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

I. Pendahuluan

"Trilemma Blockchain" (Blockchain Trilemma) dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skala" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai "skala" yang merupakan topik abadi, saat ini solusi peningkatan blockchain utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Ekspansi dengan isolasi status: Pemisahan status horizontal / Shard, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Penskalaan jenis outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi Desain Terpisah: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyusun berbagi, Rollup Mesh
• Ekspansi model konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, misalnya agen, rantai asinkron multithread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup berbagai level eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang saling berkolaborasi dalam banyak lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini akan memfokuskan pada metode skalabilitas yang mengutamakan komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi / instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara penskalaan dapat dibagi menjadi lima kategori besar, 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 (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 kecerdasan Aktor (Model Agen/Aktor), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model non-sinkron blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas independen", dengan cara paralel mengirimkan 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, dan bukan merupakan komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralelisme di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus utama dari artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan dalam konsep arsitektur.

Dua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Melampaui Batas Kinerja dalam Kecocokan

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa percobaan skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan yang fundamental. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas yang baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, yang masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan konkuren tinggi dan throughput tinggi, dimulai dari eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Analisis mekanisme komputasi paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), berdasarkan konsep paralel dasar yaitu pemrosesan pipelining (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 basis data khusus (MonadDB), untuk mencapai optimisasi ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel berlapis multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar pelaksanaan paralel Monad, dengan ide inti membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipa tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti yang terpisah, mewujudkan pemrosesan konkuren antar blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini termasuk: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Decoupling Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih elastis, 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, langsung masuk ke proses konsensus blok berikutnya, tanpa perlu menunggu eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis：Optimis Paralel Eksekusi

Ethereum tradisional menggunakan model eksekusi serial yang ketat untuk menghindari konflik status. Sementara Monad mengadopsi 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 sebuah "Detektor Konflik (Conflict Detector))" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama (seperti konflik baca/tulis).
• Jika konflik terdeteksi, transaksi konflik akan dieksekusi ulang secara serial untuk memastikan keakuratan status.

Monad memilih jalur kompatibel: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, mencapai paralelisme melalui penundaan penulisan status dan deteksi konflik secara dinamis selama eksekusi, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kematangan yang baik memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel untuk dunia EVM.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel MegaETH

Berbeda dengan定位 L1 dari Monad, MegaETH定位 sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai blockchain publik L1 independen atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum (Execution Layer) atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi berskala tinggi dan respons latensi rendah di dalam rantai. 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 bertujuan untuk "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM (Mikro Mesin Virtual): Akun Sama Dengan Utas

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

State Dependency DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Graf Ketergantungan

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

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

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

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

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dengan 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 skalabilitas lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, melakukan optimasi eksekusi paralel secara ekstrem di dalam single-chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur pengembangan skalabilitas blockchain: penguatan vertikal dan ekspansi horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS di dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur micro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network adalah jaringan blockchain L1 paralel modular dan full-stack, dengan mekanisme komputasi paralelnya yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm) melalui kerja sama antara mainnet dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), dan 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 setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara mandiri 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 untuk memilih lingkungan eksekusi yang sesuai berdasarkan kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kemampuan pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Pemrosesan 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 (Modular Consensus & Restaking): Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui restaking.