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

I. Perhitungan Paralel: Arah Baru untuk Skala Blockchain

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

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multicore
• Isolasi status model peningkatan kapasitas: Pemecahan horizontal status / Shard, seperti sharding, UTXO, subnet multi
• Ekspansi outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Decoupling Struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

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

Perhitungan paralel dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi / instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara skalabilitas dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dengan urutan semakin halus dalam granularitas paralel, semakin tinggi dalam intensitas paralel, semakin kompleks dalam penjadwalan, serta semakin tinggi dalam kompleksitas pemrograman dan 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 / Paralel MicroVM (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), mereka termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model non-sinkron blok), setiap Agen bertindak sebagai "proses cerdas yang berjalan sendiri", dengan cara paralel pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek-proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dll.

Sementara itu, solusi skala Rollup atau sharding yang kita kenal baik adalah mekanisme konkruensi tingkat sistem dan bukan komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skala dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralel dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skala semacam ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan ide arsitektur.

Dua, EVM Sistem Rantai Peningkatan Paralel: Melampaui Batas Performa dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan seri Ethereum telah berkembang hingga sekarang, mengalami beberapa putaran percobaan skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan yang mendasar. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang memiliki 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 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 konkruensi tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi tertunda dan pemisahan status.

Analisis mekanisme komputasi paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan pada prinsip 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 berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem database 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 membagi 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, mewujudkan pemrosesan bersamaan antar blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: Usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Decoupled Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi skala kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih tangguh, 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, segera 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" untuk secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi 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 terdeteksi konflik, transaksi yang konflik akan diserialisasi dan dijalankan ulang untuk memastikan keakuratan status.

Monad memilih jalur yang kompatibel: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis selama proses eksekusi untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, memiliki kedewasaan yang baik dan mudah untuk melakukan 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, yang dapat berfungsi baik sebagai rantai publik L1 yang independen maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan dan menyusun logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit minimum yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat konkruensi tinggi di dalam rantai dan kemampuan respons latensi rendah. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status terarah dan tidak melingkar) serta mekanisme sinkronisasi modular, yang 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 mengubah lingkungan eksekusi menjadi "terthread", 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 memodifikasi akun mana dan membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan untuk dieksekusi secara seri atau ditunda sesuai urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asynchronous dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas tradisional dengan mengimplementasikan pengemasan micro virtual machine berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggunakan mekanisme pesan asinkron sebagai pengganti tumpukan panggilan sinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" dalam semua dimensi, memberikan pemikiran baru yang bersifat paradigma untuk membangun sistem on-chain generasi berikutnya yang berkinerja tinggi.

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

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang cukup berbeda dari 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 skala jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single chain, hanya melakukan ekstensi horizontal pada lapisan eksekusi, melakukan optimisasi eksekusi paralel maksimum di dalam single chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain: penguatan vertikal dan ekstensi horizontal.

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

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan virtual yaitu EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang 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 Penanganan 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 secara dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT