Báo cáo nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường cuối cùng của mở rộng bản địa

Một, Lời mở đầu: Mở rộng là đề tài vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Kể từ khi Bitcoin ra đời, hệ thống blockchain luôn phải đối mặt với vấn đề cốt lõi là mở rộng. Năng lực xử lý giao dịch của Bitcoin và Ethereum còn hạn chế, tạo ra sự tương phản rõ rệt với các hệ thống Web2 truyền thống. Đây không phải là vấn đề đơn giản chỉ cần tăng cường phần cứng là có thể giải quyết, mà xuất phát từ những hạn chế hệ thống trong thiết kế nền tảng của blockchain.

Trong mười năm qua, chúng ta đã chứng kiến sự thăng trầm của nhiều giải pháp mở rộng. Từ cuộc tranh luận mở rộng Bitcoin cho đến tầm nhìn phân mảnh của Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup, từ Layer 2 đến blockchain mô-đun, ngành công nghiệp đã khám phá nhiều con đường mở rộng khác nhau. Rollup, như một giải pháp chủ đạo hiện nay, đã nâng cao TPS trong khi vẫn giữ được tính bảo mật của Ethereum. Nhưng nó vẫn chưa chạm đến giới hạn thực sự của "hiệu suất chuỗi đơn" trong blockchain, đặc biệt là ở cấp độ thực thi.

Tính toán song song trong chuỗi đang dần trở thành tầm nhìn trong ngành. Nó cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn động cơ thực thi trong khi giữ nguyên tính nguyên tử của chuỗi đơn, nâng cấp blockchain từ "thực thi giao dịch tuần tự từng dòng" lên hệ thống đồng thời cao "đa luồng + ống dẫn + lập lịch phụ thuộc". Điều này không chỉ có thể đạt được sự tăng trưởng hàng trăm lần về thông lượng, mà còn có thể trở thành điều kiện tiên quyết quan trọng cho sự bùng nổ ứng dụng hợp đồng thông minh.

Trên thực tế, trong lĩnh vực Web2, tính toán đơn luồng đã bị loại bỏ từ lâu. Trong khi đó, blockchain là một hệ thống yêu cầu tính xác định cực cao, vẫn chưa tận dụng được khả năng tính toán song song. Các chuỗi mới như Solana, Sui, Aptos đã giới thiệu tính song song ở cấp độ kiến trúc, mở ra cuộc khám phá này; trong khi đó, các dự án như Monad, MegaETH còn đẩy tính song song trong chuỗi đến một bước đột phá sâu hơn, thể hiện những đặc điểm ngày càng gần gũi với hệ điều hành hiện đại.

Có thể nói, tính toán song song không chỉ là một phương tiện tối ưu hóa hiệu suất, mà còn là bước ngoặt trong mô hình thực thi blockchain. Nó định nghĩa lại logic cơ bản của việc xử lý giao dịch, cung cấp hạ tầng bền vững cho các ứng dụng gốc Web3 trong tương lai. Khi các dự án Rollup ngày càng giống nhau, tính toán song song trong chuỗi đang trở thành yếu tố quyết định trong cuộc cạnh tranh Layer1 mới. Đây không chỉ là cuộc đua công nghệ, mà còn là cuộc tranh luận về mô hình. Nền tảng thực thi chủ quyền thế hệ tiếp theo trong thế giới Web3 rất có thể sẽ được sinh ra từ cuộc chiến tính toán song song trong chuỗi này.

Hai, Bản đồ toàn cảnh mở rộng: Năm loại tuyến đường, mỗi loại đều có trọng tâm riêng

Mở rộng là một trong những chủ đề quan trọng nhất trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã thúc đẩy sự xuất hiện và phát triển của hầu hết các con đường công nghệ chính trong gần một thập kỷ qua. Bắt đầu từ cuộc tranh luận về kích thước khối của Bitcoin, cuộc đua công nghệ về "cách làm cho chuỗi chạy nhanh hơn" cuối cùng đã phân hóa thành năm con đường cơ bản, mỗi con đường đều có triết lý công nghệ, độ khó thực hiện, mô hình rủi ro và bối cảnh áp dụng riêng.

Loại đầu tiên là mở rộng chuỗi trực tiếp nhất, như tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Phương pháp này dễ hiểu và triển khai, nhưng dễ gặp phải rủi ro tập trung và các giới hạn hệ thống khác, hiện tại không còn là giải pháp cốt lõi chính.

Loại thứ hai là mở rộng ngoài chuỗi, đại diện là kênh trạng thái và sidechain. Các con đường loại này chuyển hầu hết các hoạt động giao dịch ra ngoài chuỗi, chỉ ghi lại kết quả cuối cùng vào chuỗi chính. Mặc dù về lý thuyết có thể mở rộng thông lượng vô hạn, nhưng mô hình niềm tin của giao dịch ngoài chuỗi, vấn đề an toàn tài chính và các vấn đề khác đã hạn chế ứng dụng của nó.

Loại thứ ba là lộ trình Layer2 Rollup hiện đang phổ biến nhất. Mở rộng thông qua cơ chế thực thi ngoài chuỗi và xác thực trên chuỗi. Optimistic Rollup và ZK Rollup đều có những lợi thế riêng, nhưng cũng tồn tại một số nút thắt trung hạn, chẳng hạn như phụ thuộc quá nhiều vào khả năng sử dụng dữ liệu và chi phí vẫn cao.

Loại thứ tư là kiến trúc blockchain mô-đun nổi lên trong những năm gần đây, như Celestia, Avail, v.v. Nó hoàn toàn tách rời các chức năng cốt lõi của blockchain, với nhiều chuỗi chuyên biệt thực hiện các chức năng khác nhau. Lợi thế của hướng đi này nằm ở khả năng thay thế linh hoạt các thành phần hệ thống, nhưng cũng phải đối mặt với các thách thức như đồng bộ và xác minh giữa các mô-đun.

Loại thứ năm là tối ưu hóa đường đi tính toán song song trong chuỗi, cũng là đối tượng phân tích trọng tâm của bài viết này. Nó nhấn mạnh việc thay đổi kiến trúc động cơ thực thi bên trong một chuỗi đơn, nhằm đạt được xử lý đồng thời giao dịch nguyên tử. Lợi thế cốt lõi của hướng đi này là không cần phải phụ thuộc vào kiến trúc đa chuỗi để đạt được sự đột phá giới hạn thông lượng, đồng thời cung cấp đủ độ linh hoạt tính toán cho việc thực hiện các hợp đồng thông minh phức tạp.

Xét về năm loại hướng mở rộng này, điều phản ánh đằng sau là sự cân bằng hệ thống giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, độ an toàn và độ phức tạp trong phát triển của blockchain. Mỗi hướng đều không thể giải quyết tất cả các vấn đề, nhưng chúng cùng nhau tạo thành bức tranh toàn cảnh về việc nâng cấp mô hình tính toán Web3. Và song song trong chuỗi có thể là chiến trường cuối cùng của cuộc chiến mở rộng lâu dài này.

Ba, bản đồ phân loại tính toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến lệnh

Trong quá trình công nghệ mở rộng blockchain không ngừng tiến hóa, tính toán song song dần trở thành con đường cốt lõi cho những đột phá về hiệu suất. Xuất phát từ mô hình thực thi, chúng ta có thể lập ra một bản đồ phân loại tính toán song song rõ ràng, có thể chia thành năm con đường công nghệ: song song cấp tài khoản, song song cấp đối tượng, song song cấp giao dịch, song song cấp máy ảo và song song cấp lệnh. Năm loại con đường này từ thô đến mịn, không chỉ là quá trình tinh chỉnh liên tục của logic song song, mà còn là con đường mà độ phức tạp của hệ thống và độ khó trong lập lịch không ngừng gia tăng.

Tài khoản cấp độ song song xuất hiện sớm nhất, với Solana là đại diện. Mô hình này dựa trên thiết kế tách biệt tài khoản-trạng thái, thông qua phân tích tĩnh tập hợp các tài khoản liên quan trong giao dịch, xác định xem có mối quan hệ xung đột hay không. Cơ chế này phù hợp để xử lý giao dịch có cấu trúc rõ ràng, nhưng khi đối mặt với hợp đồng thông minh phức tạp, dễ gặp phải vấn đề giảm độ sâu.

Đồng cấp độ sâu và tinh chỉnh hơn, được thực hiện theo đơn vị "đối tượng trạng thái" với lịch trình đồng thời. Aptos và Sui là những người khám phá quan trọng trong hướng này. Cách tiếp cận này so với đồng cấp tài khoản mang lại tính tổng quát và khả năng mở rộng cao hơn, nhưng cũng đưa ra ngưỡng ngôn ngữ và độ phức tạp phát triển cao hơn.

Song song cấp độ giao dịch là hướng đi của thế hệ chuỗi hiệu suất cao mới, đại diện bởi Monad, Sei, Fuel. Nó coi giao dịch như là đơn vị thao tác nguyên tử, thông qua phân tích tĩnh hoặc động để xây dựng đồ thị giao dịch, và phụ thuộc vào bộ lập lịch để thực hiện luồng song song. Cơ chế này cần một trình quản lý phụ thuộc và phát hiện xung đột cực kỳ phức tạp, nhưng khả năng thông lượng tiềm năng của nó cao hơn nhiều so với mô hình tài khoản hoặc đối tượng.

Song song ở cấp độ máy ảo sẽ nhúng khả năng thực thi đồng thời trực tiếp vào logic lập lịch chỉ thị ở mức VM. MegaETH như một "thí nghiệm máy ảo siêu" trong hệ sinh thái Ethereum, đang cố gắng thiết kế lại EVM để hỗ trợ thực thi hợp đồng thông minh đa luồng. Khó khăn lớn nhất của phương pháp này là nó phải hoàn toàn tương thích với nghĩa hành vi của EVM hiện tại, đồng thời cải tạo toàn bộ môi trường thực thi và cơ chế Gas.

Loại cuối cùng là song song cấp độ lệnh, tư tưởng này bắt nguồn từ việc thực thi không theo thứ tự và ống lệnh trong thiết kế CPU hiện đại. Nhóm Fuel đã đưa ra một mô hình thực thi có thể sắp xếp lại cấp độ lệnh trong FuelVM của họ. Cách tiếp cận này thậm chí có thể đưa thiết kế đồng bộ giữa blockchain và phần cứng lên một tầm cao mới, biến chuỗi trở thành một "máy tính phi tập trung" thực sự.

Tóm lại, năm con đường lớn này tạo thành quang phổ phát triển của tính toán song song trong chuỗi, từ cấu trúc dữ liệu tĩnh đến cơ chế lập lịch động, từ dự đoán truy cập trạng thái đến tái sắp xếp cấp lệnh, mỗi bước tiến của công nghệ song song đều có nghĩa là sự gia tăng đáng kể về độ phức tạp của hệ thống và rào cản phát triển. Lựa chọn con đường song song của các chuỗi công cộng khác nhau cũng sẽ quyết định giới hạn khả năng chịu đựng của hệ sinh thái ứng dụng trong tương lai, cũng như năng lực cạnh tranh cốt lõi của nó trong các tình huống như AI Agent, trò chơi trên chuỗi, giao dịch tần suất cao trên chuỗi.

Bốn, Phân tích sâu hai đường đua chính: Monad vs MegaETH

Trong nhiều con đường phát triển của tính toán song song, hai tuyến công nghệ chủ đạo mà thị trường hiện tại tập trung nhiều nhất là "xây dựng chuỗi tính toán song song từ con số không" đại diện bởi Monad, và "cách mạng song song bên trong EVM" đại diện bởi MegaETH. Cả hai đều không chỉ là hướng nghiên cứu mà các kỹ sư mật mã hiện nay đang tập trung phát triển dày đặc nhất, mà còn là hai biểu tượng cực kỳ rõ ràng trong cuộc đua hiệu suất máy tính Web3 hiện tại. Sự phân chia giữa hai cái này không chỉ nằm ở điểm khởi đầu và phong cách của kiến trúc công nghệ, mà còn ở các đối tượng sinh thái mà chúng phục vụ, chi phí di chuyển, triết lý thực thi và con đường chiến lược tương lai hoàn toàn khác nhau.

Monad là một "nhà chủ nghĩa nguyên thủy tính toán" triệt để, triết lý thiết kế của nó không nhằm mục đích tương thích với EVM hiện có, mà lấy cảm hứng từ cơ sở dữ liệu hiện đại và hệ thống đa nhân hiệu suất cao, nhằm định nghĩa lại cách thức hoạt động của động cơ thực thi blockchain ở cấp độ cơ sở. Hệ thống công nghệ cốt lõi của nó dựa vào kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực thi không đồng bộ, và pipeline xử lý hàng loạt, nhằm nâng cao hiệu suất xử lý giao dịch của chuỗi lên đến mức triệu TPS. Trong kiến trúc Monad, việc thực thi và sắp xếp giao dịch hoàn toàn được tách biệt, hệ thống trước tiên xây dựng đồ thị phụ thuộc giao dịch, sau đó giao cho bộ lập lịch thực hiện song song theo dòng. Tất cả các giao dịch đều được coi là đơn vị nguyên tử giao dịch, có tập hợp đọc/ghi rõ ràng và snapshot trạng thái, bộ lập lịch thực hiện lạc quan dựa trên đồ thị phụ thuộc và tiến hành quay lại và thực hiện lại khi xảy ra xung đột.

Và điều quan trọng hơn là, Monad không từ bỏ khả năng tương tác với EVM. Nó hỗ trợ các nhà phát triển viết hợp đồng bằng cú pháp Solidity thông qua một lớp trung gian tương tự như "Ngôn ngữ trung gian tương thích với Solidity", đồng thời thực hiện tối ưu hóa ngôn ngữ trung gian và lập lịch song song trong động cơ thực thi. Chiến lược thiết kế "tương thích bề mặt, tái cấu trúc dưới đáy" này không chỉ giữ lại sự thân thiện với các nhà phát triển trong hệ sinh thái Ethereum mà còn tối đa hóa tiềm năng thực thi dưới đáy.

Khác với tư thế "Nhà xây dựng thế giới mới" của Monad, MegaETH chọn xuất phát từ thế giới hiện có của Ethereum, nhằm cải thiện hiệu suất thực thi với chi phí thay đổi tối thiểu. MegaETH không lật đổ chuẩn EVM, mà cố gắng tích hợp khả năng tính toán song song vào động cơ thực thi EVM hiện có, tạo ra một phiên bản tương lai "EVM đa nhân". Nguyên tắc cơ bản của nó là tái cấu trúc hoàn toàn mô hình thực thi lệnh EVM hiện tại, cho phép nó có khả năng cách ly cấp luồng, thực thi bất đồng bộ cấp hợp đồng, phát hiện xung đột truy cập trạng thái, từ đó cho phép nhiều hợp đồng thông minh chạy đồng thời trong cùng một khối và cuối cùng hợp nhất các thay đổi trạng thái.

Bước đột phá cốt lõi của MegaETH nằm ở cơ chế lập lịch đa luồng của VM. EVM truyền thống sử dụng mô hình thực thi đơn luồng kiểu ngăn xếp, mỗi lệnh đều được thực hiện theo tuyến tính, việc cập nhật trạng thái phải diễn ra đồng bộ. Tuy nhiên, MegaETH đã phá vỡ mô hình này, giới thiệu ngăn xếp gọi không đồng bộ và cơ chế tách biệt bối cảnh thực thi, từ đó đạt được "bối cảnh EVM đồng thời" để thực thi song song. Mỗi hợp đồng có thể gọi logic của chính nó trong luồng độc lập, và tất cả các luồng khi cuối cùng nộp trạng thái, sẽ đồng bộ qua lớp đồng bộ song song để thống nhất phát hiện và hội tụ xung đột trạng thái.

Trong một ý nghĩa nào đó, hai con đường Monad và MegaETH không chỉ là hai cách thực hiện của các con đường công nghệ song song, mà còn là cuộc đối đầu kinh điển giữa "phe tái cấu trúc" và "phe tương thích" trong sự phát triển của blockchain: phe trước theo đuổi đột phá mô hình, tái xây dựng toàn bộ logic từ máy ảo đến quản lý trạng thái cơ sở hạ tầng, nhằm đạt được hiệu suất tối đa và khả năng định hình kiến trúc; phe sau theo đuổi tối ưu hóa dần dần, dựa trên sự tôn trọng các ràng buộc sinh thái hiện có, đẩy hệ thống truyền thống tới giới hạn, từ đó giảm thiểu chi phí chuyển giao ở mức tối đa. Cả hai đều không có ưu nhược điểm tuyệt đối, mà phục vụ cho các nhóm phát triển và tầm nhìn sinh thái khác nhau.

Năm, Cơ hội và thách thức tương lai của tính toán song song

Khi tính toán song song dần dần từ thiết kế trên giấy chuyển sang hiện thực trên chuỗi, tiềm năng mà nó giải phóng đang trở nên cụ thể và có thể đo lường hơn. Một mặt, chúng ta thấy các mô hình phát triển và kinh doanh mới bắt đầu định nghĩa lại xung quanh "hiệu suất cao trên chuỗi": logic trò chơi trên chuỗi phức tạp hơn, vòng đời của AI Agent thực hơn, giao thức trao đổi dữ liệu theo thời gian thực hơn, trải nghiệm tương tác hấp dẫn hơn, thậm chí cả hệ điều hành Super App hợp tác trên chuỗi, tất cả đều đang chuyển từ "có làm được hay không" sang "làm được tốt như thế nào". Mặt khác, điều thực sự thúc đẩy sự chuyển mình của tính toán song song không chỉ là sự cải thiện tuyến tính trong hiệu suất hệ thống, mà còn là sự thay đổi cấu trúc trong nhận thức của các nhà phát triển và chi phí di cư sinh thái.

Trước tiên, từ góc độ cơ hội, lợi ích trực tiếp nhất chính là "gỡ bỏ trần ứng dụng". Hiện tại, hầu hết các ứng dụng DeFi, game, và mạng xã hội đều bị hạn chế bởi nút thắt trạng thái, chi phí Gas và vấn đề độ trễ.