Recherche approfondie sur le calcul parallèle Web3 : le chemin ultime de l'extension native

I. Introduction : L'augmentation de la capacité est un sujet éternel, et le parallélisme est le champ de bataille ultime

Depuis sa création, le système de blockchain fait face à ce problème central qu'est l'évolutivité. Le nombre de transactions traitées par seconde pour Bitcoin et Ethereum reste limité, loin derrière les systèmes Web2 traditionnels. Ce n'est pas une simple question d'ajouter des serveurs, mais cela découle de limitations systémiques dans la conception sous-jacente de la blockchain.

Au cours des dix dernières années, nous avons été témoins de l'essor et de la chute de plusieurs solutions d'évolutivité, de la bataille d'évolutivité de Bitcoin au projet de sharding d'Ethereum, des canaux d'état aux Rollups. Bien que les solutions Rollup les plus populaires actuelles aient amélioré le TPS, elles n'ont toujours pas atteint la véritable limite de "performance monocouche" de la blockchain.

Ainsi, le calcul parallèle au sein de la chaîne commence à entrer dans le champ de vision de l'industrie. Contrairement à l'extension hors chaîne, le calcul parallèle au sein de la chaîne tente de reconstruire complètement le moteur d'exécution tout en maintenant une structure de chaîne unique, passant de "l'exécution des transactions séquentielles" à un système à haute concurrence de "multi-threading + pipeline + planification des dépendances". Cela pourrait non seulement entraîner des améliorations de débit de plusieurs centaines de fois, mais pourrait également devenir une base clé pour l'explosion des applications de contrats intelligents.

On peut dire que le calcul parallèle n'est pas seulement un moyen d'optimisation des performances, mais aussi un tournant paradigmatique dans le modèle d'exécution de la blockchain. Il remet en question le mode fondamental d'exécution des contrats intelligents, fournissant un véritable soutien d'infrastructure durable pour les applications natives Web3 de demain. Après que le secteur des Rollups soit devenu de plus en plus homogène, le parallélisme intra-chaîne devient une variable décisive dans la compétition Layer1 du nouveau cycle. Ce n'est pas seulement une course technologique, mais aussi une bataille pour le paradigme.

II. Panorama du paradigme d'extension : cinq types de routes, chacune avec ses propres priorités

L'extensibilité, en tant que l'un des sujets les plus importants dans l'évolution des technologies de blockchain, a donné naissance à l'émergence et à l'évolution de presque tous les parcours technologiques majeurs au cours des dix dernières années. À partir de la controverse sur la taille des blocs de Bitcoin, cette compétition technologique sur "comment rendre la chaîne plus rapide" a finalement abouti à cinq grandes orientations fondamentales :

1. Scalabilité on-chain : augmenter directement la taille des blocs, raccourcir le temps de création des blocs, etc. Bien que la cohérence de la chaîne unique soit préservée, cela expose facilement aux risques de centralisation et aux limites systémiques.

2. Scalabilité hors chaîne : comme les canaux d'état et les chaînes latérales, déplaçant la majorité des transactions hors chaîne. Capacité de traitement extensible à l'infini, mais il existe des problèmes de modèle de confiance, de sécurité des fonds, etc.

3. Layer2 Rollup : Exécution hors chaîne, vérification sur chaîne. La solution la plus populaire actuellement, mais elle présente des goulets d'étranglement à moyen terme en raison d'une dépendance trop forte à la disponibilité des données.

4. Blockchain modulaire : comme Celestia, Avail, etc., déconnecte les fonctions de base de la blockchain. L'avantage réside dans la possibilité de remplacer les composants de manière flexible, mais le défi réside dans le coût élevé de la synchronisation et de la vérification entre les modules.

5. Calcul parallèle en chaîne : réécrire la logique de planification de la VM, introduire des mécanismes de planification des systèmes informatiques modernes. L'avantage réside dans le fait qu'il permet de dépasser les limites de débit sans dépendre d'une architecture multi-chaînes, ce qui constitue un prérequis technologique important pour des scénarios d'application complexes à l'avenir.

La distinction entre ces cinq types de chemins reflète le compromis systématique entre performance, combinabilité, sécurité et complexité de développement dans la blockchain. Aucun de ces chemins ne peut résoudre tous les problèmes, mais ensemble, ils forment une vue d'ensemble de la mise à niveau du paradigme de calcul Web3.

Trois, Carte des classifications de calcul parallèle : Cinq grandes voies de comptes à instructions

Les technologies de calcul parallèle peuvent être divisées en cinq voies, allant de la granularité grossière à la granularité fine :

1. Parallélisme au niveau du compte : représenté par Solana, basé sur une conception découplée état-compte, détermine à l'aide d'analyses statiques si des conflits existent dans les transactions.

2. Parallélisme au niveau des objets : comme Aptos et Sui, la planification concurrente se fait sur la base d'"objets d'état" de granularité plus fine.

3. Concurrence au niveau des transactions : représentée par Monad, Sei et Fuel, construisant un graphique de dépendance autour de l'ensemble des transactions pour une exécution concurrente.

4. Parallélisme au niveau de la machine virtuelle : comme MegaETH, intégrant la capacité d'exécution simultanée dans la logique de planification des instructions au niveau de la machine virtuelle.

5. Parallélisme au niveau des instructions : S'inspirer de la pensée d'exécution désordonnée des CPU modernes, analyser le plan de chaque opération et réorganiser en parallèle.

Ces cinq types de chemins, des structures de données statiques aux mécanismes de planification dynamiques, voient leur complexité et la difficulté de planification augmenter continuellement. Ils marquent la transition du modèle de calcul de la blockchain d'une exécution séquentielle traditionnelle vers un environnement d'exécution distribué haute performance.

Quatre, Analyse approfondie des deux principales pistes : Monad vs MegaETH

Les deux principales lignes technologiques sur lesquelles le marché se concentre actuellement sont :

1. Monad:"Construire une chaîne de calcul parallèle à partir de zéro"

   • Utilisation de techniques de base de données telles que le contrôle de concurrence optimiste et la planification de DAG de transactions
   • L'objectif est d'augmenter la capacité de traitement des transactions de la chaîne à un niveau de millions de TPS.
   • Réaliser la compatibilité avec Solidity via une couche de langue intermédiaire
   • Pourrait devenir la couche d'exécution idéale pour un réseau Layer 2 Rollup

2. MegaETH:"Révolution parallèle interne à l'EVM"

   • Intégrer des capacités de calcul parallèle dans le moteur d'exécution EVM existant
   • Introduction d'une pile d'appels asynchrone et d'un mécanisme d'isolation du contexte d'exécution
   • Les développeurs peuvent obtenir des améliorations de performances sans modifier les contrats Solidity existants
   • Plus facile d'obtenir un soutien écologique à court terme

Monad et MegaETH représentent deux paradigmes parallèles : le premier poursuit une rupture de paradigme, reconstruisant toute la logique de la gestion de l'état à la machine virtuelle ; le second vise une optimisation progressive, poussant les systèmes traditionnels à leurs limites tout en respectant l'écosystème existant.

Cinq, opportunités et défis futurs de l'informatique parallèle

Opportunités offertes par le calcul parallèle :

1. Lever le plafond des applications, soutenir les interactions fréquentes sur la chaîne
2. Promouvoir la refonte des paradigmes de développement, susciter une nouvelle génération d'outils.
3. Fournir des modules d'exécution haute performance pour les blockchains modulaires

Défis à relever :

1. Garantie de cohérence concurrente des états et gestion des conflits de transaction
2. Le modèle de sécurité de l'environnement d'exécution multithread n'est pas encore complètement établi.
3. Volonté de migration des développeurs et culture de l'écosystème

Le calcul parallèle nous forcera à réévaluer la nature de la blockchain, et son impact pourrait constituer un tournant dans le paradigme computationnel global du Web3.

VI. Conclusion : La calcul parallèle est-elle le meilleur chemin pour l'extension native de Web3 ?

Le calcul parallèle tente de reconstruire le modèle d'exécution lui-même dans l'atomicité et la détermination de la chaîne, c'est une méthode d'extension "native à la chaîne". Elle préserve le modèle de confiance central de la blockchain, réservant un sol de performance pour de futures applications complexes. Ce n'est peut-être pas un raccourci pour réussir à court terme, mais cela pourrait être le seul chemin durable vers une solution correcte dans l'évolution à long terme du Web3. Nous sommes témoins d'une transition architecturale similaire à celle du passage d'un OS monocœur à un OS multicœur, le prototype du système d'exploitation natif du Web3 pourrait se cacher dans ces expériences parallèles au sein de la chaîne.