Peta Panorama Jalur Komputasi Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Penskalaan Asli?

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

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Ekspansi isolasi status: pemisahan status horizontal / Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe decoupling struktur: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi model konkuren asinkron: Model Actor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithread

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

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

• 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 concurrent asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem kecerdasan Aktor (Model Agen / Aktor), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel. Sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses kecerdasan" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron. Proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skala seperti Rollup atau sharding yang kita kenal, termasuk dalam mekanisme konkruensi tingkat sistem, bukanlah perhitungan paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skala dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan paralelisme di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skala semacam ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan kesamaan prinsip arsitektur.

Kedua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Melampaui Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa putaran upaya skalabilitas 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 yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang memperhatikan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi skala baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat keterkaitan tinggi dan throughput tinggi, dengan memanfaatkan eksekusi yang tertunda dan pemecahan status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), berdasarkan pada konsep paralel dasar pemrosesan pipa (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 optimasi end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, yang inti pemikirannya adalah memecah proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan di thread atau inti yang independen, untuk mencapai pemrosesan bersamaan antar blok, dan akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan penyetoran blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Eksekusi Decoupled Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus transaksi dan eksekusi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini secara serius membatasi perluasan kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok dan latensi 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 mengeksekusi 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 Eksekusi:

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

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

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

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

Arsitektur Micro-VM (Mikro-Virtual Machine): Akun adalah Utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikrovakum untuk setiap akun (Micro-VM)" yang mengalirkan lingkungan eksekusi menjadi "threaded", menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan pemanggilan 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). Setiap transaksi yang mengubah akun mana dan membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak konflik dapat dieksekusi secara paralel, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda berdasarkan 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 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" di seluruh dimensi, memberikan pemikiran baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH telah memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi 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 mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dari sharding: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen (shard), di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single-chain dalam skala jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan skalabilitas horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimasi eksekusi paralel ekstrem di dalam single-chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur pengembangan skalabilitas blockchain, yaitu penguatan vertikal dan skalabilitas horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama untuk meningkatkan TPS dalam jaringan, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network adalah jaringan blockchain L1 paralel yang modular dan penuh tumpukan, dengan mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm) melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPN), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi yang terpercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan 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: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, yaitu EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang sesuai sesuai kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Penanganan Khusus (SPNs): SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang khusus digunakan untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat mewujudkan alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modul dan Mekanisme Restaking (Modular Consensus & Restaking): Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui protokol restaking (