Глубинное исследование параллельных вычислений Web3: финальный путь нативного масштабирования

I. Введение: Масштабирование — это вечная тема, параллельность — конечное поле битвы

С момента своего появления блокчейн-системы сталкиваются с основной проблемой масштабируемости. Количество транзакций, обрабатываемых в секунду, для Биткойна и Эфириума по-прежнему ограничено и далеко от традиционных систем Web2. Это не просто вопрос увеличения числа серверов, а связано с системными ограничениями в базовом дизайне блокчейна.

За последние десять лет мы стали свидетелями взлета и падения различных решений по масштабированию, от спора о масштабировании Bitcoin до плана деления Ethereum, от каналов состояния до Rollup. Хотя наиболее популярные решения Rollup в настоящее время увеличили TPS, они все еще не достигли истинного предела "однопоточной производительности" на уровне блокчейна.

Таким образом, параллельные вычисления внутри цепочки начинают входить в зону внимания индустрии. В отличие от масштабирования вне цепочки, параллельные вычисления внутри цепочки пытаются полностью реконструировать исполнительный движок, сохраняя при этом структуру одной цепи, и модернизировать блокчейн с "последовательного выполнения транзакций" на "многопоточную + конвейерную + зависимую диспетчеризацию" высокопроизводительную систему. Это не только может привести к увеличению пропускной способности в сотни раз, но и стать ключевой основой для взрыва приложений смарт-контрактов.

Можно сказать, что параллельные вычисления не только являются средством оптимизации производительности, но и поворотным моментом в модели исполнения блокчейна. Они ставят под сомнение основную модель исполнения смарт-контрактов, предоставляя действительно устойчивую инфраструктурную поддержку для будущих нативных приложений Web3. После того как в гонке Rollup стало все более однородным, параллельные вычисления внутри цепи становятся решающим фактором в конкуренции Layer1 нового цикла. Это не только техническое соревнование, но и борьба за парадигму.

II. Панорама парадигмы расширения: пять категорий маршрутов, каждое с акцентом

Масштабирование, как одна из самых важных тем в эволюции технологий общественных цепей, стало причиной появления и эволюции почти всех основных технологических путей за последние десять лет. Начиная с противостояния по размеру блока биткойна, эта техническая гонка о том, "как заставить цепочку работать быстрее", в конечном итоге разделилась на пять основных направлений:

1. Масштабирование на цепочке: прямое увеличение размера блока, сокращение времени создания блока и т.д. Хотя сохраняется согласованность единой цепи, это может привести к рискам централизации и системным ограничениям.

2. Расширение вне цепи: такие как каналы состояния и побочные цепи, перемещают большую часть транзакций вне цепи. Можно бесконечно расширять пропускную способность, но существуют проблемы с моделью доверия, безопасностью средств и т. д.

3. Layer2 Rollup: выполнение вне цепи, верификация на цепи. В настоящее время это наиболее популярное решение, но существует сильная зависимость от доступности данных и другие среднесрочные проблемы.

4. Модульный блокчейн: такие как Celestia, Avail и т.д., отделяют основные функции блокчейна. Преимущества заключаются в гибкой замене компонентов, но проблема заключается в высоких затратах на синхронизацию и верификацию между модулями.

5. Параллельные вычисления внутри цепочки: переписывание логики планирования виртуальной машины, внедрение современных механизмов планирования компьютерных систем. Преимуществом является возможность преодоления предела пропускной способности без зависимости от мультицепочной архитектуры, что является важным техническим предпосылкой для сложных приложений будущего.

Эти пять типов путей отражают системный компромисс между производительностью, компоновкой, безопасностью и сложностью разработки в блокчейне. Каждый путь не может решить все проблемы, но вместе они составляют панораму обновления вычислительной парадигмы Web3.

Три. Классификация параллельных вычислений: пять основных путей от аккаунта до инструкции

Параллельные вычислительные технологии можно разделить на пять направлений, от грубой детализации до тонкой:

1. Уровень аккаунта параллельность: на примере Solana, основанный на декомпозиции аккаунта-статуса, с помощью статического анализа определяется, существуют ли конфликты в транзакциях.

2. Объектный уровень параллелизма: такие как Aptos и Sui, выполняют конкурентное планирование на более тонком уровне "объектов состояния".

3. Уровень параллелизма транзакций: представленные Monad, Sei и Fuel строят граф зависимостей вокруг всей транзакции для выполнения параллельно.

4. Параллелизм на уровне виртуальных машин: например, MegaETH, встроенная в логику планирования инструкций на уровне виртуальной машины способность к параллельному выполнению.

5. Уровень параллелизма команд: заимствование идеи несогласованного исполнения современных ЦП для анализа диспетчеризации каждой операции и параллельной перестановки.

Эти пять типов путей, от статических структур данных до динамических механизмов планирования, постоянно увеличивают сложность и трудность планирования. Они обозначают переход модели вычислений блокчейна от традиционного последовательного выполнения к высокопроизводительной распределенной среде выполнения.

Четыре, Два основных направления глубокое понимание: Monad против MegaETH

Текущие основные технологические направления, на которые сосредоточен рынок, это:

1. Monad:"Создание параллельной вычислительной цепи с нуля"

   • Использование технологий баз данных, таких как оптимистичное конкурентное управление и планирование транзакций в виде DAG.
   • Цель состоит в том, чтобы повысить производительность обработки транзакций в цепи до уровня миллиона TPS.
   • Достигнуть совместимости с Solidity через промежуточный языковой уровень
   • Может стать идеальным уровнем исполнения для сети Layer 2 Rollup

2. MegaETH:"Революция параллелизма внутри EVM"

   • Внедрение параллельной вычислительной способности в существующий движок выполнения EVM
   • Введение механизма изоляции стека асинхронных вызовов и контекста выполнения
   • Разработчики могут добиться повышения производительности без изменения существующих контрактов Solidity
   • Проще получить экологическую поддержку в краткосрочной перспективе

Monad и MegaETH представляют собой две параллельные парадигмы: первая стремится к прорыву парадигмы, восстанавливая всю логику от VM до управления состоянием; вторая стремится к постепенной оптимизации, продвигая традиционные системы к пределу, уважая существующую экосистему.

Пять, Будущие возможности и вызовы параллельных вычислений

Возможности, предоставляемые параллельными вычислениями:

1. Устранение потолка приложения, поддержка высокочастотного взаимодействия на цепочке
2. Способствовать переосмыслению парадигмы разработки, способствовать появлению нового поколения инструментов
3. Обеспечение высокопроизводительного исполняемого модуля для модульной блокчейн-системы

Перед лицом вызовов:

1. Гарантия согласованности состояния и обработка конфликтов транзакций
2. Модель безопасности среды многопоточного выполнения еще не полностью установлена.
3. Желание разработчиков к миграции и развитие экосистемы

Параллельные вычисления заставят нас переосмыслить суть блокчейна, их влияние может стать поворотным моментом в общей вычислительной парадигме Web3.

Шесть, Заключение: Параллельные вычисления — лучший путь для родного масштабирования Web3?

Параллельные вычисления пытаются реконструировать модель выполнения самой цепи в атомарности и детерминированности, что является способом масштабирования, «рожденным в цепи». Это сохраняет основную модель доверия блокчейна и оставляет пространство для производительности будущих сложных приложений. Возможно, это не краткосрочный путь к успеху, но это может быть единственным устойчивым правильным путем в долгосрочной эволюции Web3. Мы становимся свидетелями перехода архитектуры, похожего на переход от одноядерных к многоядерным ОС, и первоначальная форма нативной операционной системы Web3, возможно, скрыта в этих параллельных экспериментах внутри цепи.