Peta Panorama Jalur Komputasi Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Ekspansi Asli?

I. Latar Belakang dan Tantangan Perhitungan Paralel Blockchain

"Segitiga Tidak Mungkin" dari blockchain (Blockchain Trilemma) yaitu "keamanan", "desentralisasi", "skalabilitas" mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan maksimal, dapat diakses oleh semua, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik "skalabilitas" yang abadi, saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain yang dominan di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status untuk skala: pemisahan status horizontal / Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe desentralisasi struktur: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti chain modul, sorter bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi model konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithread

Solusi skala blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkatan eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sebuah sistem skala yang lengkap "kolaborasi multi-lapis, kombinasi modul". Artikel ini fokus pada metode skala yang mengutamakan komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi / instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara skalabilitas dapat dibagi menjadi lima kategori, masing-masing mewakili pencapaian kinerja yang berbeda, model pengembangan, dan filosofi arsitektur, dengan ukuran butir paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan tingkat kesulitan implementasi yang semakin tinggi.

• Paralel tingkat akun (Account-level): Mewakili proyek Solana
• Paralel level objek (Object-level): mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi (Transaction-level): Mewakili proyek Monad, Aptos
• Tingkat Panggilan / MicroVM Pararel (Call-level / MicroVM): Mewakili proyek MegaETH
• Paralelisme tingkat instruksi (Instruction-level): Mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem aktor (Model Agen / Aktor), merupakan paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model non-sinkron blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel, pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, tidak termasuk dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas melalui "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralelisme di dalam blok / mesin virtual tunggal. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus pembahasan artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan ide arsitektur.

Dua, EVM Sistem Rantai Peningkatan Paralel: Menerobos Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Konstruksi pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa upaya penskalaan melalui sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun hambatan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan mendasar. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mengimbangi kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi penskalaan baru. Monad dan MegaETH adalah 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 dekomposisi status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan pada pemrosesan pipelining sebagai dasar konsep paralelisme, dengan eksekusi asinkron di lapisan konsensus dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad memperkenalkan protokol BFT berperforma tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB) untuk mencapai optimisasi end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel dengan banyak tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, dengan gagasan inti membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti independen, mewujudkan pemrosesan konkuren antar blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput serta pengurangan latensi. Tahap-tahap ini mencakup: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Eksekusi Decoupled Asinkron

Pada rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai asinkron pada lapisan konsensus, asinkron pada lapisan eksekusi, dan asinkron pada penyimpanan melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih tangguh, proses penanganan lebih terperinci, dan pemanfaatan sumber daya lebih tinggi.

Desain Inti:

• Proses konsensus (lapisan konsensus) hanya bertanggung jawab untuk mengurutkan transaksi, tidak menjalankan logika kontrak.
• Proses eksekusi (lapisan eksekusi) dipicu secara asinkron setelah konsensus selesai.
• Setelah konsensus selesai, segera masuk ke proses konsensus blok berikutnya tanpa perlu menunggu eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis：Optimis Paralel Eksekusi

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

Mekanisme pelaksanaan:

• Monad akan mengeksekusi semua transaksi secara paralel dengan optimis, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan "Detektor Konflik (Conflict Detector))" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama (seperti konflik baca/tulis).
• Jika terdeteksi konflik, transaksi konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

Monad memilih jalur yang kompatibel: melakukan sedikit perubahan pada aturan EVM, dan selama proses eksekusi, mewujudkan paralelisme melalui penundaan penulisan status dan deteksi konflik secara dinamis, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kedewasaan yang baik memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan pemetaan L1 Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berperforma tinggi yang kompatibel dengan EVM yang modular, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 mandiri, atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara mandiri, untuk mencapai eksekusi bersamaan yang tinggi di dalam rantai dan kemampuan respons yang latens rendah. Inovasi kunci yang diusulkan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status terarah dan bebas siklus) serta mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM (Mikro Mesin Virtual): Akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro mesin virtual (Micro-VM) per akun", yang membuat lingkungan eksekusi "terthread", menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan pemanggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen dan menyimpan secara independen, secara alami paralel.

Ketergantungan Negara DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

MegaETH membangun sistem penjadwalan DAG yang berbasis pada hubungan akses status akun, sistem ini secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph), setiap transaksi memodifikasi akun-akun tertentu dan membaca akun-akun tertentu, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-repetitif selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM single-thread tradisional dengan menerapkan pembungkusan mikro-vm berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan mengganti tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang secara menyeluruh dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi", memberikan pemikiran baru yang tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM independen, menggunakan penjadwalan eksekusi asinkron untuk melepaskan potensi paralel yang ekstrem. Secara teori, batas paralel MegaETH lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit untuk mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah ide Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki prinsip desain yang sangat berbeda dengan sharding: sharding memecah blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen (shards), di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single chain dalam perluasan lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single chain, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimisasi eksekusi paralel ekstrem di dalam single chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain: penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama fokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur micro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel pada tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network adalah jaringan blockchain L1 paralel modular dan full-stack, di mana mekanisme komputasi paralel intinya disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm) melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti zero-knowledge proofs (ZK) dan trusted execution environments (TEE).

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Proses Pipa Asinkron Seluruh Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan cara pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang 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. Jaringan Penanganan Khusus (SPNs): SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang dirancang khusus untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat mencapai alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT