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

"Trilema Blockchain" yang terdiri dari "Keamanan", "Desentralisasi", dan "Skalabilitas" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu bahwa proyek blockchain sulit untuk mencapai "Keamanan yang ekstrem, Partisipasi terbuka, dan Pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai "Skalabilitas" yang merupakan topik abadi, saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain yang dominan di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi Status Ekspansi: Pembagian Status Secara Horizontal / Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi-subnet
• Ekspansi outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi terpisah struktur: Modularisasi arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, pengurut bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi berbasis konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang terdiri dari kolaborasi multilevel dan kombinasi modul". Artikel ini akan fokus pada metode skalabilitas dengan komputasi paralel sebagai arus utama.

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 granularity paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan tingkat 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 paralel asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem entitas Aktor (Model Agen / Aktor), merupakan paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan asinkron / lintas rantai (model non-sinkron blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses entitas cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan sebagainya.

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

Dua, EVM Chain Paralel yang Ditingkatkan: Memecahkan Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa putaran percobaan skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi hambatan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan 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 penguatan paralel EVM sebagai jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat permintaan tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi 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 pipelining, dengan eksekusi asinkron pada lapisan konsensus dan eksekusi paralel optimis pada lapisan eksekusi. Selain itu, pada lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad masing-masing memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB), untuk mencapai optimasi ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, di mana ide intinya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipeline tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti yang independen, memungkinkan pemrosesan paralel lintas blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini mencakup: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Eksekusi Dekoupling Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi perluasan kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok dan penundaan konfirmasi, membuat sistem lebih fleksibel, memecah proses lebih rinci, dan meningkatkan pemanfaatan sumber daya.

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：Eksekusi Paralel Optimis

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 mengeksekusi semua transaksi secara paralel, dengan asumsi 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 terdeteksi konflik, transaksi yang bertentangan akan diserialisasi dan dijalankan ulang untuk memastikan kebenaran status.

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

Analisis Mekanisme Perhitungan 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 mandiri, 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, guna mencapai eksekusi dengan tingkat paralelisme tinggi dan kemampuan respons latensi rendah di dalam rantai. Inovasi kunci yang diusulkan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status yang terarah dan tanpa siklus) serta mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "benang dalam rantai".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu micro-VM per akun", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi satu sama lain 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, sistem ini 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 bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda berdasarkan urutan topologis. 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 satu utas tradisional dengan mengimplementasikan pengemasan mikro mesin virtual 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" dalam semua dimensi, menyediakan ide baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

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

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang cukup berbeda dengan Sharding: Sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-rantai independen (Shards), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam skala jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH menjaga integritas rantai tunggal, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimasi eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain: penguatan vertikal dan perluasan 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 mikro mesin virtual (Micro-VM) untuk mewujudkan pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 paralel yang modular dan penuh tumpukan, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung kerja sama antara mainnet dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), mendukung lingkungan multi mesin virtual (EVM dan Wasm), dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipeline 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 independen dan paralel, meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang sesuai dengan 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 Berat