Peta Panorama Jalur Perhitungan Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Skalabilitas Asli?

I. Ringkasan Perhitungan Paralel

"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 topik "skalabilitas" yang abadi, saat ini solusi peningkatan kapasitas blockchain arus utama di pasar dibedakan berdasarkan paradigma, termasuk:

• Melaksanakan peningkatan kapasitas eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi di tempat, seperti paralel, GPU, dan multi-core
• Isolasi Status Ekspansi: Pembagian Status Secara Horizontal/Sharding, seperti Shard, UTXO, Multi-Subnet
• Ekspansi outsourcing off-chain: menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti Rollup, Coprocessor, DA
• Ekspansi desentralisasi struktur: modularitas arsitektur, operasi kolaboratif, seperti rantai modul, penyusun bersama, Rollup Mesh
• Perluasan tipe konversi asinkron: Model Aktor, isolasi proses, berbasis pesan, seperti agen, rantai asinkron multithreading.

Solusi skalabilitas blockchain mencakup: komputasi paralel dalam rantai, Rollup, pemotongan, modul DA, struktur modular, sistem Aktor, kompresi bukti zk, arsitektur Stateless, dan lain-lain, mencakup beberapa tingkatan eksekusi, status, data, dan struktur, merupakan "sistem skalabilitas lengkap yang bersifat kolaboratif dan modular". Artikel ini fokus pada cara skalabilitas yang mengutamakan komputasi paralel.

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

• 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
• Panggilan tingkat / 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 lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model sinkronisasi non-blockchain), setiap Agen berfungsi sebagai "proses pintar" yang berjalan secara independen, dengan cara paralel pesan asinkron, berbasis peristiwa, tanpa penjadwalan sinkron, proyek-proyek yang diwakili termasuk AO, ICP, Cartesi, dan lain-lain.

Dan solusi skalabilitas yang kita kenal, seperti Rollup atau sharding, termasuk dalam mekanisme konkuren tingkat sistem, dan bukan merupakan perhitungan paralel di dalam rantai. Mereka menciptakan skalabilitas dengan "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel," bukan meningkatkan derajat paralelisme di dalam blok/mesin virtual tunggal. Solusi skalabilitas semacam ini bukanlah fokus pembahasan dalam artikel ini, tetapi kami tetap akan menggunakannya untuk membandingkan kesamaan dan perbedaan dalam konsep arsitektur.

Dua, Rantai Peningkatan Paralel EVM: Memecahkan Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

Arsitektur pemrosesan serial Ethereum telah berkembang hingga saat ini, mengalami beberapa putaran upaya skalabilitas seperti sharding, Rollup, dan arsitektur modular, tetapi batasan throughput di lapisan eksekusi masih belum mengalami 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 EVM menjadi jalur kunci yang mempertimbangkan kompatibilitas ekosistem dan peningkatan kinerja eksekusi, dan sedang menjadi arah penting dalam evolusi skalabilitas yang baru. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif dalam arah ini, masing-masing membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM yang dirancang untuk skenario dengan tingkat konkruensi tinggi dan throughput tinggi, berdasarkan eksekusi tertunda dan pemecahan status.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel Monad

Monad adalah blockchain Layer1 berperforma 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 masing-masing memperkenalkan protokol BFT berperforma tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB), mewujudkan optimisasi dari ujung ke ujung.

Pipelining: Mekanisme Eksekusi Paralel Multi-Tahap

Pipelining adalah konsep dasar dari eksekusi paralel Monad, dengan inti pemikiran untuk membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen dan memproses tahap-tahap ini secara paralel, membentuk arsitektur pipeline tiga dimensi, di mana setiap tahap berjalan pada thread atau inti yang terpisah, mewujudkan pemrosesan paralel lintas blok, dan pada akhirnya mencapai peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahap-tahap ini meliputi: usulan transaksi (Propose), pencapaian konsensus (Consensus), eksekusi transaksi (Execution), dan pengajuan blok (Commit).

Eksekusi Asinkron: Konsensus - Pemisahan Eksekusi Asinkron

Dalam blockchain tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi biasanya merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi skalabilitas kinerja. Monad mewujudkan konsensus lapisan asinkron, eksekusi lapisan asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Ini secara signifikan mengurangi waktu blok (block time) dan keterlambatan konfirmasi, membuat sistem lebih elastis, proses lebih terperinci, dan efisiensi penggunaan 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：Eksekusi Paralel Optimis

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

Mekanisme Eksekusi:

• Monad akan secara optimis menjalankan semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa 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 bermasalah akan diserialisasikan dan dieksekusi ulang untuk memastikan keakuratan status.

Monad memilih jalur kompatibilitas: meminimalkan perubahan pada aturan EVM, dengan menunda penulisan status dan mendeteksi konflik secara dinamis selama proses eksekusi untuk mencapai paralelisme, lebih mirip dengan Ethereum versi performa, dengan kematangan yang baik dan mudah untuk melakukan migrasi ekosistem EVM, merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

Analisis Mekanisme Perhitungan Paralel MegaETH

Berbeda dengan penempatan L1 dari Monad, MegaETH ditujukan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM, yang dapat berfungsi sebagai blockchain publik L1 yang independen, atau sebagai lapisan penguatan eksekusi di Ethereum (Execution Layer) atau komponen modular. Tujuan desain inti adalah untuk mengisolasi logika akun, lingkungan eksekusi, dan status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen, untuk mencapai eksekusi dengan tingkat konversi tinggi dan kemampuan respons rendah latensi di dalam rantai. Inovasi kunci yang diajukan oleh MegaETH adalah: arsitektur Micro-VM + DAG Ketergantungan Status (Directed Acyclic Graph) dan mekanisme sinkronisasi modular, bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel yang berorientasi pada "threading dalam rantai".

Arsitektur Micro-VM (Mikro Mesin Virtual): Akun adalah Utas

MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro-VM per akun" yang meng-thread 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.

Ketergantungan Negara 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, sementara transaksi yang memiliki hubungan ketergantungan akan dijadwalkan secara serial atau ditunda sesuai urutan topologi. Grafik ketergantungan memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama proses eksekusi paralel.

Eksekusi Asinkron dan Mekanisme Callback

B

Secara keseluruhan, MegaETH memecahkan model mesin status single-thread EVM tradisional dengan mewujudkan pengemasan mesin virtual mikro berdasarkan akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik ketergantungan status, dan menggantikan tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme pesan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang dirancang ulang secara menyeluruh dari "struktur akun → arsitektur penjadwalan → alur eksekusi", memberikan pemikiran baru tingkat paradigma 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 mengendalikan kompleksitas, lebih mirip dengan sistem operasi terdistribusi super di bawah filosofi Ethereum.

Monad dan MegaETH memiliki konsep desain yang sangat berbeda dari sharding: sharding membagi blockchain secara horizontal menjadi beberapa sub-chain independen (shard), di mana setiap sub-chain bertanggung jawab atas sebagian transaksi dan status, melanggar batasan single-chain dalam memperluas di lapisan jaringan; sementara Monad dan MegaETH mempertahankan integritas single-chain, hanya melakukan perluasan horizontal di lapisan eksekusi, memecahkan batasan dengan eksekusi paralel maksimum di dalam single-chain untuk meningkatkan kinerja. Keduanya mewakili dua arah dalam jalur pengembangan blockchain: penguatan vertikal dan perluasan horizontal.

Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama fokus pada jalur optimisasi throughput, dengan tujuan utama meningkatkan TPS 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 paralel modular dan full-stack, mekanisme komputasi paralelnya yang inti disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung kerja sama antara mainnet dan jaringan pemrosesan khusus (SPN), mendukung lingkungan multi virtual machine (EVM dan Wasm), serta mengintegrasikan teknologi canggih seperti bukti nol pengetahuan (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

Analisis mekanisme komputasi paralel Rollup Mesh:

1. Pemrosesan Pipeline Asinkron Seluruh Siklus Hidup (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos memisahkan setiap tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, penyimpanan) dan menggunakan metode pemrosesan asinkron, sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, yang meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
2. Eksekusi Paralel Dual VM (Dual VM Parallel Execution): Pharos mendukung dua lingkungan mesin virtual yaitu EVM dan WASM, yang 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 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 secara dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang lebih meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
4. Konsensus Modular & Restaking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus yang fleksibel, mendukung berbagai model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan melalui protokol Restaking mencapai berbagi keamanan dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN.

Selain itu, Pharos melalui pohon Merkle multi-versi, pengkodean delta (Delta Encoding), pengalamatan versi (Versioned Addressing), dan teknologi ADS Pushdown, merekonstruksi model eksekusi dari dasar mesin penyimpanan, meluncurkan mesin penyimpanan kinerja tinggi blockchain asli Pharos Store, untuk mencapai throughput tinggi, latensi rendah, dan kuat.