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

I. Latar Belakang: Topik Abadi tentang Skalabilitas Blockchain

"Trilema Blockchain" (Blockchain Trilemma) dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skalabilitas" mengungkapkan trade-off mendasar dalam desain sistem blockchain, yaitu proyek blockchain sulit untuk mencapai "keamanan ekstrem, partisipasi universal, dan pemrosesan cepat" secara bersamaan. Mengenai "skalabilitas" yang merupakan topik abadi, solusi peningkatan skala blockchain yang populer di pasar saat ini dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-inti
• Isolasi Status Skala: Pemisahan Status Horizontal / Shard, seperti Sharding, UTXO, Multi Subnet
• Ekspansi tipe outsourcing di luar rantai: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi dengan Pemisahan Struktur: Modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Skala konversi asinkron dan konkuren: Model Actor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang terdiri dari kolaborasi multi-lapis dan kombinasi modul". Artikel ini akan fokus pada metode skalabilitas yang mengutamakan komputasi paralel.

Perhitungan paralel intra-rantai (intra-chain parallelism), fokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, cara skalanya dapat dibagi menjadi lima kategori besar, masing-masing mewakili pencarian kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, di mana tingkat granularitas paralel semakin halus, intensitas paralel semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan juga semakin tinggi, serta kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi juga semakin tinggi.

• Parallelnya tingkat akun (Account-level): Mewakili proyek Solana
• Paralel tingkat objek (Object-level): mewakili proyek Sui
• Paralel tingkat transaksi (Transaction-level): Mewakili proyek Monad, Aptos
• Tingkat panggilan / MicroVM paralel (Call-level / MicroVM): mewakili proyek MegaETH
• Paralelisme tingkat instruksi (Instruction-level): Mewakili proyek GatlingX

Model asinkron paralel di luar rantai, yang diwakili oleh sistem entitas Aktor (Model Agen / Aktor), mereka termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai / asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas mandiri", dengan cara paralel pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili antara lain AO, ICP, Cartesi, dll.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, bukan dalam komputasi paralel di dalam rantai. Mereka mencapai skalabilitas dengan "menjalankan beberapa rantai / domain eksekusi secara paralel," bukan dengan meningkatkan derajat paralelisme di dalam satu blok / mesin virtual. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus diskusi dalam artikel ini, tetapi kami masih akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan ide arsitektur.

Dua, EVM Sistem Rangkaian Paralel yang Ditingkatkan: Melanggar Batas Kinerja dalam Kecocokan

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa putaran upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi kendala throughput di lapisan eksekusi masih belum terobati secara fundamental. Namun, pada saat yang sama, EVM dan Solidity tetap menjadi platform kontrak pintar yang paling memiliki basis pengembang dan potensi ekosistem saat ini. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas baru. Monad dan MegaETH adalah proyek paling representatif dalam arah ini, yang masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang ditujukan untuk skenario dengan tingkat konkurensi tinggi dan throughput tinggi, dengan memulai dari eksekusi tertunda dan dekomposisi status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang dirancang ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), berdasarkan pada konsep paralel dasar pemrosesan pipelining, dengan eksekusi asinkron di lapisan konsensus dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi. Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB) untuk mencapai optimasi end-to-end.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar eksekusi paralel Monad, di mana inti pemikirannya adalah membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur jalur aliran tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti yang independen, mewujudkan pemrosesan konkuren antar blok, dan akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini termasuk: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Melaksanakan Decoupling Asinkron

Dalam blockchain tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mencapai asinkronisitas di lapisan konsensus, lapisan eksekusi, dan penyimpanan melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan latensi konfirmasi, membuat sistem lebih fleksibel, proses lebih tersegmentasi, dan pemanfaatan 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 eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis: Eksekusi Paralel yang Optimis

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

Mekanisme eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi sebagian besar transaksi tidak memiliki konflik status.
• Menjalankan sebuah "Detektor Konflik (Conflict Detector)" untuk memantau apakah transaksi mengakses status yang sama (seperti konflik baca/tulis).
• Jika mendeteksi konflik, transaksi yang konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

Monad memilih jalur yang kompatibel: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dan dalam proses eksekusi, mencapai paralelisme dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis, lebih mirip dengan versi kinerja Ethereum, matang dan mudah untuk melakukan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel dunia EVM.

Analisis Mekanisme Komputasi Paralel MegaETH

Berbeda dengan posisi L1 Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM modular, yang dapat berfungsi sebagai rantai publik L1 yang independen, maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain intinya 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 Berarah Tanpa Siklus) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berfokus pada "threading dalam rantai."

Arsitektur Micro-VM (Mikro Virtual Machine): Akun adalah utas

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

Eksekusi asinkron dan mekanisme callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status EVM satu utas tradisional dengan membungkus micro virtual machine 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 → alur eksekusi" dalam semua dimensi, menyediakan paradigma baru 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 teori, batas paralel MegaETH lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit untuk mengendalikan 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-rantai independen (shard), di mana setiap sub-rantai bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, memecahkan batasan rantai tunggal untuk memperluas di tingkat jaringan; sedangkan Monad dan MegaETH menjaga integritas rantai tunggal, hanya memperluas secara horizontal di lapisan eksekusi, dan melakukan optimasi eksekusi paralel ekstrem di dalam rantai tunggal untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur perluasan blockchain, yaitu penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimisasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro mesin virtual (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Pharos Network, sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan sepenuhnya paralel, memiliki mekanisme komputasi paralel inti yang disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan multi mesin virtual (EVM dan Wasm) melalui kerja sama antara jaringan utama dan jaringan pemrosesan khusus (SPN), dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipa Asinkron Seluruh Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan cara pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, yang pada gilirannya meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual, EVM dan WASM, yang memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang tepat sesuai kebutuhan. Arsitektur Dual VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
3. Jaringan Pemrosesan 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 melakukan alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, lebih lanjut meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular dan Mekanisme Restaking (Modular Consensus & Restaking): Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui