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

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) "Keamanan", "Desentralisasi", "Skalabilitas" 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 "skalabilitas", saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain yang dominan di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status untuk skalabilitas: Pemecahan horizontal status / Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Skala outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi tipe decoupling struktur: modul arsitektur, operasi kolaboratif, misalnya rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi tipe konkuren asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, misalnya agen, rantai asinkron multithread

Solusi penskalaan blockchain mencakup: komputasi paralel on-chain, Rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkatan eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sebuah sistem penskalaan yang "kolaboratif multi-tingkat dan kombinasi modular" yang lengkap. Artikel ini akan fokus pada metode penskalaan yang mengutamakan 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 ukuran granularity 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 entitas Aktor (Model Agen / Aktor), termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model non-sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lainnya.

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

Dua, EVM Sistem Rantai Peningkatan Paralel: Menerobos Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga kini, mengalami beberapa upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi hambatan throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan fundamental. 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 peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas yang baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konkruensi tinggi dan throughput tinggi, dengan memulai dari 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 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 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 eksekusi paralel Monad, yang inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa fase independen dan memproses fase-fase ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap fase berjalan di thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan paralel antar blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Fase-fase ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asynchronous: Konsensus - Eksekusi Decoupling Asynchronous

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai asinkron di lapisan konsensus, asinkron di lapisan eksekusi, dan asinkron di penyimpanan 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 menggunakan strategi "eksekusi paralel optimis", yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• 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 konflik akan dieksekusi ulang secara serial untuk memastikan kebenaran status.

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

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

Berbeda dengan penentuan L1 Monad, MegaETH ditentukan sebagai lapisan eksekusi paralel berperforma tinggi yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai blockchain 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 dengan tingkat konvergensi tinggi dan kemampuan respons yang rendah latensi. Inovasi kunci yang diajukan 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 "threading dalam rantai".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu micro-VM per akun", yang "menjadikan lingkungan eksekusi menjadi ter-thread", menyediakan unit isolasi terkecil untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan panggilan 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 yang berdasarkan pada hubungan akses status akun, yang secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph). Setiap transaksi yang mengubah akun tertentu dan membaca akun tertentu semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak bertentangan dapat dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda menurut 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 mengimplementasikan pembungkusan mikro-vm berdasarkan unit akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan mengganti tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi" secara menyeluruh, memberikan pemikiran baru yang bersifat 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 teoritis, 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 sangat berbeda dari sharding: sharding memecah 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 ekspansi horizontal pada lapisan eksekusi, dengan optimasi eksekusi paralel maksimum 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 pelaksanaan tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro-VM (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network merupakan jaringan blockchain L1 paralel yang 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 terpercaya (TEE).

Analisis Mekanisme Perhitungan 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 mandiri dan paralel, meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, yaitu 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 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 melalui protokol restaking (