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

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) "Keamanan", "Desentralisasi", "Skalabilitas" mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain, yaitu sulit bagi proyek blockchain untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai "skalabilitas" yang merupakan topik abadi, solusi peningkatan kapasitas blockchain utama di pasar saat ini dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi secara langsung, seperti paralel, GPU, multi-core
• Ekspansi isolasi status: pemisahan horizontal status / Shard, seperti sharding, UTXO, multi-subnet
• Skala luar rantai dengan outsourcing: memindahkan eksekusi ke luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Dekoupling Struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyorter bersama, Rollup Mesh
• Skala Concurrent Asynchronous: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem Actor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dll., mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan sistem skalabilitas lengkap "kolaborasi multilapis, kombinasi modul". Artikel ini fokus pada metode skalabilitas yang berbasis komputasi paralel.

Paralelisme dalam rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi / instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, metode skalabilitas dapat dibagi menjadi lima kategori, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dengan granularity paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan tingkat 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 (Model Agen / Aktor), merupakan salah satu paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model non-sinkron blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek-proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dan lainnya.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal baik seperti Rollup atau sharding termasuk dalam mekanisme konkurensi tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel" alih-alih meningkatkan derajat paralelisme di dalam blok / mesin virtual tunggal. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus pembahasan dalam artikel ini, tetapi kita tetap akan menggunakannya untuk membandingkan kesamaan dan perbedaan dalam konsep arsitektur.

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

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa putaran upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi bottleneck throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan mendasar. Namun, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekosistem yang paling kuat saat ini. Oleh karena itu, rantai penguatan paralel EVM sebagai jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas baru. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan konvergensi tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Analisis mekanisme komputasi paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan konsep 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 optimisasi ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, yang intinya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipeline tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan di thread atau inti yang independen, mencapai pemrosesan paralel antar blok dan pada akhirnya meningkatkan throughput serta mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Eksekusi Decoupled Asinkron

Dalam rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya adalah proses sinkron, dan model serial ini secara serius membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Mengurangi waktu blok (block time) dan latensi konfirmasi secara signifikan, 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 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 eksekusi serial yang ketat untuk menghindari konflik status. Sementara itu, Monad mengadopsi strategi "eksekusi paralel optimis" yang secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi.

Mekanisme eksekusi:

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

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis selama proses eksekusi untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan Ethereum versi kinerja, dengan kedewasaan yang baik yang memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH ditempatkan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, dapat berfungsi sebagai blockchain publik L1 yang independen, atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum (Execution Layer) atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit minimum yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat konkruensi tinggi dan kemampuan respons latensi rendah. Inovasi kunci yang diajukan MegaETH adalah: Arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (graf ketergantungan status terarah tanpa siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang diarahkan ke 'threading dalam rantai'.

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro-vm per akun", yang "mengalirkan" lingkungan eksekusi, 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 berbasis pada hubungan akses status akun, yang secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph). Setiap transaksi memodelkan akun yang dimodifikasi dan akun yang dibaca sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak konflik dapat dieksekusi secara paralel, sementara transaksi dengan hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologis. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi asinkron dan mekanisme callback

B

Singkatnya, MegaETH memecahkan model mesin status EVM tradisional yang berbasis single-thread dengan membungkus mesin virtual mikro berdasarkan 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, menawarkan ide baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi mendatang.

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 untuk mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah konsep Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki konsep desain yang cukup berbeda dengan Sharding: Sharding memecah blockchain menjadi beberapa sub-rantai independen (Shards), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal dalam perluasan lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH tetap mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, mencapai optimasi eksekusi paralel dalam batasan rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain yaitu penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam jaringan, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro virtual machine (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan paralel penuh, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPNs), mendukung lingkungan multi-virtual machine (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 independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan 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 Proses 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 koneksi antara mainnet dan SPNs.