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

I. Gambaran Umum Jalur Komputasi Paralel

"Trilemma" blockchain (Blockchain Trilemma) "keamanan", "desentralisasi", dan "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 topik "skalabilitas" yang abadi, solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar saat ini dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Penskalaan isolasi status: pemisahan status horizontal/Shard, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Skala eksternal tipe outsourcing: melakukan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Dekoupling Struktur: Modul arsitektur, beroperasi secara kolaboratif, seperti rantai modul, pengurut bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi paralel asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkatan eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang terdiri dari kolaborasi multi-lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini fokus pada metode skalabilitas yang berbasis pada komputasi paralel.

Paralelisme dalam rantai ( intra-chain parallelism ), memperhatikan eksekusi paralel transaksi/instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, metode skalabilitas ini 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, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi yang semakin meningkat.

• Pararel tingkat akun(Tingkat akun): Mewakili proyek Solana
• Paralel tingkat objek(Tingkat objek): Mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi ( Transaction-level ): Mewakili proyek Monad, Aptos
• Panggilan tingkat / MicroVM paralel (Call-level / MicroVM): mewakili proyek MegaETH
• Paralel tingkat instruksi (Instruction-level): mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, dengan sistem agen Actor (Agent / Actor Model ) sebagai perwakilan, mereka termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron ( model non-blok sinkron ), setiap Agen berfungsi sebagai "proses pintar" yang berjalan secara independen, mengirim pesan secara asinkron dalam cara paralel, didorong oleh peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek perwakilan termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

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

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

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, namun masih belum ada terobosan fundamental pada batasan throughput lapisan eksekusi. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling kuat dengan basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel berbasis EVM sebagai jalur kunci yang menggabungkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi peningkatan skala baru. Monad dan MegaETH adalah dua proyek yang paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konversi tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan penundaan eksekusi dan pemecahan status.

Analisis mekanisme komputasi paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), yang didasarkan pada konsep paralelisme dasar (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 database khusus (MonadDB), untuk mencapai optimasi ujung ke ujung.

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 pipa tiga dimensi, di mana setiap tahap berjalan pada thread atau inti yang terpisah, sehingga mencapai pemrosesan konkuren lintas blok, dan akhirnya meningkatkan throughput serta mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: pengusulan transaksi (Propose) pencapaian konsensus (Consensus) eksekusi transaksi (Execution) dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Decoupling Eksekusi Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan 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 ( waktu blok ) dan keterlambatan konfirmasi, menjadikan sistem lebih fleksibel, proses yang lebih terperinci, dan pemanfaatan sumber daya yang 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:乐观并行执行

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

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis mengeksekusi semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa 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 terjadi konflik, transaksi yang bertentangan akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

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

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

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

Micro-VM( mesin virtual mikro ) arsitektur: akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu micro virtual machine per akun (Micro-VM)", yang "threaded" lingkungan eksekusinya, menyediakan unit isolasi minimum untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan panggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen dan menyimpan secara independen, secara alami paralel.

DAG Ketergantungan Status: 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 graf ketergantungan global (Dependency Graph), setiap transaksi memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan menjadi hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda berdasarkan urutan topologis. Graf ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi asinkron dan mekanisme callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM single-thread tradisional, dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan tumpukan pemanggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" dari semua dimensi, yang menawarkan pemikiran baru yang bersifat paradigma untuk membangun sistem on-chain generasi berikutnya yang berkinerja tinggi.

MegaETH memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM 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 filosofi Ethereum.

Desain konsep Monad dan MegaETH sangat berbeda dari sharding ( Sharding ): sharding memecah blockchain menjadi beberapa sub-chain independen ( Shards ), di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single-chain dalam memperluas jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan ekspansi horizontal di lapisan eksekusi, mengoptimalkan eksekusi paralel maksimum di dalam single-chain untuk mencapai terobosan performa. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain, yaitu penguatan vertikal dan ekspansi horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama fokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama untuk meningkatkan TPS di dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro-vm (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel pada tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan penuh tumpukan, memiliki 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 (SPNs), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi terpercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining ): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi ( seperti konsensus, eksekusi, dan 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 (: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual EVM dan WASM, memungkinkan pengembang untuk memilih lingkungan eksekusi yang sesuai berdasarkan kebutuhan. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Penanganan Khusus Jaringan ) 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, lebih lanjut meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular & Restaking): Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus( seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui protokol restaking( mencapai berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPNs.

Selain itu, Pharos telah meluncurkan mesin penyimpanan blockchain berkinerja tinggi, Pharos Store, melalui rekonstruksi model eksekusi dari lapisan dasar mesin penyimpanan menggunakan teknologi pohon Merkle multi-versi, Delta Encoding), Versioned Addressing(, dan ADS Pushdown), yang menghasilkan kapasitas pemrosesan on-chain yang tinggi, latensi rendah, dan verifikasi yang kuat.

Secara keseluruhan, Rollup Mesh Pharos