Investigación profunda sobre la computación paralela en Web3: El camino definitivo para la expansión nativa

I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo

Desde su creación, los sistemas de blockchain han enfrentado el problema central de la escalabilidad. El número de transacciones que Bitcoin y Ethereum pueden procesar por segundo sigue siendo limitado, muy por debajo de los sistemas tradicionales de Web2. Esto no se puede resolver simplemente aumentando la cantidad de servidores, sino que proviene de limitaciones sistémicas en el diseño subyacente de la blockchain.

En la última década, hemos sido testigos del auge y la caída de varios planes de escalabilidad, desde la disputa de escalabilidad de Bitcoin hasta el plan de fragmentación de Ethereum, desde los canales de estado hasta Rollup. Aunque los planes de Rollup más populares en la actualidad han mejorado el TPS, aún no han alcanzado el verdadero límite de "rendimiento de cadena única" en la capa base de la blockchain.

Por lo tanto, la computación paralela dentro de la cadena comienza a entrar en la vista de la industria. A diferencia de la expansión fuera de la cadena, la paralela dentro de la cadena intenta reconstruir por completo el motor de ejecución, manteniendo la estructura de cadena única, actualizando la blockchain de "ejecución de transacciones de forma serial" a un sistema de alta concurrencia de "múltiples hilos + pipeline + programación de dependencias". Esto no solo puede traer aumentos en el rendimiento de cientos de veces, sino que también puede convertirse en la base clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.

Se puede decir que la computación paralela no solo es un medio de optimización del rendimiento, sino que también es un punto de inflexión en el modelo de ejecución de blockchain. Desafía el modelo fundamental de ejecución de contratos inteligentes y proporciona un soporte de infraestructura verdaderamente sostenible para las aplicaciones nativas de Web3 en el futuro. Después de que la pista de Rollup se ha vuelto cada vez más homogénea, la computación paralela en cadena se está convirtiendo en la variable decisiva en la competencia Layer1 del nuevo ciclo. No es solo una carrera técnica, sino también una lucha por el paradigma.

II. Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco rutas, cada una con su énfasis

La escalabilidad, como uno de los temas más importantes en la evolución de la tecnología de las cadenas públicas, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todas las rutas tecnológicas principales en la última década. Desde la controversia sobre el tamaño del bloque de Bitcoin, esta competencia técnica sobre "cómo hacer que la cadena funcione más rápido" ha dado lugar a cinco rutas básicas.

1. Escalabilidad en la cadena: aumentar directamente el tamaño del bloque, reducir el tiempo de creación de bloques, etc. Aunque se mantiene la coherencia de la cadena única, se corre el riesgo de centralización y límites sistémicos.

2. Escalabilidad fuera de la cadena: como canales de estado y cadenas laterales, trasladan la mayor parte de las transacciones fuera de la cadena. La capacidad de procesamiento se puede expandir indefinidamente, pero existen problemas de modelo de confianza, seguridad de los fondos, entre otros.

3. Layer2 Rollup: Ejecución fuera de la cadena, verificación en la cadena. Actualmente, es la solución más popular, pero presenta cuellos de botella a medio plazo, como una dependencia excesiva de la disponibilidad de datos.

4. Blockchain modular: como Celestia, Avail, etc., desacoplan las funciones centrales de la blockchain. La ventaja radica en la flexibilidad para reemplazar componentes, pero el desafío es que los costos de sincronización y verificación entre módulos son altos.

5. Cálculo paralelo en la cadena: reescribir la lógica de programación de VM, introduciendo mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos. La ventaja radica en que puede romper los límites de rendimiento sin depender de una arquitectura de múltiples cadenas, siendo un requisito técnico importante para futuros escenarios de aplicaciones complejas.

La diferenciación de estas cinco categorías de caminos refleja el compromiso sistémico entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad del desarrollo en blockchain. Cada camino no puede resolver todos los problemas, pero en conjunto forman una panorámica de la actualización del paradigma de computación Web3.

Tres, Mapa clasificatorio de la computación paralela: cinco grandes caminos desde la cuenta hasta la instrucción

La tecnología de computación paralela se puede dividir en cinco rutas, que van desde la granularidad gruesa hasta la granularidad fina:

1. Paralelismo a nivel de cuenta: Representado por Solana, basado en el diseño de desacoplamiento de cuenta-estado, a través de análisis estático se determina si hay conflictos en las transacciones.

2. Paralelismo a nivel de objeto: como Aptos y Sui, llevan a cabo la programación concurrente en unidades de "objetos de estado" de mayor granularidad.

3. Paralelismo a nivel de transacción: representado por Monad, Sei y Fuel, construyendo un gráfico de dependencias en torno a toda la transacción para su ejecución concurrente.

4. Paralelismo a nivel de máquina virtual: como MegaETH, incrustar la capacidad de ejecución concurrente en la lógica de programación de instrucciones a nivel de VM.

5. Paralelismo a nivel de instrucciones: tomando como referencia la idea de ejecución fuera de orden de las CPU modernas, se realiza un análisis de programación y reordenamiento paralelo de cada operación.

Estas cinco categorías de rutas van desde estructuras de datos estáticas hasta mecanismos de programación dinámica, aumentando constantemente en complejidad y dificultad de programación. Marcan la transición del modelo de computación de blockchain de la ejecución secuencial tradicional a un entorno de ejecución distribuido de alto rendimiento.

Cuatro, análisis profundo de las dos principales vías: Monad vs MegaETH

Las dos principales rutas tecnológicas en las que se centra actualmente el mercado son:

1. Monad:"Construir una cadena de cálculo paralelo desde cero"

   • Utilizar técnicas de base de datos como control de concurrencia optimista, programación de DAG de transacciones, etc.
   • El objetivo es aumentar el rendimiento de procesamiento de transacciones de la cadena a un nivel de millones de TPS.
   • Lograr la compatibilidad con Solidity a través de una capa de lenguaje intermedio
   • Podría convertirse en la capa de ejecución ideal para una red Layer 2 Rollup

2. MegaETH:"Revolución de paralelismo interno en EVM"

   • Integrar la capacidad de cálculo paralelo en el motor de ejecución EVM existente
   • Introducción de la mecánica de aislamiento del contexto de ejecución y la pila de llamadas asíncronas
   • Los desarrolladores pueden obtener mejoras en el rendimiento sin modificar los contratos existentes de Solidity
   • Más fácil obtener apoyo ecológico a corto plazo

Monad y MegaETH representan dos paradigmas paralelos: el primero busca la ruptura del paradigma, reconstruyendo toda la lógica desde la VM hasta la gestión del estado; el segundo persigue la optimización progresiva, llevando los sistemas tradicionales al límite sobre la base del respeto por el ecosistema existente.

Cinco, oportunidades y desafíos futuros de la computación paralela

Oportunidades que ofrece la computación paralela:

1. Eliminar el límite de la aplicación, soportar interacciones en cadena de alta frecuencia
2. Impulsar la reconfiguración del paradigma de desarrollo, dando lugar a una nueva generación de cadenas de herramientas
3. Proporcionar un módulo de ejecución de alto rendimiento para cadenas de bloques modularizadas

Desafíos que enfrentamos:

1. Garantía de consistencia de concurrencia de estado y manejo de conflictos de transacciones
2. El modelo de seguridad del entorno de ejecución multihilo aún no se ha establecido completamente
3. Voluntad de migración de desarrolladores y cultivo del ecosistema

La computación paralela nos obligará a reexaminar la naturaleza de la blockchain, y su impacto podría ser un punto de inflexión en el paradigma computacional general de Web3.

Seis, Conclusión: ¿Es la computación paralela el mejor camino para la escalabilidad nativa de Web3?

La computación paralela intenta reconstruir el modelo de ejecución en sí mismo en la atomicidad y determinismo de la cadena, siendo una forma de escalabilidad "nativa de la cadena". Mantiene el modelo de confianza central de la blockchain, reservando suelo de rendimiento para futuras aplicaciones complejas. Esto puede no ser un atajo para el éxito a corto plazo, pero podría ser el único camino sostenible en la evolución a largo plazo de Web3. Estamos presenciando una transición arquitectónica similar a la de pasar de un sistema operativo de un solo núcleo a uno de múltiples núcleos; la forma embrionaria de un sistema operativo nativo de Web3 puede estar oculta en estos experimentos paralelos dentro de la cadena.