Глибоке дослідження паралельних обчислень Web3: остаточний шлях рідного масштабування

Один. Вступ: Розширення є вічною темою, паралельність є фінальною ареною

Блокчейн-системи з моменту свого виникнення стикаються з основною проблемою розширення. Кількість транзакцій, що обробляються на секунду, для Bitcoin та Ethereum все ще обмежена, значно відстаючи від традиційних систем Web2. Це не проста проблема, яку можна вирішити просто збільшенням кількості серверів, а викликана системними обмеженнями в базовому дизайні блокчейну.

Протягом останніх десяти років ми стали свідками підйому та падіння різних рішень для масштабування — від битви за масштабування Bitcoin до плану шардінгу Ethereum, від каналів стану до Rollup. Наразі найбільш популярні рішення Rollup, хоча і підвищують TPS, але все ще не досягають справжнього максимуму "одноланкової продуктивності" на базовому рівні блокчейну.

Отже, паралельні обчислення в межах ланцюга почали входити в увагу галузі. На відміну від розширення поза ланцюгом, паралельні обчислення в межах ланцюга намагаються повністю реконструювати виконавчий механізм, зберігаючи при цьому одноланцюгову структуру, оновлюючи блокчейн з "послідовного виконання по кожній транзакції" до "багатопотокової + конвеєрної + планування залежностей" високо конкурентної системи. Це може не лише привести до збільшення пропускної спроможності в сотні разів, але й стати ключовою основою для вибухового зростання застосувань смарт-контрактів.

Можна стверджувати, що паралельні обчислення не лише є засобом оптимізації продуктивності, але й поворотним моментом у моделі виконання блокчейну. Вони кидають виклик основним моделям виконання смарт-контрактів, забезпечуючи справжню сталість інфраструктури для майбутніх нативних застосунків Web3. Після того, як у секторі Rollup стало все більше однорідності, паралельні обчислення в ланцюгу стають визначальним фактором конкуренції Layer1 нового циклу. Це не лише технічні змагання, але й боротьба за парадигму.

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

Розширення, як одна з найважливіших тем еволюції технології публічних ланцюгів, сприяло появі та еволюції майже всіх основних технологічних шляхів за останнє десятиліття. Починаючи з суперечки про розмір блоку біткоїна, ця технологічна конкуренція щодо "як зробити ланцюг швидшим", зрештою розділилася на п’ять основних напрямків:

1. Розширення на ланцюгу: безпосереднє збільшення розміру блоку, скорочення часу між створенням блоків тощо. Хоча зберігається узгодженість однієї ланцюга, але це може призвести до ризику централізації та системних обмежень.

2. Розширення поза ланцюгом: такі як канали стану та бічні ланцюги, які переміщують більшість транзакцій за межі ланцюга. Можливість безмежного розширення пропускної здатності, але існують проблеми з моделлю довіри, безпекою коштів тощо.

3. Layer2 Rollup: виконання поза ланцюгом, перевірка в ланцюзі. Наразі це найпопулярніше рішення, але існують середньострокові обмеження, такі як надмірна залежність від доступності даних.

4. Модульний блокчейн: такі як Celestia, Avail та інші, розділяють основні функції блокчейну. Перевага в гнучкій заміні компонентів, але виклик полягає в високих витратах на синхронізацію та верифікацію між модулями.

5. Паралельні обчислення в ланцюзі: переписати логіку планування віртуальної машини, впровадити механізми планування сучасних обчислювальних систем. Перевага полягає в тому, що можна подолати обмеження пропускної здатності, не покладаючись на багатоланцеву архітектуру, що є важливою технологічною передумовою для складних майбутніх сценаріїв застосування.

Ці п'ять типів шляхів відображають систематичний компроміс між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю розробки в блокчейні. Жоден з цих шляхів не може вирішити всі проблеми, але разом вони складають панораму оновлення парадигми обчислень Web3.

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

Паралельні обчислювальні технології можна розділити на п'ять шляхів, від грубої до дрібної градації:

1. Рівень облікового запису: на прикладі Solana, на основі розділення облікового запису та стану, за допомогою статичного аналізу визначається, чи існують конфлікти в транзакціях.

2. Об'єктний рівень паралелізму: такі як Aptos та Sui, здійснюють паралельне планування на основі більш тонкозернистих "об'єктів стану".

3. Паралелізм на рівні транзакцій: з представниками Monad, Sei, Fuel, що побудовані навколо графа залежностей для паралельного виконання всього торгового транзакцій.

4. Паралельність на рівні віртуальної машини: наприклад, MegaETH, вбудовує можливості паралельного виконання в логіку планування інструкцій на базовому рівні ВМ.

5. Інструкційний рівень паралелізму: запозичення ідеї сучасних ЦПУ з пропускною виконанням, аналіз розкладу кожної операції та паралельне перерозподілення.

Ці п'ять типів шляхів від статичних структур даних до динамічних механізмів планування постійно підвищують складність та труднощі планування. Вони вказують на перехід моделей обчислень блокчейну від традиційного послідовного виконання до високопродуктивного розподіленого виконавчого середовища.

Чотири, глибоке розкриття двох основних напрямків: Monad проти MegaETH

Поточні основні технологічні напрямки, на які зосереджений ринок, це:

1. Monad: "Побудова паралельного обчислювального ланцюга з нуля"

   • Використання оптимістичного контролю паралелізму, технології планування транзакцій DAG та інших технологій бази даних
   • Мета полягає в підвищенні продуктивності обробки транзакцій мережі до рівня мільйона TPS.
   • Реалізація сумісності з Solidity через проміжний мовний шар
   • Може стати ідеальним виконавчим шаром для мережі Layer 2 Rollup

2. MegaETH:"Революція паралелізму в EVM"

   • Вбудувати паралельні обчислювальні можливості в існуючий EVM виконавчий двигун
   • Введення механізму ізоляції асинхронного виклику стека та контексту виконання
   • Розробникам не потрібно змінювати існуючі контракти Solidity для отримання підвищення продуктивності
   • Легше отримати екологічну підтримку в короткостроковій перспективі

Monad та MegaETH представляють собою дві паралельні парадигми: перша прагне до прориву в парадигмі, відновлюючи всю логіку від VM до управління станом; друга прагне до поступової оптимізації, виштовхуючи традиційні системи до межі на основі поваги до існуючої екосистеми.

5 Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

Можливості, які надає паралельне обчислення:

1. Відключити обмеження застосунків, підтримати високу частоту взаємодії на ланцюзі
2. Сприяння перетворенню моделі розробки, спричинення появи нового покоління інструментів
3. Надання високопродуктивного модулю виконання для модульного блокчейну

Виклики, з якими стикаються:

1. Гарантія консистентності стану та обробка конфліктів транзакцій
2. Модель безпеки середовища виконання з багатьма потоками ще не повністю сформована
3. Бажання розробників до міграції та виховання екосистеми

Паралельні обчислення змусить нас переосмислити природу блокчейну, і їхній вплив може стати переломним моментом у загальній обчислювальній парадигмі Web3.

Шість, висновок: Чи є паралельні обчислення найкращим шляхом для рідного масштабування Web3?

Паралельні обчислення намагаються реконструювати саму модель виконання в атомарності та детермінованості ланцюга, що є способом розширення, "природним для ланцюга". Вони зберігають основну модель довіри блокчейну, резервуючи продуктивність для майбутніх складних застосувань. Це, можливо, не є коротким шляхом до проходження в короткостроковій перспективі, але може бути єдиним життєздатним шляхом у довгостроковій еволюції Web3. Ми стаємо свідками стрибка архітектури, подібного до переходу від однопроцесорної до багатопроцесорної ОС, і можливо, що зародки Web3 рідної операційної системи приховані в цих паралельних експериментах в ланцюгах.