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

I. Latar Belakang Aplikasi Komputasi Paralel dalam Blockchain

"Trilemma Blockchain" (Blockchain Trilemma) dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skala" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai "skala" yang merupakan topik abadi, saat ini solusi skala blockchain utama 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 horizontal/Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Pemisahan Struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Penskalaan paralel asinkron: Model Actor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemecahan, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang berkolaborasi secara multi-lapis dan menggabungkan modul". Artikel ini fokus pada metode skalabilitas yang berbasis komputasi paralel.

Paralelisme 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 penghalusan 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.

• 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): Menggambarkan proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem aktor cerdas (Model Agen / Aktor), merupakan satu lagi paradigma komputasi paralel, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penyelarasan, proyek-proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Rollup atau solusi skalabilitas sharding yang kita kenal dengan baik, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam perhitungan paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas dengan "menjalankan beberapa rantai/area eksekusi secara paralel", bukan dengan meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok/mesin virtual. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk membandingkan perbedaan dan persamaan dalam filosofi arsitektur.

Dua, EVM Sistem Rantai Paralel yang Ditingkatkan: Melampaui Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami berbagai upaya penskalaan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi kendala throughput di layer eksekusi masih belum teratasi secara fundamental. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai yang diperkuat secara paralel oleh sistem EVM menjadi jalur kunci untuk mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi penskalaan yang 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, dimulai dari eksekusi tertunda dan dekomposisi status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan konsep paralelisme dasar pemrosesan pipelining, dengan eksekusi asinkron pada lapisan konsensus dan eksekusi paralel optimis pada lapisan eksekusi. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad masing-masing memperkenalkan protokol BFT berperforma tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB), untuk mencapai optimalisasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar pelaksanaan 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, untuk mencapai pemrosesan bersamaan antar blok dan pada akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Desentralisasi Konsensus-Eksekusi

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan penundaan konfirmasi, menjadikan sistem lebih fleksibel, proses penanganan lebih terperinci, dan pemanfaatan sumber daya lebih tinggi.

Desain Inti:

• Proses konsensus (lapisan konsensus) hanya bertanggung jawab untuk mengurutkan transaksi, tidak menjalankan 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 serial yang ketat untuk eksekusi transaksi, untuk menghindari konflik status. Sementara Monad mengadopsi 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 konflik terdeteksi, transaksi konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

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

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan L1 positioning Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang modular dan kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai blockchain L1 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 terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat konversi tinggi dan kemampuan respons latensi rendah dalam jaringan. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status yang diarahkan dan tidak melingkar) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang bertujuan untuk "threading dalam jaringan".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro virtual machine (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 panggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara mandiri dan menyimpan secara mandiri, secara alami paralel.

DAG Ketergantungan Status: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

MegaETH membangun sistem penjadwalan DAG berbasis hubungan akses status akun, yang memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph) secara real-time. Setiap transaksi memodelkan akun yang dimodifikasi dan akun yang dibaca sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda berdasarkan urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH melanggar model mesin status single-thread EVM tradisional dengan mewujudkan pengemasan mikro-vm 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, memberikan pemikiran baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain generasi berikutnya yang berkinerja tinggi.

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

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat 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 memperluas di lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, dan secara internal dalam single-chain melakukan eksekusi paralel yang sangat optimal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain: penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama fokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS on-chain, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro virtual machine (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel di tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 modular dan full-stack paralel, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung kerja sama antara mainnet 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 terpercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipeline Asinkron Seluruh 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, yang pada gilirannya 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 dengan kebutuhan mereka. Arsitektur dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas 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 mewujudkan alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih 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 (