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

I. Posisi dan Nilai Teknologi Komputasi Paralel dalam Perluasan Blockchain

"Trilemma Blockchain" yang terdiri dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skala" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai topik abadi "skala", 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 Ekspansi: Pemecahan Status Secara Horizontal/Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi-Subnet
• Ekspansi outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi jenis decoupling struktur: modul arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi berbasis konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: perhitungan paralel dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkatan eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang kolaboratif dan modular". Artikel ini fokus pada cara skalabilitas yang berfokus pada perhitungan paralel.

Paralelisme dalam rantai ( intra-chain parallelism ), fokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara perbesarannya 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 juga 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 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 agen aktor (Agent / Actor Model), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model non-sinkronisasi blok), di mana setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dengan pengiriman pesan secara asinkron dalam cara paralel, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron. Proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

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

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

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui beberapa putaran upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi masih belum ada terobosan fundamental pada bottleneck throughput di lapisan eksekusi. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai yang ditingkatkan secara paralel dengan EVM sebagai jalur kunci yang mengimbangi kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skala baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konversi yang tinggi dan throughput tinggi, berdasarkan 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 paralelisme 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, 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 berjalan di thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan bersamaan lintas blok, dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Desas-desus-Desas Asinkron

Dalam blockchain tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih elastis, 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：Optimistic Parallel Execution

Ethereum tradisional menggunakan model serial yang ketat untuk pelaksanaan transaksi, untuk menghindari konflik status. Sementara Monad menggunakan strategi "eksekusi paralel optimis", yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa 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 konflik terdeteksi, transaksi konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan keakuratan status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dan selama eksekusi dengan menunda penulisan status serta mendeteksi konflik secara dinamis untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan versi performa Ethereum, dengan kematangan yang baik sehingga mudah untuk melakukan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

Berbeda dengan posisi L1 Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM yang dapat berfungsi baik sebagai rantai publik L1 independen maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah memisahkan dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat tinggi dan kemampuan respons yang rendah latensi di dalam rantai. Inovasi kunci yang diajukan MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + DAG ketergantungan status (graf ketergantungan status terarah tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang diarahkan ke "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM: Akun adalah utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro-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, dengan penyimpanan independen, dan secara alami paralel.

State Dependency DAG: Mekanisme Penjadwalan yang Didorong oleh Grafik Ketergantungan

MegaETH membangun sistem penjadwalan DAG yang didasarkan pada hubungan akses status akun, sistem ini secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph), setiap transaksi yang mengubah akun mana, membaca akun mana, semua dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat langsung dieksekusi secara paralel, transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara berurutan atau ditunda sesuai urutan topologi. 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 menerapkan kemasan mikro-vm berdasarkan akun, menjadwalkan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan tumpukan pemanggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" di seluruh dimensi, memberikan pemikiran baru yang setara dengan paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

MegaETH telah 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 untuk mengontrol kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah ide 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 memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, dan mengoptimalkan eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur ekspansi blockchain: penguatan vertikal dan ekspansi horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur micro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network adalah jaringan blockchain L1 yang modular dan paralel secara penuh, dengan mekanisme komputasi paralelnya 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 pembuktian 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, 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, yang 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 mewujudkan berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPNs.

Selain itu, Pharos melalui teknologi pohon Merkle multi-versi, pengkodean delta (Delta Encoding), pengalamatan versi (Versioned Addressing), dan penurunan ADS (ADS Pushdown) merekonstruksi model eksekusi dari dasar mesin penyimpanan, meluncurkan mesin penyimpanan berkinerja tinggi berbasis blockchain asli Phar