Laporan Penelitian Kedalaman Komputasi Paralel Web3: Jalur Akhir untuk Perluasan Natif

I. Pendahuluan: Skalabilitas adalah isu abadi, dan paralelisme adalah medan perang utama

Sejak lahirnya, sistem blockchain telah menghadapi masalah inti ini yaitu skalabilitas. Kendala kinerja Bitcoin dan Ethereum sulit diatasi, yang secara kontras sangat berbeda dengan dunia Web2 tradisional. Ini bukan masalah yang bisa diselesaikan hanya dengan menambah server, melainkan merupakan batasan sistemik dalam desain dasar blockchain.

Selama sepuluh tahun terakhir, kami telah menyaksikan banyak upaya untuk meningkatkan kapasitas. Dari kontroversi peningkatan kapasitas Bitcoin hingga visi sharding Ethereum, dari saluran status, Plasma hingga Rollup dan blok modular, industri telah melangkah di jalur peningkatan kapasitas yang penuh inovasi. Rollup sebagai solusi peningkatan kapasitas yang saat ini populer, mengurangi beban pada rantai utama, menjaga keamanan, sambil secara signifikan meningkatkan TPS. Namun, ia belum menyentuh "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya dari blockchain, terutama di tingkat eksekusi yang masih dibatasi oleh model komputasi serial dalam rantai yang tradisional.

Perhitungan paralel dalam rantai secara bertahap menjadi fokus baru. Berbeda dengan solusi skalabilitas lainnya, ini mencoba untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil mempertahankan struktur rantai tunggal. Dengan merujuk pada pemikiran desain sistem operasi modern dan CPU, blockchain di-upgrade dari mode "satu utas" menjadi sistem "multi-utas + pipelining + penjadwalan ketergantungan" yang sangat bersamaan. Ini tidak hanya dapat membawa peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi kunci ledakan aplikasi kontrak pintar yang kompleks.

Sebenarnya, komputasi satu utas telah ditinggalkan di dunia Web2, digantikan oleh model optimasi seperti pemrograman paralel dan penjadwalan asinkron. Blockchain sebagai sistem komputasi yang lebih konservatif, belum sepenuhnya memanfaatkan pemikiran paralel ini. Ini adalah keterbatasan sekaligus kesempatan. Blockchain publik baru seperti Solana, Sui, dan Aptos telah memperkenalkan paralelisme di tingkat arsitektur, memulai eksplorasi ini; sementara proyek seperti Monad dan MegaETH telah melampaui ke eksekusi pipeline dan konkurensi optimis, menunjukkan ciri-ciri yang semakin mendekati sistem operasi modern.

Pengolahan paralel bukan hanya optimasi kinerja, tetapi juga merupakan perubahan paradigma dalam model eksekusi blockchain. Ini menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar, mendefinisikan ulang logika dasar pemrosesan transaksi. Jika Rollup adalah "memindahkan transaksi ke luar rantai", maka pengolahan paralel di dalam rantai adalah "membangun inti superkomputer di dalam rantai", dengan tujuan untuk menyediakan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan.

Setelah jalur Rollup menyatu, paralel dalam rantai menjadi faktor penentu dalam kompetisi Layer1 yang baru. Kinerja tidak lagi hanya tentang kecepatan, tetapi apakah dapat mendukung dunia aplikasi heterogen. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga pertarungan paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan besar akan lahir dari perjuangan paralel dalam rantai ini.

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

Skalabilitas sebagai salah satu topik paling penting, paling berkelanjutan, dan paling menantang dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi arus utama dalam dekade terakhir. Dimulai dari perdebatan ukuran blok Bitcoin, perlombaan teknologi tentang "bagaimana membuat rantai berjalan lebih cepat" ini pada akhirnya memunculkan lima jalur dasar, di mana masing-masing jalur mengambil pendekatan yang berbeda terhadap kendala, dengan filosofi teknis, tingkat kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario penggunaan masing-masing.

Rute pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, dengan praktik yang diwakili seperti meningkatkan ukuran blok, memperpendek waktu blok, atau meningkatkan kapasitas pemrosesan melalui optimasi struktur data dan mekanisme konsensus. Pendekatan ini pernah menjadi sorotan dalam perselisihan perluasan Bitcoin, melahirkan fork "blok besar" seperti BCH dan BSV, serta mempengaruhi pemikiran desain dari blockchain publik berkinerja tinggi awal seperti EOS dan NEO. Kelebihan dari rute ini adalah mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, yang mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga sangat rentan terhadap risiko sentralisasi, peningkatan biaya operasional node, dan meningkatnya kesulitan sinkronisasi, sehingga dalam desain saat ini tidak lagi menjadi solusi inti arus utama, melainkan lebih sebagai pendukung 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 off-chain, hanya menulis hasil akhir ke rantai utama, dengan rantai utama berfungsi sebagai lapisan penyelesaian akhir. Dalam filosofi teknis, ini mendekati pemikiran arsitektur asinkron Web2. Meskipun pemikiran ini secara teoritis dapat memperluas throughput tanpa batas, model kepercayaan transaksi off-chain, keamanan dana, dan kompleksitas interaksi membuat aplikasi ini terbatas. Contoh tipikal seperti Lightning Network meskipun memiliki penempatan skenario keuangan yang jelas, tetapi skala ekosistemnya tetap belum meledak; sedangkan beberapa desain berbasis sidechain, seperti Polygon POS, meskipun memiliki throughput tinggi, juga mengungkapkan kelemahan dalam mewarisi keamanan rantai utama.

Jenis rute ketiga adalah Layer2 Rollup yang saat ini paling populer dan paling luas diterapkan. Cara ini tidak secara langsung mengubah rantai utama itu sendiri, tetapi mewujudkan perluasan melalui mekanisme eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai. Optimistic Rollup dan ZK Rollup masing-masing memiliki keunggulan: yang pertama cepat dan memiliki kompatibilitas tinggi, tetapi menghadapi masalah keterlambatan periode tantangan dan mekanisme bukti penipuan; yang kedua memiliki keamanan yang kuat dan kemampuan kompresi data yang baik, tetapi kompleksitas pengembangan dan kurangnya kompatibilitas EVM. Terlepas dari jenis Rollup mana pun, pada dasarnya adalah mengalihdayakan hak eksekusi, sambil mempertahankan data dan verifikasi di atas rantai utama, mewujudkan keseimbangan relatif antara desentralisasi dan kinerja tinggi. Pertumbuhan pesat proyek-proyek seperti Arbitrum, Optimism, zkSync, dan StarkNet membuktikan kelayakan jalur ini, tetapi juga mengungkapkan ketergantungan yang terlalu kuat pada ketersediaan data (DA), biaya yang masih tinggi, dan pengalaman pengembangan yang terputus sebagai kendala jangka menengah.

Jenis rute keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, diwakili oleh Celestia, Avail, EigenLayer, dan lainnya. Paradigma modular berpendapat untuk memisahkan fungsi inti blockchain, di mana berbagai rantai khusus menyelesaikan fungsi yang berbeda, kemudian digabungkan menjadi jaringan yang dapat diperluas melalui protokol lintas rantai. Arah ini sangat dipengaruhi oleh arsitektur modular sistem operasi dan konsep komposabilitas dalam komputasi awan, dengan keuntungan mampu fleksibel mengganti komponen sistem dan secara signifikan meningkatkan efisiensi pada tahap tertentu (seperti DA). Namun, tantangannya juga sangat jelas: setelah pemisahan modul, biaya sinkronisasi, verifikasi, dan saling percaya antar sistem menjadi sangat tinggi, ekosistem pengembang sangat terdispersi, dan tuntutan terhadap standar protokol jangka menengah dan jangka panjang serta keamanan lintas rantai jauh lebih tinggi dibandingkan dengan desain rantai tradisional. Model ini pada dasarnya tidak lagi membangun sebuah "rantai", tetapi membangun sebuah "jaringan rantai", yang menghadirkan ambang batas yang belum pernah ada sebelumnya dalam pemahaman dan pemeliharaan arsitektur keseluruhan.

Kelas terakhir dari jalur adalah jalur optimasi perhitungan paralel di dalam rantai. Berbeda dengan empat kelas sebelumnya yang terutama melakukan "pemecahan horizontal" dari sisi struktur, perhitungan 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 derajat paralel, pemanggilan asinkron, dan seluruh rangkaian mekanisme penjadwalan sistem komputer modern. Solana adalah salah satu proyek pertama yang menerapkan konsep VM paralel ke dalam sistem tingkat rantai, dengan mencapai eksekusi paralel multi-inti melalui penentuan konflik transaksi berbasis model akun. Proyek generasi baru seperti Monad, Sei, Fuel, MegaETH, dll., lebih lanjut mencoba untuk memperkenalkan eksekusi pipeline, konkurensi optimis, partisi penyimpanan, dan pemisahan paralel, membangun kernel eksekusi berkinerja tinggi seperti 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 teknis penting untuk aplikasi masa depan seperti AI Agent, permainan rantai besar, dan derivatif frekuensi tinggi.

Melihat lima jalur perluasan yang disebutkan di atas, perpecahan di baliknya sebenarnya adalah kompromi sistematis antara kinerja, komposabilitas, keamanan, dan kompleksitas pengembangan dalam blockchain. Rollup unggul dalam outsourcing konsensus dan warisan keamanan, modularitas menonjolkan fleksibilitas struktur dan penggunaan kembali komponen, perluasan off-chain mencoba untuk mengatasi batasan rantai utama tetapi dengan biaya kepercayaan yang tinggi, sementara paralel dalam rantai lebih menekankan pada peningkatan fundamental lapisan eksekusi, berusaha mendekati batas kinerja sistem terdistribusi modern tanpa merusak konsistensi dalam rantai. Setiap jalur tidak mungkin menyelesaikan semua masalah, tetapi arah-arah ini bersama-sama membentuk gambaran lengkap dari peningkatan paradigma komputasi Web3, dan memberikan pilihan strategis yang sangat kaya bagi pengembang, arsitek, dan investor.

Seperti dalam sejarah ketika sistem operasi beralih dari satu inti ke multi-inti, dan basis data ber-evolusi dari indeks berurutan menjadi transaksi konkuren, jalan perluasan Web3 juga pada akhirnya akan menuju era eksekusi yang sangat paralel. Di era ini, kinerja tidak lagi hanya merupakan perlombaan kecepatan rantai, tetapi merupakan perwujudan komprehensif dari filosofi desain dasar, kedalaman pemahaman arsitektur, kolaborasi perangkat lunak dan perangkat keras, serta kontrol sistem. Dan paralel dalam rantai, mungkin adalah medan perang utama dalam perang jangka panjang ini.

Tiga, Peta Klasifikasi Komputasi Paralel: Lima Jalur dari Akun ke Instruksi

Dalam konteks evolusi teknologi perluasan blockchain, 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 penggalian mendalam di lapisan eksekusi. Ini berkaitan dengan logika dasar yang menentukan efisiensi operasional blockchain, serta menentukan kecepatan respons dan kemampuan pemrosesan sistem blockchain saat menghadapi transaksi yang kompleks dan beragam dengan tingkat konversi tinggi. Dari model eksekusi, dengan meninjau garis keturunan perkembangan teknologi ini, kita dapat menguraikan 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 granularitas kasar hingga halus, merupakan proses pemurnian logika paralel yang terus-menerus, serta jalur yang meningkatkan kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan.

Paralel tingkat akun yang muncul pertama kali, diwakili oleh Solana. Model ini didasarkan pada desain pemisahan akun-status, dengan menganalisis secara statis kumpulan akun yang terlibat dalam transaksi untuk menentukan apakah ada hubungan konflik. Jika kumpulan akun yang diakses oleh dua transaksi tidak saling tumpang tindih, maka dapat dieksekusi secara paralel di beberapa inti. Mekanisme ini sangat cocok untuk menangani transaksi yang terstruktur dengan jelas dan input-output yang jelas, terutama program dengan jalur yang dapat diprediksi seperti DeFi. Namun, asumsi alaminya adalah akses akun dapat diprediksi dan ketergantungan status dapat disimpulkan secara statis, yang membuatnya rentan terhadap eksekusi konservatif dan penurunan paralelisme saat menghadapi kontrak pintar yang kompleks (misalnya, permainan berbasis blockchain, agen AI, dan perilaku dinamis lainnya). Selain itu, ketergantungan silang antar akun juga membuat manfaat paralel sangat tereduksi dalam beberapa skenario perdagangan frekuensi tinggi. Runtime Solana telah mencapai optimasi tinggi dalam hal ini, tetapi strategi penjadwalan intinya masih terpengaruh oleh batasan granularitas akun.

Pada dasar model akun, kita lebih lanjut merinci dan memasuki tingkat teknis paralel berbasis objek. Paralel berbasis objek memperkenalkan abstraksi semantik untuk sumber daya dan modul, dengan unit penjadwalan konkuren berupa "objek status" yang lebih halus. Aptos dan Sui adalah penjelajah penting dalam arah ini, terutama yang terakhir melalui sistem tipe linier bahasa Move, yang mendefinisikan kepemilikan dan variabilitas sumber daya pada waktu kompilasi, sehingga memungkinkan kontrol akses sumber daya yang tepat pada waktu berjalan. Cara ini lebih umum dan dapat diperluas dibandingkan dengan paralel berbasis akun, dapat mencakup logika baca/tulis status yang lebih kompleks, dan secara alami melayani skenario dengan derajat heterogenitas tinggi seperti permainan, sosial, dan AI. Namun, paralel berbasis objek juga memperkenalkan ambang bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan, Move bukanlah pengganti langsung dari Solidity, biaya perpindahan ekosistem yang tinggi membatasi kecepatan penyebaran paradigma paralel ini.

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 menganggap status atau akun sebagai unit paralel terkecil, melainkan membangun grafik ketergantungan di sekitar transaksi itu sendiri. Ini menganggap transaksi sebagai unit operasi atom, membangun grafik transaksi (Transaction DAG) melalui analisis statis atau dinamis, dan bergantung pada penjadwal untuk melakukan eksekusi aliran secara bersamaan. Desain ini memungkinkan sistem untuk memaksimalkan penggalian paralelisme tanpa perlu sepenuhnya memahami struktur status dasar. Monad khususnya mencolok, karena menggabungkan kontrol paralel optimis (OCC), penjadwalan aliran paralel, eksekusi tidak terurut, dan teknologi mesin basis data modern lainnya, membuat eksekusi rantai lebih dekat dengan "GPU