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

I. Permasalahan Abadi Perluasan Blockchain

"Segitiga Ketidakmungkinan" di blockchain (dikenal juga sebagai "trilema blockchain") yaitu "Keamanan", "Desentralisasi", dan "Skalabilitas" mengungkapkan trade-off esensial dalam desain sistem blockchain, di mana proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan maksimum, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Terkait dengan topik abadi "skalabilitas", saat ini solusi perluasan blockchain utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melakukan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-core
• Isolasi status untuk skala: pemisahan status horizontal/Shard, seperti sharding, UTXO, banyak subnet
• Ekspansi model outsourcing off-chain: Menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Desain Terpisah: Modularitas arsitektur, beroperasi secara kolaboratif, seperti rantai modular, pengurut bersama, Rollup Mesh
• Ekspansi Tipe Konkurensi Asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-thread

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemisahan, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, yang mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan suatu "sistem skalabilitas lengkap yang berkoordinasi secara multilapis dan menggabungkan modul". Artikel ini berfokus pada metode skalabilitas yang didominasi oleh komputasi paralel.

Paralelisme dalam rantai ( intra-chain parallelism ), fokus pada eksekusi paralel transaksi/komando di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara skala dapat dibagi menjadi lima kategori, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dengan ukuran granularitas paralel yang semakin halus, intensitas paralel yang semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan yang 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
• Panggilan level / MicroVM paralel: 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 satu lagi paradigma komputasi paralel, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas" yang berjalan secara independen, dalam cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek-proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam komputasi 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 dari artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan ide arsitektur.

Dua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Melampaui Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, melalui beberapa putaran upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum mendapatkan terobosan mendasar. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling mendukung basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM yang menggabungkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi sedang menjadi arah penting untuk evolusi peningkatan skala baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif di arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konversi tinggi dan throughput tinggi, dengan pendekatan eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan konsep paralel dasar yaitu 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 berperforma tinggi (MonadBFT) dan sistem database khusus (MonadDB), untuk mencapai optimisasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, yang inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap tersebut secara paralel, membentuk arsitektur lini produksi tiga dimensi. Setiap tahap dijalankan di thread atau inti yang independen, mencapai pemrosesan konkuren lintas blok, dan pada akhirnya meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Tahap-tahap ini meliputi: Usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengiriman blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Dekoupling Eksekusi Asinkron

Dalam blockchain tradisional, konsensus dan pelaksanaan transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, pelaksanaan lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "pelaksanaan asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan penundaan konfirmasi, membuat sistem lebih tangguh, proses lebih terperinci, dan efisiensi penggunaan 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, segera masuk ke proses konsensus blok berikutnya tanpa perlu menunggu penyelesaian eksekusi.

Eksekusi Paralel Optimis：Optimis Paralel Eksekusi

Ethereum tradisional menggunakan model eksekusi serial yang ketat untuk menghindari konflik status. Sementara itu, Monad menerapkan strategi "eksekusi paralel optimis" yang secara signifikan meningkatkan laju pemrosesan transaksi.

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara 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 konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

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

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 Monad, MegaETH ditujukan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 independen, atau sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum, atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk mengisolasi dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat konkuren tinggi dan kemampuan respons latensi rendah dalam rantai. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (Graf Ketergantungan Status yang Arahannya Tidak Melingkar) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang ditujukan untuk "threading dalam rantai".

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro virtual machine (Micro-VM) per akun", yang "meng-thread" 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, sistem ini secara real-time memelihara sebuah grafik ketergantungan global (Dependency Graph), setiap transaksi yang memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semuanya dimodelkan sebagai hubungan ketergantungan. Transaksi tanpa konflik dapat langsung dieksekusi secara paralel, sedangkan transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan yang tidak berulang selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asynchronous dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM single-thread tradisional dengan mengimplementasikan pembungkusan mikro mesin virtual berdasarkan akun, menjadwalkan 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 → proses eksekusi" dalam semua dimensi, memberikan ide 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, melalui 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 filosofi Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki filosofi desain yang cukup berbeda dari sharding: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen (sharding Shards), di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan single-chain dalam hal skalabilitas lapisan jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan skalabilitas horizontal di lapisan eksekusi, memaksimalkan eksekusi paralel di dalam single-chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain: penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan inti untuk meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro virtual machine (Micro-VM) untuk mewujudkan pemrosesan paralel pada 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), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Sepanjang Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara mandiri dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, 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 Penanganan 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 mewujudkan 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 pembagian keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN.

Selain itu, Pharos menggunakan pohon Merkle multi-versi, pengkodean delta (Delta Encoding), versi