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

"Segitiga Tidak Mungkin" dari blockchain "Keamanan", "Desentralisasi", "Skalabilitas" mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain, yaitu sulit bagi proyek blockchain untuk mencapai "keamanan maksimum, partisipasi universal, pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik abadi "skalabilitas", saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar dibedakan menurut paradigma, termasuk:

• Melakukan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status skala: Pembagian status horizontal / Shard, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Decoupling Struktur: Modul arsitektur, beroperasi secara kolaboratif, seperti rantai modul, penyusun bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi berbasis konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

Solusi skala blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup banyak tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sebuah sistem skala "kolaborasi multi-lapis, kombinasi modul" yang lengkap. Artikel ini berfokus pada cara skala utama yang berbasis komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada pelaksanaan 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, dan kompleksitas pemrograman serta kesulitan implementasi yang juga semakin tinggi.

• 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 entitas Aktor (Model Agen / Aktor), termasuk dalam paradigma komputasi paralel lain, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses entitas cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lainnya.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkruensi tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas melalui "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan tingkat paralelisme di dalam blok / mesin virtual tunggal. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan ide arsitektur.

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

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga kini, melalui beberapa upaya perluasan seperti shard, Rollup, dan arsitektur modular, namun kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. Namun, di sisi lain, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem terkuat saat ini. Oleh karena itu, rantai paralel yang didasarkan pada EVM sebagai jalur kunci yang memperhatikan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi perluasan baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konversi tinggi dan throughput tinggi dari eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Penjelasan Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan pada konsep paralelisme 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 berperforma 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, di mana inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipeline yang tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan pada thread atau core yang terpisah, mewujudkan pemrosesan konkuren antar blok, dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: pengajuan 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 asinkron pada lapisan konsensus, eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih elastis, proses 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：Eksekusi Paralel yang Optimis

Ethereum tradisional menggunakan model eksekusi serial yang ketat untuk menghindari konflik status. Sementara itu, Monad menggunakan strategi "eksekusi paralel optimis" yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

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

Monad memilih jalur yang kompatibel: sesedikit mungkin mengubah aturan EVM, dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis selama proses eksekusi untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, dengan kematangan yang baik memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel untuk dunia EVM.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel MegaETH

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

Arsitektur Micro-VM (Mikro Mesin Virtual): Akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro-VM per akun", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron, bukan panggilan 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, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak memiliki konflik dapat dieksekusi secara paralel secara langsung, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan dan diurutkan secara seri atau ditunda berdasarkan urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-redundan selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asynchronous dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM tradisional yang berbasis satu utas, dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm pada tingkat akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan mengganti tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang secara menyeluruh dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi", memberikan paradigma baru untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

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

Monad dan MegaETH memiliki konsep desain yang sangat berbeda dari Sharding: Sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-rantai independen (Shards), di mana masing-masing sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecah batasan rantai tunggal dalam perluasan lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH menjaga integritas rantai tunggal, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, dengan melakukan optimasi eksekusi paralel secara ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain, yaitu penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

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

Analisis mekanisme perhitungan paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asynchronous Seluruh Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan mengadopsi metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, yang 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 sesuai kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Pengolahan 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 re-staking (Mo