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

I. Pendahuluan: Evolusi Teknologi Komputasi Paralel dalam Blockchain

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

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, multi-inti
• Isolasi Status Ekspansi: Pemisahan Status Secara Horizontal/Shard, seperti Sharding, UTXO, dan Subnet Multi.
• Ekspansi model outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, misalnya Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi model decoupling: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyortir bersama, Rollup Mesh
• Skalabilitas berbasis asinkron dan konkuren: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, misalnya agen, rantai asinkron multithread

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 "kolaborasi multi-lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini berfokus pada metode skalabilitas yang berbasis komputasi paralel sebagai arus utama.

Paralelisme dalam rantai ( intrachain parallelism ), fokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi di dalam blok. Berdasarkan mekanisme paralel, metode skalasinya dapat dibagi menjadi lima kategori, masing-masing mewakili pencarian kinerja yang berbeda, model pengembangan, dan filosofi arsitektur, secara berurutan, granularitas paralel semakin halus, intensitas paralel semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan juga semakin tinggi, dan kompleksitas pemrograman serta kesulitan implementasi 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
• Tingkat Panggilan/MicroVM Paralel (Call-level/MicroVM): 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), termasuk dalam paradigma komputasi paralel lain, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model tanpa sinkronisasi blok), setiap Agen berfungsi sebagai "proses cerdas independen", dengan cara paralel mengirim pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa perlu penjadwalan sinkron, proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Rollup atau skema pemisahan yang kita kenal baik adalah mekanisme konkuren tingkat sistem, dan tidak termasuk dalam perhitungan 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. Skema skalabilitas semacam ini bukanlah fokus pembahasan artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk perbandingan perbedaan dalam konsep arsitektur.

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

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

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma tinggi yang dirancang ulang untuk mesin virtual Ethereum (EVM), berdasarkan pada prinsip dasar pemrosesan paralel (Pipelining), dengan eksekusi asinkron di lapisan konsensus (Asynchronous Execution) dan eksekusi paralel optimis di lapisan eksekusi (Optimistic Parallel Execution). Selain itu, di lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad memperkenalkan protokol BFT berperforma tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB), untuk mencapai optimasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel multi-tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari 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 pipeline tiga dimensi. Setiap tahap berjalan di thread atau inti yang terpisah, mewujudkan pemrosesan konkuren antar blok, dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengesahan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Decoupling Eksekusi Asinkron

Dalam blockchain tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi perluasan kinerja. Monad mencapai konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron 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, langsung masuk ke proses konsensus blok berikutnya, tanpa perlu menunggu eksekusi selesai.

Eksekusi Paralel Optimis：Optimistic Parallel Execution

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

Mekanisme pelaksanaan:

• Monad akan secara optimis mengeksekusi 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 terdeteksi konflik, transaksi yang konflik akan diserialisasi dan dieksekusi ulang untuk memastikan kebenaran status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: mengubah aturan EVM sesedikit mungkin, dan selama eksekusi mencapai paralelisme melalui penundaan penulisan status dan deteksi konflik secara dinamis, lebih mirip dengan Ethereum versi performa, dengan kematangan yang baik untuk memudahkan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis mekanisme komputasi paralel MegaETH

Berbeda dengan penentuan L1 dari Monad, MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang modular dan kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai blockchain publik L1 independen, maupun sebagai lapisan peningkatan eksekusi di Ethereum atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk memisahkan dan mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi bersamaan yang tinggi dan kemampuan respons latensi rendah di dalam rantai. Inovasi kunci yang diusulkan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + DAG ketergantungan status (Directed Acyclic Graph) dan mekanisme sinkronisasi modular, yang bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang "berorientasi pada thread dalam rantai."

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

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro virtual machine (Micro-VM) per akun", yang "menghimpun" lingkungan eksekusi, menyediakan unit isolasi minimum untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi melalui pesan asinkron (Asynchronous Messaging), bukan panggilan sinkron, memungkinkan banyak VM untuk 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, sistem ini secara real-time memelihara grafik ketergantungan global (Dependency Graph), setiap transaksi memodifikasi akun mana, membaca akun mana, semua dimodelkan menjadi hubungan ketergantungan. Transaksi yang tidak konflik dapat 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 Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status single-thread EVM tradisional dengan mewujudkan pengemasan mikro-vm berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggunakan mekanisme pesan asinkron sebagai pengganti stack pemanggilan sinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang dari "struktur akun→arsitektur penjadwalan→proses eksekusi" dalam semua dimensi, memberikan pemikiran baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berperforma tinggi generasi berikutnya.

MegaETH memilih jalur rekonstruksi: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM independen, melalui penjadwalan eksekusi asinkron untuk membebaskan potensi paralel yang ekstrem. Secara teoritis, batas paralel MegaETH lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah filosofi Ethereum.

Desain konsep Monad dan MegaETH sangat 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 dalam memperluas lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, memecahkan kinerja melalui optimasi eksekusi paralel maksimum di dalam rantai tunggal. Keduanya mewakili dua arah penguatan vertikal dan perluasan horizontal dalam jalur pengembangan blockchain.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur optimasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS di dalam rantai, melalui eksekusi tertunda (Deferred Execution) dan arsitektur mikro virtual machine (Micro-VM) untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau akun. Sementara itu, Pharos Network sebagai jaringan blockchain L1 yang modular dan full-stack paralel, 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), 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, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM: Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual EVM dan WASM, memungkinkan pengembang 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 dikhususkan untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Melalui SPNs, Pharos dapat mencapai 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 berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN.

Selain itu, Pharos melalui teknologi pohon Merkle multi-versi, pengkodean diferensial (Delta Encoding), pengalamatan versi (Versioned Addressing), dan ADS Pushdown, membangun kembali model eksekusi dari lapisan dasar mesin penyimpanan, meluncurkan mesin penyimpanan berkinerja tinggi berbasis blockchain asli Pharos Store, mencapai throughput tinggi.