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

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) yaitu "Keamanan", "Desentralisasi", dan "Skalabilitas" mengungkapkan kompromi esensial dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik abadi "skalabilitas", saat ini solusi perluasan blockchain yang dominan di pasar dibedakan menurut paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status ekspansi: pemisahan status horizontal / Shard, seperti sharding, UTXO, dan subnet multi.
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi Dekoupling Struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, pengurut bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

Solusi skalabilitas blockchain meliputi: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemotongan, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lainnya, mencakup berbagai tingkatan seperti eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sistem skalabilitas yang lengkap dengan "kolaborasi multi-tingkat dan kombinasi modul". Artikel ini fokus pada cara skalabilitas yang mengutamakan komputasi paralel.

Paralelisme dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada pelaksanaan transaksi / instruksi di dalam blok secara paralel. Berdasarkan mekanisme paralel, metode skalabilitasnya dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, 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 tingkat objek (Object-level): mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi (Transaction-level): Mewakili proyek Monad, Aptos
• Tingkat Panggilan / MicroVM Paralel (Call-level / MicroVM): Mewakili proyek MegaETH
• Paralelisme tingkat instruksi (Instruction-level): Mewakili proyek GatlingX

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

Dan solusi peningkatan kapasitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem dan tidak termasuk dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai peningkatan kapasitas melalui "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel" alih-alih meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi peningkatan kapasitas semacam ini bukanlah fokus utama dari artikel ini, tetapi kita tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan dalam konsep arsitektur.

Dua, EVM Sistem Rantai Paralel yang Ditingkatkan: Melampaui Batas Kinerja dalam Kesesuaian

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa upaya perluasan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi hambatan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. Namun, di sisi lain, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mengimbangi kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi perluasan yang baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat lalu lintas tinggi dan throughput tinggi, dengan memulai dari eksekusi tertunda dan dekomposisi status.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), berdasarkan prinsip paralel dasar bernama pemrosesan pipelined (Pipelining), dengan eksekusi 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 database khusus (MonadDB), untuk mewujudkan optimasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, dengan inti pemikiran membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk struktur pipeline tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan di thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan bersamaan lintas blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: Usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Decoupling Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi perluasan kinerja. Monad mewujudkan konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih tangguh, proses lebih terperinci, dan pemanfaatan sumber daya lebih tinggi.

Desain Inti:

• Proses konsensus (lapisan konsensus) hanya bertanggung jawab untuk mengurutkan transaksi, tidak mengeksekusi 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 yang Optimis

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 Eksekusi:

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

Monad memilih jalur yang kompatibel: mengubah aturan EVM sesedikit mungkin, dalam proses eksekusi dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kematangan yang baik memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH ditempatkan 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 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 bersamaan yang tinggi dan kemampuan respons yang rendah. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status terarah dan tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi "threading dalam rantai".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu micro virtual machine (Micro-VM) per akun", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan pemanggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara mandiri, disimpan secara mandiri, dan secara alami paralel.

State Dependency DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Graf 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 yang mengubah akun mana dan membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status single-thread EVM tradisional dengan mengimplementasikan pengemasan micro virtual machine 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 secara menyeluruh dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi", memberikan ide baru pada tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

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

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dari sharding: sharding memecah blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-rantai independen (shards), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas bagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam skala jaringan; sementara Monad dan MegaETH tetap mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan ekspansi horizontal di lapisan eksekusi, memecahkan performa dengan optimisasi eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur ekspansi blockchain: penguatan vertikal dan ekspansi horizontal.

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

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, yaitu 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 Pemrosesan Khusus (SPNs): SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular yang dirancang untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat melakukan alokasi sumber daya secara dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan