Peta Panorama Lintasan Perhitungan Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Skalabilitas Asli?

"Segitiga Tidak Mungkin" blockchain ( Blockchain Trilemma ) "Keamanan", "Desentralisasi", dan "Skalabilitas" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu sulit bagi proyek blockchain untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Terkait dengan topik "skala", saat ini solusi peningkatan skala blockchain yang mainstream di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di lokasi, seperti paralel, GPU, multi-core
• Peningkatan Isolasi Status: Pemisahan Horizontal Status/Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi-Subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi desentralisasi struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, misalnya rantai modul, pengurut bersama, Rollup Mesh
• Penskalaan konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

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

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

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

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem agen pintar (Agent / Actor Model), termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model non-blok sinkron ), setiap Agen berfungsi sebagai "proses pintar" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel untuk pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skala seperti Rollup atau sharding yang sudah sangat kita kenal, merupakan mekanisme konkuren tingkat sistem, dan bukan merupakan perhitungan paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skala dengan "menjalankan beberapa rantai/area eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok/mesin virtual. Solusi skala seperti ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan dalam konsep arsitektur.

Dua, EVM sistem rantai paralel yang ditingkatkan: Memecahkan batasan kinerja dalam kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui beberapa putaran percobaan skala seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun bottleneck throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. Namun, EVM dan Solidity masih merupakan platform kontrak pintar yang memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel berbasis EVM sebagai jalur kunci yang memperhatikan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skala baru. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif di arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konkuren tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan penundaan eksekusi dan pemecahan status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), yang didasarkan pada konsep paralelisme dasar (Pipelining), dengan pelaksanaan asinkron di lapisan konsensus (Asynchronous Execution) dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi (Optimistic Parallel Execution). Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad masing-masing memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB) untuk mewujudkan optimasi ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar eksekusi paralel Monad, di mana inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipeline tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan di thread atau inti yang terpisah, memungkinkan pemrosesan paralel lintas blok, dengan tujuan akhir untuk meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: proposal transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Desas-desus-Desas Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini secara serius membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan latensi konfirmasi, membuat sistem lebih gesit, proses yang lebih terperinci, dan pemanfaatan sumber daya yang 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：Eksekusi Paralel Optimis

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

Mekanisme pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan "Conflict Detector(Conflict Detector)" secara bersamaan untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama( seperti konflik baca/tulis).
• Jika terjadi konflik, transaksi yang bertentangan akan diserialisasi dan dieksekusi ulang, memastikan keakuratan status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dan dalam proses eksekusi, mewujudkan paralelisme dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, dengan kedewasaan yang baik untuk memudahkan migrasi ekosistem EVM, menjadi akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang modular dan kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 yang independen, atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum (Execution Layer) atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat tinggi di dalam rantai dan respons dengan latensi rendah. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG(graf ketergantungan status terarah tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "threading dalam rantai".

Micro-VM( mesin virtual mikro) arsitektur: akun adalah thread

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

State Dependency DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

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

Eksekusi Asynchronous dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas yang tradisional, mewujudkan pengemasan mikro mesin virtual berdasarkan unit akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" dalam semua dimensi, menyediakan ide-ide baru yang setara dengan paradigma untuk membangun sistem rantai on-high-performance generasi berikutnya.

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

Desain konsep Monad dan MegaETH sangat berbeda dari sharding ( Sharding ): Sharding membagi 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 memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, mengoptimalkan pelaksanaan 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 berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS di dalam rantai. Ini dicapai melalui pelaksanaan tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur micro-virtual machine (Micro-VM) untuk memfasilitasi pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 modular dan full-stack paralel, memiliki mekanisme komputasi paralelnya yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Seluruh Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi ( seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan ) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat berjalan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang sesuai dengan kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Penanganan Khusus Jaringan ) 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 & Restaking): Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus( seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui protokol restaking( untuk mencapai berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPNs.

Selain itu, Pharos menggunakan teknologi pohon Merkle multi-versi, pengkodean diferensial )Delta Encoding(, pengalamatan versi )Versioned Addressing(, dan penurunan ADS )ADS Pushdown( untuk membangun kembali model eksekusi dari dasar mesin penyimpanan, meluncurkan mesin penyimpanan berkinerja tinggi berbasis blockchain asli, Pharos Store, untuk mencapai throughput tinggi, latensi rendah, dan verifikasi yang kuat.