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

I. Gambaran Umum Jalur Perhitungan Paralel

"Segitiga Ketidakmungkinan" dari blockchain "Keamanan", "Desentralisasi", "Skalabilitas" menunjukkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan maksimal, partisipasi universal, pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik abadi "skalabilitas", 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
• Isolasi status pemisahan skala: pemisahan status secara horizontal, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe decoupling struktur: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyusun bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, misalnya agen, rantai asinkron multithreading

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemotongan, 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 "kolaborasi multilevel, kombinasi modul". Artikel ini fokus pada metode skalabilitas yang berorientasi pada 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, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dengan ukuran partikel 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
• Pemanggilan tingkat / 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 Actor (Model Agen / Actor), merupakan paradigma komputasi paralel yang lain, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses entitas cerdas" yang berjalan secara independen, mengirim pesan secara paralel, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek yang terwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

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

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

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga kini, mengalami berbagai upaya penambahan kapasitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi tetap belum mencapai terobosan fundamental dalam batasan throughput di lapisan eksekusi. 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 yang diperkuat secara paralel EVM menjadi jalur kunci yang menggabungkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting untuk evolusi peningkatan kapasitas baru. Monad dan MegaETH adalah 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 eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Analisis mekanisme perhitungan paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan konsep paralel 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 memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB) untuk mencapai optimasi end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar eksekusi paralel Monad, yang inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap tersebut secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan konkuren 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 - Eksekusi Decoupled Asinkron

Dalam blockchain tradisional, konsensus transaksi dan eksekusi biasanya merupakan proses yang sinkron, dan model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai asinkron pada lapisan konsensus, lapisan eksekusi, dan penyimpanan melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan penundaan konfirmasi, membuat sistem lebih fleksibel, 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 serial yang ketat untuk eksekusi transaksi, untuk menghindari konflik status. Sementara 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 "Pendeteksi Konflik (Conflict Detector))" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama (seperti konflik baca/tulis).
• Jika terdeteksi konflik, transaksi konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran 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 dalam dunia EVM.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 dari Monad, MegaETH ditempatkan sebagai lapisan eksekusi paralel modul tinggi performa yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 independen, 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, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat konversi tinggi dan kemampuan respons latensi rendah di dalam rantai. Inovasi kunci yang diusulkan oleh MegaETH meliputi: Arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (Graf Ketergantungan Status Arah Tak Berputar) dan mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang ditujukan untuk "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM: Akun adalah Utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu micro-VM per akun", yang "meng-thread-kan" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron, bukan pemanggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen, menyimpan secara independen, dan secara alami beroperasi secara paralel.

DAG Ketergantungan Negara: 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 yang dibaca dan semua dimodelkan menjadi hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak konflik dapat dieksekusi secara paralel, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologis. 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 berbasis satu utas tradisional, dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm berdasarkan unit 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" secara menyeluruh, memberikan ide baru yang bersifat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

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 konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang cukup berbeda dengan sharding: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-rantai independen (shard), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam ekspansi lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan ekspansi horizontal di lapisan eksekusi, dan mengoptimalkan pelaksanaan paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur ekspansi blockchain, yaitu penguatan vertikal dan ekspansi horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam jaringan, melalui pelaksanaan tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 paralel modular dan full-stack, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-VM (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 pelaksanaan yang tepercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa 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 mandiri dan paralel, sehingga 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 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 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, lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui protokol restaking untuk menghubungkan jaringan utama dengan SPN