Optimasi Paralel EVM: Meningkatkan Kinerja Pemrosesan Transaksi

Seperti yang kita ketahui, EVM adalah mesin eksekusi inti Ethereum yang bertanggung jawab untuk menjalankan kontrak pintar. Untuk memastikan konsistensi hasil eksekusi kontrak di berbagai node, EVM menggunakan teknologi mesin virtual untuk mencapai kompatibilitas lintas platform.

Kontrak pintar saat dideploy ke blockchain, akan pertama-tama dikompilasi menjadi bytecode EVM. EVM saat mengeksekusi kontrak, akan membaca bytecode ini secara berurutan, setiap instruksi memiliki biaya Gas yang sesuai. EVM akan melacak konsumsi Gas selama proses eksekusi instruksi, jumlah konsumsi tergantung pada kompleksitas operasi.

EVM tradisional memproses transaksi dengan cara serial, di mana semua transaksi dijalankan dalam satu antrean. Desain ini sederhana dan mudah dirawat, tetapi seiring dengan meningkatnya jumlah pengguna, tuntutan terhadap TPS dan throughput semakin tinggi, dan batasan kinerja dari eksekusi serial semakin terlihat, terutama di Layer 2.

Selain EVM, komponen inti lain yang terkait dengan eksekusi transaksi dalam go-ethereum adalah stateDB, yang digunakan untuk mengelola status akun dan penyimpanan data. Setiap kali EVM mengeksekusi transaksi, data dalam stateDB akan berubah, dan akhirnya mencerminkan dalam pohon status global.

Dalam mode serial, transaksi harus dieksekusi dalam urutan antrean. Jika ada transaksi kontrak kompleks yang memakan waktu lama, transaksi lainnya hanya bisa menunggu, tidak dapat memanfaatkan sumber daya perangkat keras secara penuh, efisiensinya sangat terbatas.

Untuk mengatasi masalah ini, industri telah mengusulkan solusi optimasi paralel multithreading untuk EVM. Solusi ini dapat meningkatkan efisiensi beberapa kali lipat dengan membuka beberapa thread untuk memproses banyak transaksi secara bersamaan. Namun, eksekusi paralel menghadapi tantangan konflik status, sehingga perlu mengambil langkah-langkah yang sesuai.

Beberapa proyek memiliki pendekatan untuk mengoptimalkan paralel EVM: mengalokasikan satu basis data status sementara untuk setiap thread (pending-stateDB). Saat thread mengeksekusi transaksi, perubahan status disimpan sementara di pending-stateDB, dan tidak langsung mengubah global stateDB. Setelah semua transaksi selesai dieksekusi, perubahan dari pending-stateDB akan disinkronkan ke global stateDB.

Rencana ini juga mengoptimalkan operasi baca dan tulis: saat membaca, pertama-tama memeriksa pending-stateDB, jika tidak ada, baru membaca global stateDB; operasi tulis dicatat di pending-stateDB, dan setelah eksekusi selesai, akan digabungkan ke global stateDB.

Untuk menangani konflik status, skema ini memperkenalkan mekanisme deteksi konflik. Memantau kumpulan baca/tulis dari transaksi yang berbeda, dan ketika menemukan konflik, transaksi terkait akan ditandai untuk dieksekusi ulang.

Optimisasi paralel multithreading secara signifikan meningkatkan kinerja EVM, terutama saat menangani kontrak pintar yang kompleks. Penelitian menunjukkan bahwa, pada beban kerja dengan konflik rendah, TPS dapat meningkat 3-5 kali; pada beban konflik tinggi, secara teoritis dapat mencapai 60 kali.

Skema optimisasi paralel ini mewujudkan paralelisasi transaksi secara besar-besaran sambil menjaga konsistensi status melalui perpustakaan status sementara dan deteksi konflik, yang meletakkan dasar penting untuk pengembangan Rollup Ethereum. Di masa depan, kinerja juga dapat ditingkatkan lebih lanjut dari sisi optimasi efisiensi penyimpanan, penanganan skenario konflik tinggi, dan percepatan GPU.