Web3 паралельні обчислення Глибина дослідження: Кінцевий шлях нативного масштабування

Одне. Вступ: Розширення є вічною темою, а паралельність - це остаточне поле битви

Блокчейн-системи завжди стикаються з основною проблемою розширення. Продуктивні обмеження Bitcoin та Ethereum важко подолати традиційною обробною здатністю світу Web2. Це не просто питання додавання серверів, а пов'язано з системними обмеженнями в базовому дизайні блокчейну.

Протягом останніх десяти років ми стали свідками різних спроб розширення: від суперечок щодо розширення Bitcoin до бачення сегментації Ethereum, від каналів стану, Plasma до Rollup і модульних блокчейнів. Rollup, як нинішнє основне рішення для розширення, підвищує TPS, зберігаючи при цьому безпеку Ethereum. Але він не торкається справжнього ліміту "одноланцевої продуктивності" на рівні блокчейну, особливо на рівні виконання.

Внутрішні паралельні обчислення поступово стають видимими в індустрії. На відміну від розширення поза ланцюгом, внутрішня паралельна обробка намагається повністю переробити виконуючий движок, зберігаючи при цьому структуру єдиного ланцюга, оновлюючи блокчейн з "послідовного виконання транзакцій" до "многопотокового + конвеєрного + планування залежностей" високопродуктивної системи. Це не лише може забезпечити підвищення пропускної здатності в сотні разів, але також може стати ключем до бурхливого розвитку застосувань смарт-контрактів.

Нові мережі, такі як Solana, впроваджують паралельність на архітектурному рівні, тоді як проєкти, як-от Monad, MegaETH, підвищують паралелізм в межах мережі до ще більш глибоких проривів. Можна сказати, що паралельні обчислення - це не лише оптимізація продуктивності, а й переломний момент у моделі виконання блокчейну. Вони ставлять під сумнів основну модель виконання смарт-контрактів, переосмислюючи базову логіку обробки транзакцій.

Після того, як у сфері Rollup відбулося зближення, паралельність в межах ланцюга стає вирішальним фактором конкуренції Layer1 нового циклу. Продуктивність більше не просто "швидше", а й можливість підтримувати цілий гетерогенний світ застосувань. Це не лише технологічні змагання, а й боротьба за парадигми. Наступне покоління суверенних платформ виконання у світі Web3, ймовірно, виникне саме з цієї боротьби за паралельність в межах ланцюга.

Два. Панорама парадигми розширення: п'ять типів маршрутів, кожен з яких має свої акценти

Розширення, як одна з найважливіших тем еволюції технології публічних ланцюгів, виявилося причиною виникнення майже всіх основних технологічних шляхів за останнє десятиліття. Починаючи з суперечки про розмір блоку біткоїна, ця технологічна гонка "як змусити ланцюг працювати швидше" врешті-решт розділилася на п’ять основних напрямків:

1. Масштабування на ланцюзі: збільшення розміру блоку, скорочення часу створення блоку тощо. Хоча зберігається однорідність однієї ланки, але це може призвести до ризиків централізації та системних обмежень.

2. Оффлайн розширення: канали стану та бічні ланцюги. Переміщення більшості транзакцій офлайн, записуючи лише фінальний результат у основний ланцюг. Можливість безмежного розширення пропускної здатності, але існують питання довіри та безпеки.

3. Layer2 Rollup: Наразі це найбільш широко впроваджене рішення для масштабування. Масштабування досягається за рахунок виконання поза блокчейном та верифікації на блокчейні. Optimistic Rollup і ZK Rollup мають свої переваги, але також стикаються з проміжними обмеженнями.

4. Модульний блокчейн: розділення основних функцій блокчейну, виконання різних функцій кількома спеціалізованими ланцюгами. Гнучка заміна, але виклики також очевидні.

5. Паралельні обчислення в ланцюгу: зміна архітектури виконуючого двигуна всередині одного ланцюга для реалізації паралельної обробки атомарних транзакцій. Потрібно переписати логіку планування VM, впровадивши сучасні механізми планування комп'ютерних систем.

Ці п'ять типів шляхів відображають компроміс між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю в блокчейні. Кожен шлях має свої переваги та недоліки, які разом формують панораму оновлення обчислювальної парадигми Web3. А внутрішня паралель, можливо, є останнім полем битви в цій тривалій війні.

Три. Класифікаційна карта паралельних обчислень: п’ять основних шляхів від облікового запису до інструкції

Паралельні обчислення поступово стають основним шляхом до突破у продуктивності блокчейну. Виходячи з моделі виконання, технології паралельних обчислень можна розділити на п'ять шляхів:

1. Рівень облікового запису паралельно: представлений Solana. На основі декомпозиції облікового запису та стану, шляхом статичного аналізу визначаються конфлікти транзакцій. Підходить для структурованих та чітких транзакцій, але в складних сценаріях паралелізм може знижуватися.

2. Об'єктний рівень паралелізму: на прикладі Aptos та Sui. Введення більш тонкозернистих "об'єктів стану" для конкурентного планування. Більш універсальний, але збільшує мовні бар'єри та складність розробки.

3. Рівень транзакційної паралельності: з Monad, Sei, Fuel як представниками. Будується граф залежностей навколо всієї транзакції, здійснюється паралельне потокове виконання. Потенційна пропускна здатність висока, але потребує складного управління залежностями.

4. Паралелізм на рівні віртуальної машини: представлений MegaETH. Вбудовування здатності до паралельного виконання в логіку планування інструкцій на рівні VM. Складність полягає в збереженні сумісності з EVM під час модифікації всього середовища виконання.

5. Інструкційний рівень паралельності: найменша гранулярність паралельності. Схоже на динамічне виконання сучасних ЦПУ та конвеєризацію інструкцій. Команда Fuel вже попередньо впровадила, але все ще на стадії експериментів.

Ці п'ять шляхів від грубого до тонкого, є як уточненням паралельної логіки, так і зростанням складності системи. Вони позначають перехід моделі обчислень блокчейн з традиційного послідовного виконання до високопродуктивного розподіленого середовища.

Чотири, Глибина двох основних конкурентних шляхів: Monad проти MegaETH

Поточні дві найбільш обговорювані технологічні лінії у сфері паралельних обчислень – це "побудова паралельних обчислювальних ланцюгів з нуля" від Monad і "внутрішня паралельна революція EVM" від MegaETH. Вони представляють дві різні парадигми: "реконструкціонізм" і "сумісність".

Monad використовує радикальний підхід до реконструкції, черпаючи натхнення з сучасних баз даних та високопродуктивних систем. Його основні технології включають оптимістичний контроль паралелізму, планування транзакцій у вигляді DAG, виконання в незвичному порядку тощо, з метою підвищення продуктивності обробки транзакцій до рівня мільйонів TPS. Monad підтримує сумісність з Solidity через проміжний мовний рівень, застосовуючи стратегію "поверхнева сумісність, глибока реконструкція".

MegaETH вибирає реалізацію паралелізму на основі існуючого EVM. Він не змінює специфікацію EVM, а реконструює модель виконання інструкцій, вводячи ізоляцію на рівні потоків та асинхронний механізм виконання. MegaETH дозволяє розробникам отримувати підвищення продуктивності без зміни існуючих контрактів, що робить його більш прийнятним для екосистеми Ethereum.

Monad нагадує високошвидкісний поїзд на новій трасі, де все - від колії до кузова - переосмислено. MegaETH, в свою чергу, схожий на встановлення турбін на вже існуючу автомагістраль, що покращує структуру диспетчеризації, щоб автомобілі їхали швидше. Обидва можуть знайти свої місця в майбутній модульній архітектурі, спільно створюючи високопродуктивний виконавчий механізм Web3.

П'ять. Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

Паралельні обчислення поступово переходять від проєктування до реалізації, їх потенціал поступово виявляється. Вони не лише покращують продуктивність, але й перетворюють парадигму розробки та бізнес-моделі.

Можливості:

1. Зняти стелю застосувань, підтримувати високочастотну взаємодію на ланцюгу, як справжній ігровий движок на ланцюзі та автономні AI-агенти в реальному часі.
2. Сприяти створенню нового покоління інструментів розробки, таких як паралельні смарт-контракти, оптимізовані компілятори тощо.
3. Забезпечити високопродуктивний модуль виконання для модульної блокчейн-системи.

В аспекті викликів:

1. Технічні проблеми: забезпечення узгодженості стану при паралелізмі та обробка конфліктів транзакцій.
2. Модель безпеки ще не повністю встановлена, такі проблеми, як ізоляція потоків, нові види атак тощо.
3. Екологічна міграція та поріг усвідомлення розробників.

Майбутнє паралельних обчислень є перемогою системної інженерії та випробуванням екологічного дизайну. Воно переосмислить сутність ланцюга та може стати поворотним моментом у парадигмі обчислень Web3.

Шість, висновок: Чи є паралельні обчислення найкращим шляхом для рідного масштабування Web3?

Хоча паралельні обчислення не є найпростішими у реалізації, вони можуть бути найближчими до суті блокчейну. Вони намагаються реконструювати модель виконання в атомарності ланцюга, доходячи до кореня продуктивних вузьких місць. Цей спосіб масштабування, "природний для ланцюга", зберігає основну модель довіри, залишаючи стійку продуктивність для складних застосувань.

Паралельні обчислення реконструюють "душу ланцюга". Це, можливо, не короткочасний шлях, але може бути єдиним стійким правильним рішенням у тривалій еволюції Web3. Ми стаємо свідками стрибка архітектури, подібного до переходу від однокристальних до багатоядерних ОС, можливо, первісна форма нативної операційної системи Web3 прихована саме в цьому.