Pesquisa Profunda sobre Computação Paralela em Web3: O Caminho Definitivo para Expansão Nativa

I. Introdução: A expansão é um tema eterno, a paralelização é o campo de batalha definitivo

Desde o seu surgimento, os sistemas de blockchain enfrentam o problema central da escalabilidade. O número de transações processadas por segundo do Bitcoin e do Ethereum ainda é limitado, muito aquém dos sistemas tradicionais Web2. Isso não é uma questão simples de aumentar o número de servidores, mas sim uma limitação sistêmica que vem do design subjacente da blockchain.

Nos últimos dez anos, testemunhamos a ascensão e a queda de várias soluções de escalabilidade, desde a disputa de escalabilidade do Bitcoin até o plano de shard do Ethereum, passando pelos canais de estado até o Rollup. Embora as soluções de Rollup mais populares atualmente tenham aumentado o TPS, ainda não tocaram o verdadeiro limite da "performance de uma única cadeia" na camada base da blockchain.

Portanto, a computação paralela dentro da cadeia começou a entrar no radar da indústria. Diferente da escalabilidade fora da cadeia, a paralelização dentro da cadeia tenta reestruturar completamente o motor de execução, mantendo ao mesmo tempo a estrutura de uma única cadeia, elevando a blockchain de "execução sequencial de transações uma a uma" para um sistema de alta concorrência de "múltiplas threads + pipeline + agendamento de dependências". Isso não só pode trazer um aumento de centenas de vezes na capacidade de processamento, mas também pode se tornar a base chave para a explosão de aplicações de contratos inteligentes.

Pode-se dizer que a computação paralela não é apenas um meio de otimização de desempenho, mas sim um ponto de viragem no modelo de execução da blockchain. Ela desafia o padrão fundamental da execução de contratos inteligentes, fornecendo uma verdadeira infraestrutura sustentável para as futuras aplicações nativas da Web3. Após uma crescente homogeneização na corrida dos Rollups, a computação paralela dentro da cadeia está se tornando a variável decisiva na competição do novo ciclo Layer1. Isso não é apenas uma corrida tecnológica, mas sim uma batalha pela mudança de paradigma.

II. Panorama do Paradigma de Escalabilidade: Cinco Tipos de Rotas, Cada Uma com Foco Diferente

A escalabilidade, como um dos tópicos mais importantes na evolução da tecnologia de blockchain, gerou a aparição e a evolução de quase todos os caminhos tecnológicos principais na última década. Desde o início da disputa sobre o tamanho dos blocos do Bitcoin, esta corrida tecnológica sobre "como fazer a cadeia funcionar mais rápido" acabou por se diferenciar em cinco grandes rotas básicas:

1. Expansão na cadeia: aumentar diretamente o tamanho do bloco, reduzir o tempo de geração de blocos, etc. Embora mantenha a consistência da cadeia única, é suscetível a riscos de centralização e limites sistêmicos.

2. Escalabilidade off-chain: como canais de estado e sidechains, transferindo a maior parte das transações para fora da cadeia. Pode escalar a capacidade de forma ilimitada, mas existem problemas relacionados ao modelo de confiança e à segurança dos fundos.

3. Layer2 Rollup: Execução off-chain, validação on-chain. Atualmente, é a solução mais popular, mas existem gargalos de médio prazo, como a forte dependência da disponibilidade de dados.

4. Blockchain modular: como Celestia, Avail, etc., desacoplam as funcionalidades principais da blockchain. A vantagem está na flexível substituição de componentes, mas o desafio está nos altos custos de sincronização e verificação entre os módulos.

5. Cálculo em paralelo dentro da cadeia: reescrever a lógica de agendamento da VM, introduzindo mecanismos de agendamento de sistemas computacionais modernos. A vantagem reside em não depender de uma arquitetura de múltiplas cadeias para superar os limites de throughput, sendo um pré-requisito técnico importante para cenários de aplicações complexas no futuro.

A divisão das cinco categorias de caminhos reflete a ponderação sistemática entre desempenho, combinabilidade, segurança e complexidade de desenvolvimento no blockchain. Cada caminho não pode resolver todos os problemas, mas juntos formam uma visão panorâmica da atualização do paradigma computacional do Web3.

Três, Mapa de Classificação de Cálculo Paralelo: As Cinco Principais Rotas de Conta a Instrução

A tecnologia de computação paralela pode ser dividida em cinco caminhos, que vão do grosso ao fino:

1. Paralelismo a nível de conta: representado pelo Solana, baseado no design de desacoplamento de conta-estado, através da análise estática para determinar se existem conflitos nas transações.

2. Paralelismo a nível de objeto: como Aptos e Sui, realizam agendamento concorrente com unidades de "objetos de estado" mais granulares.

3. Paralelismo a nível de transação: representado por Monad, Sei e Fuel, construir um gráfico de dependências em torno de toda a transação para execução concorrente.

4. Paralelismo a nível de máquina virtual: como o MegaETH, incorpora a capacidade de execução concorrente na lógica de agendamento de instruções de baixo nível da VM.

5. Paralelismo a nível de instrução: Inspirado na ideia de execução fora de ordem dos CPUs modernos, realizar análise de agendamento e reordenação paralela para cada operação.

Estas cinco categorias de caminhos vão desde estruturas de dados estáticas até mecanismos de agendamento dinâmico, com a complexidade e a dificuldade de agendamento a aumentar continuamente. Elas marcam a transição do modelo de computação em blockchain da execução sequencial tradicional para um ambiente de execução distribuída de alto desempenho.

Quatro, Análise Profunda das Duas Principais Corridas: Monad vs MegaETH

As rotas tecnológicas principais em foco no mercado atualmente são:

1. Monad:"Construir uma cadeia de computação paralela a partir do zero"

   • Utilizando técnicas de banco de dados como controle de concorrência otimista e agendamento de DAG de transações
   • O objetivo é aumentar o desempenho de processamento de transações da cadeia para a ordem de milhões de TPS.
   • Alcançar compatibilidade com Solidity através de uma camada de língua intermediária
   • Pode tornar-se a camada de execução ideal para redes Layer 2 Rollup

2. MegaETH:"Revolução de paralelismo interno do EVM"

   • Incorporar capacidade de computação paralela no motor de execução EVM existente
   • Introduzir a profundidade da pilha de chamadas assíncronas e o mecanismo de isolamento do contexto de execução
   • Os desenvolvedores podem obter melhorias de desempenho sem alterar os contratos Solidity existentes
   • Mais fácil obter apoio ecológico a curto prazo

Monad e MegaETH representam duas paradigmas paralelos: o primeiro busca uma ruptura de paradigma, reconstruindo toda a lógica desde a VM até a gestão de estado; o segundo busca otimizações progressivas, levando os sistemas tradicionais ao limite com base no respeito pelo ecossistema existente.

Cinco, Oportunidades e Desafios Futuros da Computação Paralela

Oportunidades trazidas pela computação paralela:

1. Remover o teto de aplicação, apoiar interações de alta frequência na cadeia
2. Impulsionar a reconfiguração do paradigma de desenvolvimento, gerando uma nova geração de ferramentas.
3. Fornecer módulos de execução de alto desempenho para blockchains modularizadas

Desafios enfrentados:

1. Garantia de consistência de concorrência de estado e tratamento de conflitos de transação
2. O modelo de segurança do ambiente de execução de múltiplas threads ainda não está completamente estabelecido
3. Vontade de migração dos desenvolvedores e cultivo do ecossistema

A computação paralela nos forçará a reavaliar a essência da blockchain, e seu impacto pode constituir um ponto de viragem no paradigma computacional geral do Web3.

VI. Conclusão: A computação paralela é o melhor caminho para a escalabilidade nativa do Web3?

A computação paralela tenta reconstruir o modelo de execução em si, entre a atomicidade e a determinística da cadeia, sendo uma forma de escalabilidade "nativa da cadeia". Ela preserva o modelo de confiança central da blockchain, reservando solo de desempenho para aplicações complexas futuras. Isso pode não ser um atalho para a passagem a curto prazo, mas pode ser o único caminho sustentável correto na evolução a longo prazo do Web3. Estamos testemunhando uma transição arquitetônica semelhante à mudança de sistemas operacionais de um núcleo para múltiplos núcleos, e a forma embrionária do sistema operacional nativo do Web3 pode estar escondida nesses experimentos paralelos dentro da cadeia.