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

I. Latar Belakang dan Ringkasan

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) yang terdiri dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skala" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu sulit bagi proyek blockchain untuk mencapai "keamanan maksimal, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Terkait dengan topik "skala" yang abadi, solusi peningkatan skala blockchain yang utama di pasar saat ini dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Pengembangan isolasi status: pemisahan horizontal status / Shard, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Ekspansi model outsourcing off-chain: memindahkan eksekusi ke luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe decoupling struktur: modularisasi arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyusun bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi jenis konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-threaded

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 berbagai level seperti eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skala lengkap yang kolaboratif dan modular". Artikel ini akan fokus pada metode skala utama yang menggunakan komputasi paralel.

Perhitungan paralel 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 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.

• 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), mereka termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model non-sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas mandiri", yang mengirim pesan secara asinkron dengan cara paralel, berbasis acara, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme paralelisme di 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 derajat paralelisme di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skalabilitas semacam itu bukan fokus utama 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 serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui berbagai upaya perluasan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai paralel berbasis EVM sebagai jalur kunci yang memperhatikan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi perluasan tahap baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konkuren tinggi dan throughput tinggi, berdasarkan eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Penjelasan Mekanisme Komputasi Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (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 masing-masing memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data 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 jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan di thread atau inti yang independen, untuk mencapai pemrosesan paralel lintas blok, dan akhirnya meningkatkan throughput serta mengurangi latensi. Tahap-tahap ini termasuk: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Decoupling Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus transaksi dan eksekusi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi perluasan 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 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 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 pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis mengeksekusi semua transaksi secara paralel, dengan asumsi 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 terdeteksi konflik, transaksi yang bertentangan akan diserialisasikan dan dieksekusi ulang untuk memastikan konsistensi status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, mencapai paralelisme melalui penundaan penulisan status dan deteksi konflik secara dinamis selama proses eksekusi, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, kematangan yang baik dan mudah untuk memigrasikan ekosistem EVM, adalah akselerator paralel untuk dunia EVM.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

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

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro mesin virtual (Micro-VM) per akun", yang "menghentikan" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi minimum untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi satu sama lain 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 berbasis hubungan akses status akun, yang secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph). Setiap transaksi memodifikasi akun-akun tertentu dan membaca akun-akun lain, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak saling bertentangan 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 yang tidak berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Singkatnya, MegaETH memecahkan model mesin status EVM single-thread tradisional dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm berdasarkan akun. Ini 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 ide baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

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 mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dari 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 skala jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan skala horizontal di lapisan eksekusi, dengan mengoptimalkan eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain: penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus 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 adalah jaringan blockchain L1 paralel modular dan full-stack, dengan mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), mendukung lingkungan multi-VM (EVM dan Wasm), dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK), dan lingkungan eksekusi yang terpercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pengolahan Pipeline Asinkron Selama Siklus Hidup Penuh (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pengolahan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, yang pada gilirannya meningkatkan efisiensi pengolahan 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 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, lebih lanjut meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking (Modular Consensus & Restaking): Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan