tạp trong phát triển của blockchain. Mỗi con đường đều không thể giải quyết tất cả các vấn đề, nhưng chúng tạo thành bức tranh toàn cảnh cho sự nâng cấp của mô hình tính toán Web3.

Cũng như trong lịch sử, máy tính đã chuyển từ đa nhân sang đa nhân, con đường mở rộng của Web3 cuối cùng cũng sẽ tiến tới thời đại thực thi đa dạng hóa cao. Trong thời đại này, hiệu suất không còn chỉ là cuộc đua về tốc độ chuỗi, mà là sự thể hiện tổng hợp của triết lý thiết kế cơ sở và khả năng kiểm soát hệ thống. Và sự song song trong chuỗi có thể là chiến trường cuối cùng của cuộc chiến lâu dài này.

Ba, Bản đồ phân loại tính toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến lệnh

Bắt đầu từ mô hình thực thi, công nghệ tính toán song song có thể được chia thành năm con đường: song song cấp tài khoản, song song cấp đối tượng, song song cấp giao dịch, song song cấp máy ảo và song song cấp lệnh. Năm loại con đường này từ thô đến tinh, vừa là quá trình tinh chỉnh logic song song, vừa là con đường mà độ phức tạp của hệ thống và độ khó trong lập lịch ngày càng tăng.

Song song cấp tài khoản đại diện cho Solana, dựa trên thiết kế tách biệt tài khoản - trạng thái, thông qua phân tích tĩnh tập hợp tài khoản liên quan đến giao dịch để xác định mối quan hệ xung đột. Phù hợp để xử lý các giao dịch có cấu trúc rõ ràng, nhưng khi đối mặt với hợp đồng thông minh phức tạp, độ song song có thể giảm.

Việc song song theo cấp đối tượng đã giới thiệu sự trừu tượng về ngữ nghĩa của tài nguyên và mô-đun, với "đối tượng trạng thái" có độ tinh vi hơn làm đơn vị để thực hiện lập lịch. Aptos và Sui là những người khám phá trong hướng này, đặc biệt là Sui thông qua ngôn ngữ Move đã định nghĩa quyền sở hữu tài nguyên ngay tại thời điểm biên dịch, thực hiện kiểm soát chính xác xung đột truy cập tài nguyên.

Đồng thời thực hiện ở cấp độ giao dịch với các đại diện như Monad, Sei, Fuel, xây dựng đồ thị phụ thuộc quanh toàn bộ giao dịch để thực hiện luồng song song. Thiết kế này cho phép hệ thống tối đa hóa khả năng khai thác tính song song mà không cần hiểu rõ cấu trúc trạng thái cơ sở.

Song song cấp độ máy ảo nhúng khả năng thực thi đồng thời vào logic lập lịch chỉ thị ở tầng VM. MegaETH, như một "thí nghiệm máy ảo siêu" trong hệ sinh thái Ethereum, đang cố gắng thiết kế lại EVM để hỗ trợ việc thực thi hợp đồng thông minh đa luồng đồng thời.

Song song cấp lệnh là con đường có độ phân giải nhỏ nhất, xuất phát từ việc thực hiện không theo thứ tự và thiết kế ống dẫn lệnh của CPU hiện đại. Nhóm Fuel đã giới thiệu mô hình thực hiện có thể sắp xếp lại cấp lệnh trong FuelVM, và trong tương lai có thể đẩy thiết kế đồng bộ giữa blockchain và phần cứng lên một tầm cao mới.

Năm con đường này tạo thành quang phổ phát triển của tính toán song song trên chuỗi, đánh dấu sự chuyển đổi của mô hình tính toán blockchain từ sổ cái đồng thuận toàn bộ truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao. Lựa chọn con đường song song của các chuỗi công khác nhau sẽ quyết định giới hạn khả năng chịu đựng của hệ sinh thái ứng dụng trong tương lai và năng lực cạnh tranh cốt lõi của nó.

Bốn, Phân tích sâu về hai đấu trường chính: Monad vs MegaETH

Hiện tại, hai tuyến công nghệ chính mà thị trường đang tập trung nhiều nhất là "Xây dựng chuỗi tính toán song song từ con số không" đại diện bởi Monad, và "Cách mạng song song bên trong EVM" đại diện bởi MegaETH. Hai bên đại diện cho hai trường phái "Cải cách" và "Tương thích" trong cuộc cạnh tranh về mô hình song song.

Monad áp dụng một lộ trình tái cấu trúc triệt để, lấy cảm hứng từ cơ sở dữ liệu hiện đại và hệ thống đa lõi hiệu suất cao để định nghĩa lại động cơ thực thi blockchain. Công nghệ cốt lõi của nó bao gồm kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực thi không theo thứ tự và các cơ chế khác, nhằm nâng cao hiệu suất chuỗi lên mức triệu TPS. Monad hỗ trợ tính tương thích với Solidity thông qua lớp ngôn ngữ trung gian, áp dụng chiến lược "tương thích bề mặt, tái cấu trúc lớp dưới".

MegaETH chọn cách xuất phát từ thế giới Ethereum hiện có, tích hợp khả năng tính toán song song vào động cơ thực thi EVM. Nó không thay đổi tiêu chuẩn EVM, mà là tái cấu trúc mô hình thực thi lệnh, giới thiệu các cơ chế cách ly cấp luồng, thực thi bất đồng bộ cấp hợp đồng, v.v. Con đường "cách mạng bảo thủ" này cực kỳ hấp dẫn đối với hệ sinh thái L2 của Ethereum, cung cấp con đường lý tưởng để nâng cấp hiệu suất mà không cần di chuyển cú pháp.

Monad phù hợp hơn cho việc xây dựng hệ thống hoàn toàn mới từ đầu, theo đuổi thông lượng tối đa; MegaETH thì phù hợp hơn cho các dự án L2 và DeFi mong muốn nâng cấp hiệu suất thông qua thay đổi phát triển tối thiểu. Hai bên có thể đi đến cùng một đích trong kiến trúc blockchain mô-đun trong tương lai, cùng tạo thành hai cánh của động cơ thực thi phân tán hiệu suất cao Web3.

Năm, Cơ hội và Thách thức Tương lai của Tính toán Song song

Tính toán song song đang chuyển từ thiết kế trên giấy sang triển khai trên chuỗi, giải phóng tiềm năng khổng lồ. Nó không chỉ mang lại sự cải thiện hiệu suất hệ thống, mà còn sinh ra các mô hình phát triển và kinh doanh mới.

Từ góc độ cơ hội, trước tiên là "giải phóng trần ứng dụng". Tính toán song song sẽ hỗ trợ tương tác tần suất cao thực sự trên chuỗi, như các trò chơi trên chuỗi có logic chiến đấu theo thời gian thực, AI Agent tự trị trên chuỗi, v.v. Thứ hai, chuỗi công cụ cho lập trình viên và lớp trừu tượng máy ảo cũng sẽ được tái cấu trúc nhờ vào tính toán song song, sinh ra cơ sở hạ tầng thế hệ mới. Đồng thời, blockchain mô-đun cung cấp con đường thực hiện cho tính toán song song, có thể tạo ra kiến trúc tích hợp hiệu suất cao từ dữ liệu cơ sở đến logic thực thi.

Tuy nhiên, tính toán song song cũng đối mặt với nhiều thách thức. Ở cấp độ kỹ thuật, cần giải quyết các vấn đề như đảm bảo tính nhất quán của trạng thái đồng thời, xử lý xung đột giao dịch. Ở cấp độ sinh thái, liên quan đến sự sẵn sàng di chuyển của các nhà phát triển, khả năng thiết kế mô hình song song và các vấn đề mềm khác. Đây mới là những yếu tố quyết định xem tính toán song song có thể hình thành tiềm năng sinh thái hay không.

Cuối cùng, tương lai của tính toán song song vừa là chiến thắng của kỹ thuật hệ thống, vừa là thử thách của thiết kế sinh thái. Nó sẽ định nghĩa lại "bản chất của chuỗi", khiến cho khả năng thông lượng trạng thái, đồng thời giao dịch trở thành chỉ số chính của giá trị chuỗi. Mô hình tính toán song song thực sự hoàn thành bước nhảy này sẽ trở thành nguyên tố cơ sở hạ tầng cốt lõi nhất, có hiệu ứng lãi kép trong chu kỳ mới, có thể là bước ngoặt trong mô hình tính toán tổng thể của Web3.

Sáu, Kết luận: Tính toán song song, có phải là con đường mở rộng bản địa Web3 tốt nhất không?

Trong tất cả các con đường khám phá ranh giới hiệu suất Web3, tính toán song song mặc dù không phải là dễ thực hiện nhất, nhưng có thể gần nhất với bản chất của blockchain. Nó cố gắng tái cấu trúc chính mô hình thực thi trong tính nguyên tử và tính xác định của chuỗi, từ đó vượt qua các nút thắt hiệu suất một cách căn bản. Phương thức mở rộng "bản địa trong chuỗi" này không chỉ bảo tồn mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain, mà còn dành đất cho hiệu suất bền vững cho các ứng dụng phức tạp trên chuỗi trong tương lai.

Tính toán song song tái cấu trúc "linh hồn của chuỗi". Điều này có thể không phải là con đường tắt cho việc thông qua ngắn hạn, nhưng rất có thể là con đường đúng duy nhất có thể bền vững trong sự tiến hóa dài hạn của Web3. Chúng ta đang chứng kiến một sự chuyển mình tương tự như từ CPU đơn nhân sang hệ điều hành đa nhân/luồng, và hình thái của hệ điều hành gốc Web3 có lẽ đang ẩn mình trong những thí nghiệm song song trong các chuỗi này.