Informe de investigación profunda sobre el cálculo paralelo Web3: la ruta definitiva para la escalabilidad nativa

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

Desde su nacimiento, los sistemas de blockchain han enfrentado el problema central de la escalabilidad. Los cuellos de botella de rendimiento de Bitcoin y Ethereum son difíciles de superar, lo que contrasta marcadamente con los sistemas Web2 tradicionales. No se trata de una simple solución que implique aumentar servidores, sino que proviene de limitaciones sistémicas en el diseño subyacente de la blockchain.

En la última década, la industria ha experimentado varios intentos de escalado, desde la disputa sobre la escalabilidad de Bitcoin hasta el sharding de Ethereum, desde los canales de estado hasta Rollup. Aunque Rollup, como la solución de escalado más importante en la actualidad, ha mejorado el TPS, aún no ha alcanzado el verdadero límite de "rendimiento de cadena única" en la capa base de la blockchain.

El cálculo paralelo en cadena está comenzando a hacerse notar. Intenta reconstruir completamente el motor de ejecución mientras mantiene la atomicidad de la cadena única, actualizando la cadena de bloques de un "modo de hilo único" a un "sistema de cálculo de alta concurrencia". Esto no solo podría lograr un aumento en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en la clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.

En realidad, Web2 ya ha adoptado ampliamente modelos de optimización como la programación en paralelo y la programación asíncrona. Sin embargo, la blockchain, como un sistema de computación más conservador, no ha logrado aprovechar plenamente estas ideas. Nuevas cadenas como Solana fueron las primeras en introducir la paralelización, mientras que proyectos como Monad y MegaETH están explorando aún más mecanismos como la ejecución en pipeline y la concurrencia optimista.

Se puede decir que el cálculo paralelo no solo es una optimización del rendimiento, sino también un cambio de paradigma en el modelo de ejecución de blockchain. Redefine la lógica básica de empaquetado de transacciones, acceso al estado, etc. Si se dice que Rollup es "ejecutar fuera de la cadena", entonces el paralelo en cadena es "construir un núcleo de supercomputadora", proporcionando una infraestructura sostenible para las aplicaciones Web3 del futuro.

Después de que las pistas de Rollup converjan, la paralelización en la cadena se está convirtiendo en una variable decisiva en la competencia de Layer1 del nuevo ciclo. Esto no solo es una competencia técnica, sino también una lucha por el paradigma. La próxima generación de plataformas de ejecución soberana en el mundo Web3 probablemente surgirá de esta contienda.

II. Panorama de paradigmas de escalabilidad: cinco tipos de rutas, cada una con su enfoque

La escalabilidad, como un tema central en la evolución de la tecnología de las cadenas públicas, ha dado lugar a casi todos los caminos tecnológicos principales en la última década. Esta competencia de "hacer que la cadena funcione más rápido" ha dado lugar a cinco rutas básicas, cada una con su propio enfoque:

1. Escalado en cadena: aumentar directamente el tamaño del bloque, acortar el tiempo de creación de bloques, etc. Fácil de implementar pero con riesgo de centralización, actualmente se utiliza principalmente como una solución auxiliar.

2. Escalado fuera de la cadena: como canales de estado, cadenas laterales. Puede aumentar significativamente la capacidad de procesamiento, pero enfrenta problemas de modelo de confianza, seguridad de los fondos, entre otros.

3. Layer2 Rollup: La solución de escalado más popular en la actualidad. Se logra la escalabilidad mediante la ejecución fuera de la cadena y la verificación en la cadena.

4. Blockchain modular: desacoplar las funciones centrales de la blockchain, permitiendo que múltiples cadenas especializadas realicen diferentes funciones. Flexible, pero aumenta el costo de sincronización entre sistemas.

5. Paralelismo en la cadena: a través del cambio en la arquitectura del motor de ejecución, se logra el procesamiento concurrente de transacciones en la cadena. Es necesario reescribir la lógica de programación de la VM e introducir mecanismos modernos de programación de computadoras.

Estas cinco categorías de rutas reflejan el equilibrio entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad en blockchain. Cada solución tiene sus ventajas y desventajas, formando conjuntamente un panorama de la actualización del paradigma de computación Web3.

Tres, Mapa de clasificación del cálculo en paralelo: cinco grandes rutas desde la cuenta hasta la instrucción

La computación paralela, como optimización en profundidad de la capa de ejecución, se puede dividir en cinco rutas tecnológicas:

1. Paralelismo a nivel de cuenta: Representado por Solana, basado en la desacoplamiento de cuenta-estado, se determina si existe conflicto entre transacciones.

2. Paralelismo a nivel de objeto: como Aptos y Sui, introducen el concepto de "objeto de estado" con un mayor nivel de granularidad para la programación.

3. Paralelismo a nivel de transacciones: como Monad, Sei, construyendo un gráfico de dependencias alrededor de toda la transacción para realizar una ejecución de flujo concurrente.

4. Paralelismo a nivel de máquina virtual: como MegaETH, incrustar la capacidad de concurrencia 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 una reordenación paralela de cada operación.

Estas cinco categorías de rutas, desde un nivel grosero hasta uno más detallado, reflejan la refinación de la lógica paralela y el aumento de la complejidad del sistema. Marcan la transición del modelo de computación en blockchain de un libro mayor de consenso tradicional a un entorno de ejecución distribuida de alto rendimiento.

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

Las dos principales rutas tecnológicas en las que se centra actualmente el mercado son Monad y MegaETH.

Monad adopta la ruta de "reconstruccionismo", inspirándose en los sistemas de bases de datos modernos para redefinir completamente el motor de ejecución de blockchain. Su tecnología central incluye control de concurrencia optimista, programación de DAG de transacciones, etc., con el objetivo de lograr millones de TPS. Monad mantiene la compatibilidad con Solidity, logrando "compatibilidad de capa superior y reconstrucción de capa inferior" a través de una capa de lenguaje intermedio.

MegaETH sigue la ruta del "compatibilismo", intentando incorporar capacidades paralelas sobre la base del EVM existente. No cambia la sintaxis de Solidity, sino que reestructura el modelo de ejecución de instrucciones del EVM, introduciendo mecanismos como el aislamiento a nivel de hilo y la ejecución asíncrona. Este enfoque es más amigable para el ecosistema de Ethereum y se espera que se implemente primero en L2 Rollup.

Ambos representan dos enfoques de la tecnología paralela: Monad busca una ruptura de paradigma, mientras que MegaETH persigue una optimización progresiva. Cada uno es adecuado para diferentes grupos de desarrolladores y visiones ecológicas, y en el futuro podrían complementarse en una arquitectura de blockchain modular.

Cinco, oportunidades y desafíos futuros de la computación paralela

La computación paralela trae nuevas posibilidades a Web3:

1. Desbloqueo del techo de aplicación: se hace posible juegos en cadena con interacciones de alta frecuencia, Agentes de IA en tiempo real, etc.

2. Reestructuración de paradigmas de desarrollo: el pensamiento paralelo cambiará los patrones de diseño de contratos inteligentes y dará lugar a nuevas cadenas de herramientas.

3. Colaboración modular: el cálculo en paralelo se puede combinar con otros componentes modularizados ( como Celestia, EigenLayer ) para formar una arquitectura de alto rendimiento.

Sin embargo, la computación paralela también enfrenta muchos desafíos:

1. Problemas técnicos: la garantía de la consistencia del estado, las estrategias de manejo de conflictos, etc. aún necesitan ser superadas.

2. Riesgos de seguridad: se necesitan abordar nuevas superficies de ataque en un entorno multihilo.

3. Migración ecológica: la disposición de los desarrolladores para adaptarse a un nuevo paradigma es clave.

4. Umbral cognitivo: cómo reducir el umbral de uso de la computación paralela es clave para su difusión.

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

Aunque la computación paralela presenta grandes dificultades de implementación, puede ser el camino de escalabilidad más cercano a la esencia de la blockchain. Esta reconstruye fundamentalmente el modelo de ejecución mientras conserva el modelo de confianza central de la blockchain. Este tipo de escalabilidad "nativa de la cadena" reserva un espacio de rendimiento sostenible para futuras aplicaciones complejas.

Estamos siendo testigos de una transición arquitectónica similar a la de los sistemas operativos de un solo núcleo a múltiples núcleos. La reestructuración del cálculo paralelo no solo redefine la "arquitectura de la cadena", sino también el "alma de la cadena". Aunque este no es un atajo que muestre resultados a corto plazo, probablemente sea la única solución sostenible en la evolución a largo plazo de Web3. La forma primitiva de un sistema operativo nativo de Web3 podría estar oculta en estos experimentos paralelos dentro de la cadena.