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

I. Gambaran Umum Jalur Perluasan Blockchain

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

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, dan multi-core
• Ekspansi isolasi status: pemisahan status horizontal / Shard, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Ekspansi tipe outsourcing off-chain: melakukan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Desain Terpisah: Modul arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

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 tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sistem skala "kolaborasi multilevel, kombinasi modul" yang lengkap. Artikel ini berfokus pada metode skala yang didasarkan pada komputasi paralel.

Perhitungan paralel dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi / instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara untuk meningkatkan kapasitas dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dengan urutan granularitas paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi yang juga semakin tinggi.

• 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 pemanggilan / MicroVM paralel (Call-level / MicroVM): mewakili proyek MegaETH
• Paralel tingkat instruksi (Instruction-level): Mewakili proyek GatlingX

Model konkuren asinkron di luar rantai, yang diwakili oleh sistem entitas Aktor (Model Agen / Aktor), termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model sinkronisasi non-blockchain), setiap Agen berfungsi sebagai "proses entitas cerdas" yang berjalan secara mandiri, menggunakan penggerak pesan asinkron secara paralel, berbasis peristiwa, tanpa jadwal sinkronisasi, proyek-proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skala yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, bukan dalam perhitungan paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skala dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel" dan bukan dengan meningkatkan derajat paralel di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skala semacam ini bukanlah fokus utama dari artikel ini, tetapi kami tetap akan membandingkannya dalam konteks perbandingan ide arsitektur.

Dua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Melampaui Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga kini, melalui beberapa upaya perluasan seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi bottleneck throughput di lapisan eksekusi tetap belum terobati secara fundamental. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity masih merupakan platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, yang sedang menjadi arah penting dalam evolusi perluasan baru. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM untuk skenario dengan tingkat konversi tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi tertunda dan dekomposisi status.

Analisis mekanisme perhitungan paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan ide paralel dasar pemrosesan pipelining, dengan eksekusi asinkron di lapisan konsensus dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi. 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 end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, dengan inti pemikiran untuk membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan pada thread atau inti yang independen, memungkinkan pemrosesan bersamaan lintas blok, dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: proposal transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Eksekusi Decoupled Asinkron

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

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, guna menghindari konflik status. Sementara Monad menerapkan strategi "eksekusi paralel optimis", yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan "Detektor Konflik (Conflict Detector))" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama (seperti konflik baca/tulis).
• Jika konflik terdeteksi, transaksi yang konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan keakuratan status.

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

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan penentuan L1 Monad, MegaETH ditetapkan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang modular dan kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 independen atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi (Execution Layer) 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 paralel dengan tingkat tinggi dan kemampuan respons yang rendah latensi. Inovasi kunci yang diusulkan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status terarah dan tidak melingkar) serta mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "penyelarasan dalam rantai".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro mesin virtual (Micro-VM) per akun", yang "meng-thread" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi minimum untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan pemanggilan sinkron, sehingga banyak VM dapat dieksekusi secara independen dan menyimpan secara independen, secara alami paralel.

DAG Ketergantungan Status: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

MegaETH membangun sebuah sistem penjadwalan DAG berbasis hubungan akses status akun, yang secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph). Setiap transaksi memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan dalam urutan topologis secara serial atau ditunda. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas tradisional dengan mengimplementasikan pengemasan mikro-vm berdasarkan akun, menjadwalkan 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 dimensi penuh, menyediakan pemikiran baru pada tingkat 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 teoritis, batas paralel MegaETH lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit mengontrol kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah filosofi Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang sangat berbeda dari sharding: sharding memotong blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen (shard), di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single-chain dalam perluasan lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, melakukan optimasi eksekusi paralel ekstrem di dalam single-chain 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 optimisasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam rantai, melalui Eksekusi Tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur Micro-VM untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network adalah jaringan blockchain L1 paralel modular dan full-stack, dengan mekanisme komputasi paralelnya yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi-virtual machine (EVM dan Wasm) melalui kolaborasi antara jaringan utama dan Jaringan Pemrosesan Khusus (SPNs), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual yaitu EVM dan WASM, memungkinkan pengembang untuk 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 Pengolahan Khusus (SPNs): SPNs adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular, yang khusus digunakan untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat mencapai alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih 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