Mapa panorâmico do setor de computação paralela Web3: a melhor solução para escalabilidade nativa?
I. Contexto e Visão Geral
O "triângulo impossível" da blockchain (Blockchain Trilemma) — "segurança", "descentralização" e "escalabilidade" — revela o compromisso essencial no design de sistemas de blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançarem simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as principais soluções de escalabilidade de blockchain atualmente no mercado são diferenciadas por paradigmas, incluindo:
Execução de escalabilidade aprimorada: aumento da capacidade de execução no local, como paralelismo, GPU e múltiplos núcleos
Isolamento de estado para escalabilidade: divisão horizontal de estado / Shard, como sharding, UTXO, múltiplas sub-redes
Escalonamento externo por outsourcing: colocar a execução fora da cadeia, por exemplo, Rollup, Coprocessor, DA
Expansão de desacoplamento estrutural: modularidade da arquitetura, operação colaborativa, como cadeias modulares, ordenadores partilhados, Rollup Mesh
Expansão assíncrona e concorrente: Modelo Actor, isolamento de processos, orientado a mensagens, como agentes, cadeia assíncrona multithread
As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulos DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de provas zk, arquitetura Stateless, entre outros, abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, formando um sistema completo de escalabilidade "multi-nível e modular". Este artigo foca principalmente nas soluções de escalabilidade baseadas em computação paralela.
Cálculo paralelo intra-chain (intra-chain parallelism), focando na execução paralela de transações / instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes objetivos de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com a granularidade paralela se tornando cada vez mais fina, a intensidade paralela aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação crescendo ainda mais.
Paralelismo a nível de conta (Account-level): representa o projeto Solana
Paralelismo a nível de objeto (Object-level): representa o projeto Sui
Nível de transação (Transaction-level): representa o projeto Monad, Aptos
Nível de chamada / Micro VM em paralelo (Call-level / MicroVM): representa o projeto MegaETH
Paralelismo a nível de instruções (Instruction-level): representa o projeto GatlingX
Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes (Modelo de Agente / Ator), que pertence a uma outra parábola de computação paralela, como um sistema de mensagens assíncronas / entre cadeias (modelo não sincronizado por bloco), onde cada Agente atua como um "processo inteligente independente", com mensagens assíncronas em paralelo, acionadas por eventos, sem necessidade de agendamento de sincronização. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.
E as soluções de escalabilidade que conhecemos bem, como Rollup ou sharding, pertencem a mecanismos de concorrência em nível de sistema e não à computação paralela dentro da cadeia. Elas alcançam escalabilidade através da "execução paralela de múltiplas cadeias / domínios de execução", em vez de aumentar a paralelização dentro de um único bloco / máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco principal deste artigo, mas ainda assim a utilizaremos para comparações de similaridade de conceitos arquitetônicos.
2. EVM Chain de Paralelismo Aumentado: Superando Limites de Desempenho na Compatibilidade
A arquitetura de processamento em série do Ethereum evoluiu até hoje, passando por tentativas de escalonamento como sharding, Rollup e arquitetura modular, mas o gargalo de desempenho na camada de execução ainda não teve uma ruptura fundamental. Entretanto, EVM e Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico no momento. Assim, as cadeias de aprimoramento paralelo da EVM estão se tornando uma direção importante na evolução do escalonamento, equilibrando a compatibilidade ecológica e o aumento do desempenho de execução. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, construindo uma arquitetura de processamento paralelo da EVM voltada para cenários de alta concorrência e alta vazão, a partir da execução atrasada e da decomposição de estados.
Análise do mecanismo de computação paralela do Monad
Monad é uma blockchain de alto desempenho Layer1 redesenhada para a Máquina Virtual Ethereum (EVM), baseada no conceito fundamental de processamento em pipeline (Pipelining), com execução assíncrona na camada de consenso (Asynchronous Execution) e concorrência otimista na camada de execução (Optimistic Parallel Execution). Além disso, nas camadas de consenso e armazenamento, Monad introduz o protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), realizando otimização de ponta a ponta.
Pipelining: Mecanismo de execução paralela em várias etapas
Pipelining é o conceito fundamental da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em várias etapas independentes e processar essas etapas em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional. Cada etapa é executada em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos, com o objetivo final de aumentar a capacidade de processamento e reduzir a latência. Essas etapas incluem: Proposta de transação (Propose), Acordo de consenso (Consensus), Execução de transação (Execution) e Compromisso de bloco (Commit).
Nas blockchains tradicionais, o consenso e a execução de transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo em série limita severamente a escalabilidade de desempenho. O Monad implementou o consenso assíncrono, a execução assíncrona e o armazenamento assíncrono através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e maior eficiência na utilização de recursos.
Design central:
O processo de consenso (camada de consenso) é responsável apenas pela ordenação das transações, não pela execução da lógica do contrato.
O processo de execução (camada de execução) é acionado de forma assíncrona após a conclusão do consenso.
Após a conclusão do consenso, entre imediatamente no processo de consenso do próximo bloco, sem esperar pela conclusão da execução.
A Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução estritamente sequencial para evitar conflitos de estado. Em contrapartida, o Monad adota uma estratégia de "execução paralela otimista", aumentando significativamente a taxa de processamento de transações.
Mecanismo de execução:
Monad irá executar todas as transações em paralelo de forma otimista, assumindo que a maioria das transações não tem conflitos de estado.
Executar simultaneamente um "Detetor de Conflitos (Conflict Detector)" para monitorar se as transações acessaram o mesmo estado (como conflitos de leitura / escrita).
Se um conflito for detectado, as transações em conflito serão serializadas e reexecutadas para garantir a correção do estado.
Monad escolheu um caminho compatível: movendo o mínimo possível as regras do EVM, implementando a paralelização através do adiamento da escrita do estado e da detecção dinâmica de conflitos, mais parecido com uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade que facilita a migração do ecossistema EVM, sendo um acelerador de paralelização no mundo EVM.
Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH
Diferente do posicionamento L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução paralela de alto desempenho compatível com EVM e pode atuar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de execução aprimorada (Execution Layer) ou componente modular na Ethereum. Seu objetivo de design central é desconstruir a lógica da conta, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, para alcançar alta execução concorrente dentro da cadeia e baixa latência de resposta. A inovação chave proposta pelo MegaETH está na: arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (Directed Acyclic Graph) e mecanismo de sincronização modular, construindo em conjunto um sistema de execução paralela voltado para "threading dentro da cadeia".
Arquitetura Micro-VM: Conta é um fio
MegaETH introduziu um modelo de execução de "uma Micro-VM por conta", tornando o ambiente de execução "multithreaded" e proporcionando a menor unidade de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam entre si por meio de mensagens assíncronas, em vez de chamadas síncronas, permitindo que várias VMs sejam executadas independentemente e armazenem dados de forma independente, resultando em paralelismo natural.
State Dependency DAG: Mecanismo de agendamento impulsionado por grafo de dependência
MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado em relações de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependência global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em série ou adiadas de acordo com a ordem topológica. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não escrita duplicada durante o processo de execução paralela.
Execução Assíncrona e Mecanismo de Callback
B
Em suma, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estado de thread única EVM, implementando encapsulamento de micromáquinas virtuais por unidade de conta, agendando transações através de um gráfico de dependência de estado e substituindo a pilha de chamada síncrona por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em toda a dimensão de "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", oferecendo uma nova abordagem de paradigma para a construção da próxima geração de sistemas de alta performance em cadeia.
MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial de paralelismo extremo através de agendamento de execução assíncrona. Em teoria, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, parecendo mais um sistema operacional super distribuído sob a filosofia do Ethereum.
Monad e MegaETH têm conceitos de design bastante diferentes em relação ao sharding: o sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-chains independentes (shards), cada uma responsável por parte das transações e estados, quebrando as limitações de uma única cadeia na escala da rede; enquanto Monad e MegaETH mantêm a integridade da cadeia única, expandindo horizontalmente apenas na camada de execução, otimizando a execução paralela extrema dentro da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções no caminho de escalabilidade da blockchain: fortalecimento vertical e expansão horizontal.
Os projetos de computação paralela, como Monad e MegaETH, concentram-se principalmente em otimizações de throughput, tendo como objetivo central aumentar o TPS na cadeia. Isso é alcançado através da execução adiada (Deferred Execution) e da arquitetura de micromáquinas virtuais (Micro-VM), permitindo o processamento paralelo em nível de transação ou de conta. O Pharos Network, como uma rede blockchain L1 modular e de pilha completa, tem seu mecanismo central de computação paralela denominado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta um trabalho colaborativo entre a mainnet e redes de processamento especial (SPNs), permitindo ambientes de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm), e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiáveis (TEE).
Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh:
Processamento de Pipeline Assíncrono de Ciclo de Vida Completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla as várias fases da transação (como consenso, execução, armazenamento) e adota um método de processamento assíncrono, permitindo que cada fase seja realizada de forma independente e em paralelo, aumentando assim a eficiência geral do processamento.
Execução Paralela de Duas Máquinas Virtuais (Dual VM Parallel Execution): A Pharos suporta dois ambientes de máquinas virtuais, EVM e WASM, permitindo que os desenvolvedores escolham o ambiente de execução adequado com base nas suas necessidades. Esta arquitetura de dupla VM não só aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
Redes de Tratamento Especial (SPNs): As SPNs são componentes-chave da arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, dedicadas ao tratamento de tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através das SPNs, o Pharos pode realizar a alocação dinâmica de recursos e o processamento paralelo de tarefas, aumentando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
Consenso Modular e Mecanismo de Recolocação (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível, suportando vários modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), e
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FOMOSapien
· 08-03 17:13
As rodas já estão desgastadas, quem ainda acredita nesta armadilha?
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ForkMaster
· 08-03 13:57
Mais uma vez a jogar a carta da expansão? Naquela altura em que a forquilha trouxe enormes lucros, ninguém falava de problema de escalonamento, agora que a construção básica está de volta em alta no Bear Market, há esperanças para o dinheiro do leite das três crianças!
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gas_fee_therapist
· 08-03 13:51
Este tps vai subir ao céu de novo, certo?
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WalletDetective
· 08-03 13:47
A realidade é realmente boa, no final só podemos depender da escalabilidade não nativa.
Panorama do setor de computação paralela Web3: Análise de cinco grandes categorias de mecanismos e tendências de desenvolvimento
Mapa panorâmico do setor de computação paralela Web3: a melhor solução para escalabilidade nativa?
I. Contexto e Visão Geral
O "triângulo impossível" da blockchain (Blockchain Trilemma) — "segurança", "descentralização" e "escalabilidade" — revela o compromisso essencial no design de sistemas de blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançarem simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as principais soluções de escalabilidade de blockchain atualmente no mercado são diferenciadas por paradigmas, incluindo:
As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulos DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de provas zk, arquitetura Stateless, entre outros, abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, formando um sistema completo de escalabilidade "multi-nível e modular". Este artigo foca principalmente nas soluções de escalabilidade baseadas em computação paralela.
Cálculo paralelo intra-chain (intra-chain parallelism), focando na execução paralela de transações / instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes objetivos de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com a granularidade paralela se tornando cada vez mais fina, a intensidade paralela aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação crescendo ainda mais.
Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes (Modelo de Agente / Ator), que pertence a uma outra parábola de computação paralela, como um sistema de mensagens assíncronas / entre cadeias (modelo não sincronizado por bloco), onde cada Agente atua como um "processo inteligente independente", com mensagens assíncronas em paralelo, acionadas por eventos, sem necessidade de agendamento de sincronização. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.
E as soluções de escalabilidade que conhecemos bem, como Rollup ou sharding, pertencem a mecanismos de concorrência em nível de sistema e não à computação paralela dentro da cadeia. Elas alcançam escalabilidade através da "execução paralela de múltiplas cadeias / domínios de execução", em vez de aumentar a paralelização dentro de um único bloco / máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco principal deste artigo, mas ainda assim a utilizaremos para comparações de similaridade de conceitos arquitetônicos.
2. EVM Chain de Paralelismo Aumentado: Superando Limites de Desempenho na Compatibilidade
A arquitetura de processamento em série do Ethereum evoluiu até hoje, passando por tentativas de escalonamento como sharding, Rollup e arquitetura modular, mas o gargalo de desempenho na camada de execução ainda não teve uma ruptura fundamental. Entretanto, EVM e Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico no momento. Assim, as cadeias de aprimoramento paralelo da EVM estão se tornando uma direção importante na evolução do escalonamento, equilibrando a compatibilidade ecológica e o aumento do desempenho de execução. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, construindo uma arquitetura de processamento paralelo da EVM voltada para cenários de alta concorrência e alta vazão, a partir da execução atrasada e da decomposição de estados.
Análise do mecanismo de computação paralela do Monad
Monad é uma blockchain de alto desempenho Layer1 redesenhada para a Máquina Virtual Ethereum (EVM), baseada no conceito fundamental de processamento em pipeline (Pipelining), com execução assíncrona na camada de consenso (Asynchronous Execution) e concorrência otimista na camada de execução (Optimistic Parallel Execution). Além disso, nas camadas de consenso e armazenamento, Monad introduz o protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), realizando otimização de ponta a ponta.
Pipelining: Mecanismo de execução paralela em várias etapas
Pipelining é o conceito fundamental da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em várias etapas independentes e processar essas etapas em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional. Cada etapa é executada em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos, com o objetivo final de aumentar a capacidade de processamento e reduzir a latência. Essas etapas incluem: Proposta de transação (Propose), Acordo de consenso (Consensus), Execução de transação (Execution) e Compromisso de bloco (Commit).
Execução Assíncrona: Consenso - Execução Desacoplada Assíncrona
Nas blockchains tradicionais, o consenso e a execução de transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo em série limita severamente a escalabilidade de desempenho. O Monad implementou o consenso assíncrono, a execução assíncrona e o armazenamento assíncrono através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e maior eficiência na utilização de recursos.
Design central:
Execução Paralela Otimista: Execução Paralela Otimista
A Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução estritamente sequencial para evitar conflitos de estado. Em contrapartida, o Monad adota uma estratégia de "execução paralela otimista", aumentando significativamente a taxa de processamento de transações.
Mecanismo de execução:
Monad escolheu um caminho compatível: movendo o mínimo possível as regras do EVM, implementando a paralelização através do adiamento da escrita do estado e da detecção dinâmica de conflitos, mais parecido com uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade que facilita a migração do ecossistema EVM, sendo um acelerador de paralelização no mundo EVM.
Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH
Diferente do posicionamento L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução paralela de alto desempenho compatível com EVM e pode atuar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de execução aprimorada (Execution Layer) ou componente modular na Ethereum. Seu objetivo de design central é desconstruir a lógica da conta, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, para alcançar alta execução concorrente dentro da cadeia e baixa latência de resposta. A inovação chave proposta pelo MegaETH está na: arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (Directed Acyclic Graph) e mecanismo de sincronização modular, construindo em conjunto um sistema de execução paralela voltado para "threading dentro da cadeia".
Arquitetura Micro-VM: Conta é um fio
MegaETH introduziu um modelo de execução de "uma Micro-VM por conta", tornando o ambiente de execução "multithreaded" e proporcionando a menor unidade de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam entre si por meio de mensagens assíncronas, em vez de chamadas síncronas, permitindo que várias VMs sejam executadas independentemente e armazenem dados de forma independente, resultando em paralelismo natural.
State Dependency DAG: Mecanismo de agendamento impulsionado por grafo de dependência
MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado em relações de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependência global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em série ou adiadas de acordo com a ordem topológica. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não escrita duplicada durante o processo de execução paralela.
Execução Assíncrona e Mecanismo de Callback
B
Em suma, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estado de thread única EVM, implementando encapsulamento de micromáquinas virtuais por unidade de conta, agendando transações através de um gráfico de dependência de estado e substituindo a pilha de chamada síncrona por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em toda a dimensão de "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", oferecendo uma nova abordagem de paradigma para a construção da próxima geração de sistemas de alta performance em cadeia.
MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial de paralelismo extremo através de agendamento de execução assíncrona. Em teoria, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, parecendo mais um sistema operacional super distribuído sob a filosofia do Ethereum.
Monad e MegaETH têm conceitos de design bastante diferentes em relação ao sharding: o sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-chains independentes (shards), cada uma responsável por parte das transações e estados, quebrando as limitações de uma única cadeia na escala da rede; enquanto Monad e MegaETH mantêm a integridade da cadeia única, expandindo horizontalmente apenas na camada de execução, otimizando a execução paralela extrema dentro da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções no caminho de escalabilidade da blockchain: fortalecimento vertical e expansão horizontal.
Os projetos de computação paralela, como Monad e MegaETH, concentram-se principalmente em otimizações de throughput, tendo como objetivo central aumentar o TPS na cadeia. Isso é alcançado através da execução adiada (Deferred Execution) e da arquitetura de micromáquinas virtuais (Micro-VM), permitindo o processamento paralelo em nível de transação ou de conta. O Pharos Network, como uma rede blockchain L1 modular e de pilha completa, tem seu mecanismo central de computação paralela denominado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta um trabalho colaborativo entre a mainnet e redes de processamento especial (SPNs), permitindo ambientes de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm), e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiáveis (TEE).
Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh: