Laporan Penelitian Kedalaman Komputasi Paralel Web3: Jalur Utama untuk Ekspansi Native

Pendahuluan: Skalabilitas adalah isu abadi, paralelisme adalah medan perang utama

Sejak lahirnya, sistem blockchain telah menghadapi masalah inti yaitu skalabilitas. Kendala kinerja Bitcoin dan Ethereum sulit untuk melampaui kapasitas pemrosesan dunia Web2 tradisional. Ini bukan masalah sederhana yang bisa diselesaikan hanya dengan menambah server, tetapi berasal dari keterbatasan sistemik dalam desain dasar blockchain - "desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas" yang tidak bisa dicapai secara bersamaan.

Selama sepuluh tahun terakhir, kami telah menyaksikan banyak upaya untuk memperluas kapasitas, mulai dari perang perluasan Bitcoin hingga sharding Ethereum, dari saluran status hingga Rollup dan blockchain modular. Rollup sebagai paradigma perluasan yang paling diterima saat ini, telah mencapai tujuan meningkatkan TPS secara signifikan sambil mengurangi beban pada rantai utama. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya dari blockchain, terutama di tingkat eksekusi, yang masih dibatasi oleh paradigma perhitungan serial dalam rantai yang sudah tua.

Perhitungan paralel dalam rantai mulai menjadi perhatian industri. Ini berusaha untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil mempertahankan atomisitas dan struktur terintegrasi dari rantai tunggal, mengupgrade blockchain dari "eksekusi transaksi secara serial satu per satu" ke dalam sistem komputasi dengan tingkat konkuren tinggi "multi-threading + pipelining + penjadwalan ketergantungan". Ini tidak hanya mungkin untuk mencapai peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Dapat dikatakan bahwa komputasi paralel bukan hanya "metode optimasi kinerja", tetapi juga titik balik dalam paradigma model eksekusi blockchain. Ini menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar, mendefinisikan kembali logika dasar pengemasan transaksi, akses status, hubungan panggilan, dan tata letak penyimpanan. Jika Rollup adalah "memindahkan transaksi untuk dieksekusi di luar rantai", maka paralel di dalam rantai adalah "membangun inti superkomputer di dalam rantai", dengan tujuan menyediakan dukungan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan.

Setelah jalur Rollup menjadi semakin homogen, paralel di dalam rantai secara perlahan-lahan menjadi variabel penentu dalam persaingan Layer1 di siklus baru. Kinerja tidak lagi hanya berarti "lebih cepat", tetapi apakah bisa mendukung kemungkinan dunia aplikasi heterogen yang utuh. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga pertempuran untuk paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan besar akan lahir dari perjuangan paralel di dalam rantai ini.

Peta Panorama Paradigma Perluasan: Lima Jenis Rute, Masing-Masing Memiliki Fokus

Ekspansi sebagai salah satu topik paling penting, paling berkelanjutan, dan paling sulit dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi utama dalam sepuluh tahun terakhir. Dimulai dari perselisihan ukuran blok Bitcoin, perlombaan teknologi tentang "bagaimana membuat rantai berjalan lebih cepat" ini akhirnya membentuk lima jalur dasar, di mana setiap jalur memasuki kendala dari sudut yang berbeda, masing-masing memiliki filosofi teknis, tingkat kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario aplikasi yang berbeda.

Rute kelas pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, dengan cara-cara seperti meningkatkan ukuran blok, memperpendek waktu pembuatan blok, atau meningkatkan kemampuan pemrosesan melalui pengoptimalan struktur data dan mekanisme konsensus. Cara ini pernah menjadi fokus dalam perdebatan perluasan Bitcoin, melahirkan fork "blok besar" seperti BCH dan BSV, serta mempengaruhi pemikiran desain dari blockchain publik berkinerja tinggi awal seperti EOS dan NEO. Keuntungan dari rute ini adalah mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga sangat rentan terhadap risiko sentralisasi, biaya operasional node yang meningkat, dan kesulitan sinkronisasi yang meningkat, sehingga dalam desain saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang mainstream, tetapi lebih menjadi pasangan tambahan untuk mekanisme lainnya.

Jenis rute kedua adalah perluasan off-chain, yang diwakili oleh saluran status dan sidechain. Pemikiran dasar dari jalur ini adalah memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi ke luar rantai, hanya menulis hasil akhir ke dalam rantai utama, dengan rantai utama berfungsi sebagai lapisan penyelesaian akhir. Dalam filosofi teknis, ini mendekati pemikiran arsitektur asinkron Web2 - sebisa mungkin meninggalkan pemrosesan transaksi yang berat di luar, dengan rantai utama melakukan verifikasi tepercaya minimal. Meskipun pemikiran ini secara teori dapat diperluas tanpa batas, masalah seperti model kepercayaan untuk transaksi off-chain, keamanan dana, dan kompleksitas interaksi membatasi aplikasinya. Contohnya, Lightning Network meskipun memiliki penempatan skenario finansial yang jelas, tetapi ekosistemnya tidak pernah meledak; sementara beberapa desain berbasis sidechain, seperti POS pada platform perdagangan tertentu, meskipun memiliki throughput tinggi, juga mengungkapkan kelemahan dalam mewarisi keamanan dari rantai utama.

Rute kategori ketiga adalah Layer2 Rollup yang paling populer dan paling luas diterapkan saat ini. Cara ini tidak secara langsung mengubah rantai utama itu sendiri, melainkan mencapai skalabilitas melalui mekanisme eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai. Optimistic Rollup dan ZK Rollup masing-masing memiliki keunggulan: yang pertama cepat dan sangat kompatibel, tetapi memiliki masalah penundaan periode tantangan dan mekanisme pembuktian penipuan; yang kedua memiliki keamanan yang kuat dan kemampuan kompresi data yang baik, tetapi pengembangan yang rumit dan kurang kompatibel dengan EVM. Terlepas dari jenis Rollup mana pun, intinya adalah mengalihkan hak eksekusi, sambil mempertahankan data dan verifikasi di atas rantai utama, mencapai keseimbangan relatif antara desentralisasi dan kinerja tinggi. Pertumbuhan cepat beberapa proyek Layer2 membuktikan kelayakan jalur ini, tetapi pada saat yang sama juga mengungkapkan ketergantungan yang terlalu besar pada ketersediaan data (DA), biaya yang masih tinggi, dan pengalaman pengembangan yang terputus sebagai kendala jangka menengah.

Route kategori keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, yang diwakili oleh Celestia, Avail, EigenLayer, dan sebagainya. Paradigma modular berpendapat untuk memisahkan fungsi inti blockchain - eksekusi, konsensus, ketersediaan data, penyelesaian - secara menyeluruh, dengan beberapa rantai khusus menyelesaikan fungsi yang berbeda, dan kemudian menggabungkannya menjadi jaringan yang dapat diskalakan melalui protokol lintas rantai. Arah ini sangat dipengaruhi oleh arsitektur modular sistem operasi dan konsep komposabilitas cloud computing, keuntungannya adalah dapat dengan fleksibel mengganti komponen sistem, dan pada tahap tertentu ( seperti DA) secara signifikan meningkatkan efisiensi. Namun tantangannya juga sangat jelas: setelah pemisahan modul, biaya sinkronisasi, verifikasi, dan saling percaya antar sistem sangat tinggi, ekosistem pengembang sangat terdistribusi, dan tuntutan terhadap standar protokol jangka menengah dan panjang serta keamanan lintas rantai jauh lebih tinggi dibandingkan dengan desain rantai tradisional. Model ini pada dasarnya tidak lagi membangun sebuah "rantai", melainkan membangun sebuah "jaringan rantai", yang memberikan ambang batas yang belum pernah ada sebelumnya untuk pemahaman arsitektur keseluruhan dan pemeliharaan operasional.

Kelas terakhir dari rute, yang juga merupakan objek analisis utama dalam artikel ini, adalah jalur optimasi komputasi paralel dalam rantai. Berbeda dengan empat kelas sebelumnya yang melakukan "pemisahan horizontal" dari perspektif struktur, komputasi paralel menekankan "peningkatan vertikal", yaitu dengan mengubah arsitektur mesin eksekusi di dalam satu rantai untuk mencapai pemrosesan transaksi atomik secara bersamaan. Ini memerlukan penulisan ulang logika penjadwalan VM, memperkenalkan analisis ketergantungan transaksi, prediksi konflik status, kontrol paralelisme, panggilan asinkron, dan seluruh rangkaian mekanisme penjadwalan sistem komputer modern. Sebuah blockchain publik berkinerja tinggi adalah salah satu proyek pertama yang menerapkan konsep VM paralel ke dalam sistem tingkat rantai, melalui penilaian konflik transaksi berdasarkan model akun untuk mencapai eksekusi paralel multicore. Sementara proyek generasi baru seperti Monad, Sei, Fuel, MegaETH, dan lainnya, lebih jauh mencoba memperkenalkan eksekusi berbasis pipeline, konkurensi optimis, partisi penyimpanan, pemisahan paralel, dan ide-ide mutakhir lainnya untuk membangun inti eksekusi berkinerja tinggi yang mirip dengan CPU modern. Keunggulan inti dari arah ini adalah tidak memerlukan ketergantungan pada arsitektur multi-rantai untuk mencapai terobosan batas throughput, sekaligus memberikan fleksibilitas komputasi yang cukup untuk eksekusi kontrak pintar yang kompleks, merupakan prasyarat teknologi penting untuk aplikasi di masa depan seperti AI Agent, permainan rantai besar, dan derivatif frekuensi tinggi.

Melihat lima jalur perluasan yang disebutkan di atas, perbedaan di baliknya sebenarnya adalah keseimbangan sistematik antara kinerja, komposabilitas, keamanan, dan kompleksitas pengembangan dalam blockchain. Rollup kuat dalam outsourcing konsensus dan warisan keamanan, modularitas menonjolkan fleksibilitas struktur dan penggunaan kembali komponen, perluasan di luar rantai berusaha untuk memecahkan kendala rantai utama tetapi biaya kepercayaannya sangat tinggi, sementara paralel di dalam rantai fokus pada peningkatan fundamental lapisan eksekusi, berusaha mendekati batas kinerja sistem terdistribusi modern tanpa merusak konsistensi di dalam rantai. Setiap jalur tidak mungkin menyelesaikan semua masalah, tetapi arah-arah ini bersama-sama membentuk gambaran besar peningkatan paradigma komputasi Web3, juga memberikan pilihan strategis yang sangat kaya bagi pengembang, arsitek, dan investor.

Seperti dalam sejarah ketika sistem operasi beralih dari satu inti ke banyak inti, dan basis data ber evolusi dari indeks berurutan ke transaksi bersamaan, jalan perluasan Web3 juga akhirnya akan menuju era eksekusi yang sangat paralel. Dalam era ini, kinerja tidak lagi hanya merupakan perlombaan kecepatan blockchain, tetapi merupakan manifestasi komprehensif dari filosofi desain dasar, pemahaman arsitektur yang mendalam, kolaborasi perangkat keras dan perangkat lunak, serta kontrol sistem. Dan paralel dalam rantai, mungkin adalah medan perang terakhir dari perang jangka panjang ini.

Peta Klasifikasi Komputasi Paralel: Lima Jalur dari Akun ke Instruksi

Dalam konteks teknologi perluasan blockchain yang terus berkembang, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berbeda dengan dekoupling horizontal pada lapisan struktur, lapisan jaringan, atau lapisan ketersediaan data, komputasi paralel adalah pendalaman vertikal pada lapisan eksekusi, yang berkaitan dengan logika dasar efisiensi operasi blockchain, menentukan kecepatan respons dan kemampuan pemrosesan sistem blockchain ketika menghadapi transaksi kompleks dengan tingkat permintaan tinggi dan berbagai jenis. Dengan memulai dari model eksekusi, mengulas perkembangan garis keturunan teknologi ini, kita dapat menyusun peta klasifikasi komputasi paralel yang jelas, yang secara umum dapat dibagi menjadi lima jalur teknologi: paralel tingkat akun, paralel tingkat objek, paralel tingkat transaksi, paralel tingkat mesin virtual, dan paralel tingkat instruksi. Lima jalur ini, dari granularity kasar hingga granularity halus, adalah proses pemurnian logika paralel yang terus menerus, serta jalur di mana kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan terus meningkat.

Model paralel tingkat akun yang pertama kali muncul adalah paradigma yang diwakili oleh suatu blockchain publik berkinerja tinggi. Model ini didasarkan pada desain pemisahan akun-dan-status, dengan menganalisis secara statis kumpulan akun yang terlibat dalam transaksi untuk menentukan apakah ada hubungan konflik. Jika dua transaksi mengakses kumpulan akun yang tidak tumpang tindih, maka dapat dieksekusi secara bersamaan di beberapa inti. Mekanisme ini sangat cocok untuk menangani transaksi yang memiliki struktur jelas dan input-output yang terdefinisi dengan baik, terutama program dengan jalur yang dapat diprediksi seperti DeFi. Namun, asumsi dasarnya adalah bahwa akses akun dapat diprediksi dan ketergantungan status dapat disimpulkan secara statis, yang membuatnya rentan terhadap eksekusi konservatif dan penurunan paralelisme ketika menghadapi perilaku dinamis dari kontrak pintar yang kompleks seperti (, misalnya permainan berbasis blockchain, agen AI, dan lain-lain. Selain itu, ketergantungan silang antar akun juga membuat keuntungan paralel dalam beberapa skenario perdagangan frekuensi tinggi tertekan. Runtime dari blockchain publik berkinerja tinggi ini telah mencapai optimisasi yang tinggi dalam hal ini, tetapi strategi penjadwalan intinya masih terpengaruh oleh batasan granularitas akun.

Berdasarkan model akun, kita lebih lanjut memperhalus dan memasuki tingkat teknis paralelisme tingkat objek. Paralelisme tingkat objek memperkenalkan abstraksi semantik dari sumber daya dan modul, dengan unit penjadwalan bersamaan yang lebih halus berupa "objek status". Beberapa proyek Layer1 generasi baru adalah penjelajah penting dalam arah ini, terutama yang terakhir melalui sistem tipe linier Move, yang mendefinisikan kepemilikan dan variabilitas sumber daya pada saat kompilasi, sehingga memungkinkan kontrol akses sumber daya yang tepat pada waktu berjalan. Metode ini dibandingkan dengan paralelisme tingkat akun lebih umum dan skalabel, dapat mencakup logika baca/tulis status yang lebih kompleks, dan secara alami melayani skenario dengan heterogenitas tinggi seperti permainan, sosial, dan AI. Namun, paralelisme tingkat objek juga memperkenalkan ambang batas bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan, Move bukan pengganti langsung untuk Solidity, dan biaya perpindahan ekosistem yang tinggi membatasi kecepatan penyebaran paradigma paralelnya.

Paralelisme tingkat transaksi yang lebih lanjut adalah arah yang dieksplorasi oleh generasi baru rantai berkinerja tinggi yang diwakili oleh Monad, Sei, dan Fuel. Jalur ini tidak lagi menjadikan status atau akun sebagai unit paralel terkecil, melainkan membangun grafik ketergantungan di sekitar transaksi itu sendiri. Ia menganggap transaksi sebagai unit operasi atom, membangun grafik transaksi )Transaction DAG( melalui analisis statis atau dinamis, dan bergantung pada penjadwal untuk melakukan eksekusi aliran paralel. Desain ini memungkinkan sistem untuk memaksimalkan penggalian paralelisme tanpa perlu sepenuhnya memahami struktur status dasar. Monad sangat mencolok, karena menggabungkan kontrol konkurensi optimis )OCC(, penjadwalan pipeline paralel, dan eksekusi secara acak dari teknologi mesin basis data modern, membuat eksekusi rantai lebih mendekati paradigma "penjadwal GPU". Dalam praktiknya, mekanisme ini memerlukan pengelola ketergantungan dan detektor konflik yang sangat kompleks, dan penjadwal itu sendiri mungkin menjadi bottleneck, tetapi kemampuan throughput potensialnya jauh lebih tinggi daripada model akun atau objek, menjadi kekuatan dengan batas teori tertinggi di jalur komputasi paralel saat ini.

Namun, paralelisme tingkat mesin virtual akan mengintegrasikan kemampuan eksekusi konkuren secara langsung ke dalam logika penjadwalan instruksi dasar VM, berusaha untuk sepenuhnya mengatasi batasan eksekusi urut EVM. MegaETH sebagai "eksperimen mesin virtual super" di dalam ekosistem Ethereum,