Глубокое исследование параллельных вычислений Web3: окончательный путь нативного масштабирования

Один. Введение: Масштабирование — это вечная тема, параллельность — это конечное поле битвы

С момента своего появления блокчейн-системы сталкиваются с этой ключевой проблемой масштабируемости. Показатели производительности Биткойна и Эфириума трудно преодолимы, что резко контрастирует с традиционными системами Web2. Это не простая задача, которую можно решить просто добавлением серверов, а проистекает из системных ограничений в базовом дизайне блокчейна.

За последние десять лет отрасль пережила множество попыток масштабирования, от споров о масштабировании биткойна до шардирования эфириума, от канала состояния до Rollup. Rollup, будучи текущим основным решением для масштабирования, хотя и повысил TPS, все еще не достиг истинного предела "одиночной производительности" блокчейна.

Параллельные вычисления внутри цепи постепенно входят в поле зрения. Они пытаются полностью перестроить исполнительный движок, сохраняя атомарность одной цепи, и обновить блокчейн с "однопоточного режима" на "систему высокопараллельных вычислений". Это не только может обеспечить увеличение пропускной способности в сотни раз, но и стать ключевым фактором взрыва применения смарт-контрактов.

На самом деле, Web2 уже широко использует такие оптимизационные модели, как параллельное программирование и асинхронное планирование. В то время как блокчейн, как более консервативная вычислительная система, так и не смог в полной мере использовать эти идеи. Новые цепочки, такие как Solana, первыми внедрили параллельность, а проекты, такие как Monad и MegaETH, далее исследуют механизмы конвейерного выполнения и оптимистичной конкуренции.

Можно сказать, что параллельные вычисления не только оптимизация производительности, но и парадигмальный сдвиг в модели выполнения блокчейна. Это переопределяет основные логики, такие как упаковка транзакций и доступ к состоянию. Если Rollup — это "выполнение за пределами цепи", то параллельные вычисления внутри цепи — это "создание суперкомпьютерного ядра", обеспечивающего устойчивую инфраструктуру для будущих приложений Web3.

После схождения на трассе Rollup, параллель в цепочке становится решающей переменной в конкуренции Layer1 нового цикла. Это не только технологическая гонка, но и борьба парадигм. Следующая генерация суверенной платформы исполнения в мире Web3, вероятно, появится из этой борьбы.

Второе, панорама парадигм расширения: пять типов маршрутов, каждый с акцентом

Масштабирование как ключевая тема эволюции технологий публичных блокчейнов стало причиной возникновения почти всех основных технологических направлений за последние десять лет. Эта гонка "позволить цепочке работать быстрее" в конечном итоге разделилась на пять основных направлений, каждое из которых имеет свои акценты:

1. Масштабирование на цепочке: прямое увеличение размера блока, сокращение времени создания блока и т.д. Легко реализуется, но может привести к рискам централизации, в настоящее время в основном используется как вспомогательное решение.

2. Внедрение расширения вне цепи: такие как каналы состояния, побочные цепи. Может значительно повысить пропускную способность, но сталкивается с проблемами модели доверия, безопасности средств и т. д.

3. Layer2 Rollup: Текущий самый популярный план расширения. Расширение достигается путем выполнения вне цепи и проверки на цепи.

4. Модульная блокчейн: декомпозировать основные функции блокчейна, позволяя нескольким специализированным цепочкам выполнять разные функции. Гибко, но увеличивает затраты на синхронизацию между системами.

5. Внутреннее параллельное выполнение: достигается параллельная обработка транзакций в цепочке за счет изменения архитектуры исполнительного движка. Необходимо переписать логику планирования VM и ввести современные механизмы планирования вычислений.

Эти пять типов путей отражают компромисс между производительностью, комбинируемостью, безопасностью и сложностью блокчейна. Каждое решение имеет свои плюсы и минусы, которые вместе составляют панораму обновления вычислительной парадигмы Web3.

Три. Классификация параллельных вычислений: пять основных путей от аккаунта до инструкции

Параллельные вычисления как углубленная оптимизация уровня исполнения могут быть разделены на пять технологических направлений:

1. Уровень аккаунта параллельно: на примере Solana, основан на декомпозированном состоянии аккаунтов, определяет, существуют ли конфликты между транзакциями.

2. Объектно-ориентированное параллельное выполнение: такие как Aptos и Sui, вводят концепцию "состояние объекта" с более мелкой гранулярностью для планирования.

3. Уровень параллелизма транзакций: такие как Monad, Sei, строят граф зависимостей вокруг всей транзакционной операции для выполнения параллельного потока.

4. Параллелизм на уровне виртуальной машины: например, MegaETH, встраивает возможности параллелизма в логику планирования инструкций на уровне виртуальной машины.

5. Уровень инструкций параллелизм: заимствование идеи современного ЦПУ с произвольным выполнением, анализ распределения и параллельная перестановка каждой операции.

Эти пять категорий путей от грубой до тонкой гранулярности отражают уточнение параллельной логики и повышение системной сложности. Они знаменуют переход модели вычислений блокчейна от традиционного консенсусного реестра к высокопроизводительной распределенной среде выполнения.

Четыре, глубокий анализ двух основных направлений: Monad против MegaETH

Текущие основные технологические направления на рынке — это Monad и MegaETH.

Monad использует маршрут "реконструкционизма", черпая вдохновение из современных систем баз данных, полностью переопределяя движок выполнения блокчейна. Его ключевые технологии включают оптимистичный контроль параллелизма, планирование транзакций DAG и др., с целью достижения миллиона TPS. Monad сохраняет совместимость с Solidity, достигая "поверхностной совместимости и глубокого реконструирования" через промежуточный языковой уровень.

MegaETH следует маршруту "совместимости", пытаясь внедрить параллельные возможности на существующей базе EVM. Он не изменяет синтаксис Solidity, а реконструирует модель выполнения команд EVM, вводя механизмы изоляции на уровне потоков, асинхронного выполнения и так далее. Этот подход более дружелюбен к экосистеме Ethereum и, как ожидается, будет первым реализован в L2 Rollup.

Они представляют собой два подхода к параллельным технологиям: Monad стремится к парадигмальному прорыву, а MegaETH к прогрессивной оптимизации. Они подходят для разных групп разработчиков и экосистемных видений и могут в будущем стать взаимодополняющими в модульной блокчейн-архитектуре.

Пять. Будущие возможности и вызовы параллельных вычислений

Параллельные вычисления открыли новые возможности для Web3:

1. Снятие потолка приложений: стали возможны цепочные игры с высокой частотой взаимодействия, реальные AI-агенты и т.д.

2. Пересмотр парадигм разработки: параллельное мышление изменит модели проектирования смарт-контрактов, породив новые инструменты.

3. Модульная координация: Параллельные вычисления могут создавать высокопроизводительную архитектуру с другими модульными компонентами (, такими как Celestia, EigenLayer ).

Однако параллельные вычисления также сталкиваются с множеством проблем:

1. Технические проблемы: гарантии согласованности состояния, стратегии обработки конфликтов и т.д. все еще требуют прорыва.

2. Безопасные риски: необходимо справляться с новыми векторами атак в многопоточной среде.

3. Экосистемная миграция: готовность разработчиков адаптироваться к новой парадигме является ключевым моментом.

4. Порог восприятия: как снизить порог использования параллельных вычислений является ключом к их распространению.

Шесть, Заключение: Является ли параллельные вычисления лучшим путем для коренной масштабируемости Web3?

Хотя параллельные вычисления сложно реализовать, они могут стать самым близким к сути блокчейна путем масштабирования. Они кардинально перестраивают модель исполнения, сохраняя при этом основную модель доверия блокчейна. Этот способ масштабирования, "родившийся в цепи", оставляет пространство для устойчивой производительности для будущих сложных приложений.

Мы свидетели перехода от одноядерной к многопроцессорной архитектуре ОС. Параллельные вычисления перестраивают не только "архитектуру цепочки", но и "душу цепочки". Хотя это не краткосрочный путь к успеху, это, вероятно, единственно устойчивый правильный ответ в долгосрочной эволюции Web3. Зачатки родной операционной системы Web3, возможно, скрыты в этих параллельных экспериментах внутри цепочек.