Akademi Pertumbuhan Huobi| Laporan Penelitian Mendalam Komputasi Paralel Web3: Jalur Utama menuju Penskalaan Asli

1. Pendahuluan: Penskalaan adalah proposisi abadi, dan paralelisme adalah medan perang utama

Sejak kelahiran Bitcoin, sistem blockchain selalu menghadapi masalah inti yang tidak dapat dihindari: penskalaan. Bitcoin memproses kurang dari 10 transaksi per detik, dan Ethereum berjuang untuk menembus kemacetan kinerja puluhan TPS (transaksi per detik), yang sangat rumit di dunia Web2 tradisional, yang seringkali puluhan ribu TPS. Lebih penting lagi, ini bukan masalah sederhana yang dapat diselesaikan dengan "menambahkan server", tetapi batasan sistemik yang tertanam dalam konsensus yang mendasari dan desain struktural blockchain - yaitu, segitiga blockchain yang mustahil di mana "desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas" tidak dapat digabungkan.

Selama dekade terakhir, kami telah melihat upaya ekspansi yang tak terhitung jumlahnya naik dan turun. Dari perang penskalaan Bitcoin hingga visi sharding Ethereum, dari saluran negara bagian dan plasma hingga rollup dan blockchain modular, dari eksekusi off-chain di Layer 2 hingga pemfaktoran ulang struktural Ketersediaan Data, seluruh industri telah memulai jalur penskalaan yang penuh dengan imajinasi teknik. Sebagai paradigma penskalaan yang paling banyak diterima, rollup telah mencapai tujuan untuk meningkatkan TPS secara signifikan sambil mengurangi beban eksekusi rantai utama dan menjaga keamanan Ethereum. Tetapi itu tidak menyentuh batas nyata dari "kinerja rantai tunggal" yang mendasari blockchain, terutama pada tingkat eksekusi, yang merupakan throughput blok itu sendiri – masih dibatasi oleh paradigma pemrosesan kuno komputasi serial on-chain.

Karena itu, komputasi paralel in-chain secara bertahap memasuki bidang visi industri. Berbeda dari penskalaan off-chain dan distribusi lintas rantai, paralelisme intra-chain mencoba untuk merekonstruksi mesin eksekusi sepenuhnya sambil mempertahankan atomisitas rantai tunggal dan struktur terintegrasi, dan meningkatkan blockchain dari mode berutas tunggal "eksekusi serial satu transaksi per satu" ke sistem komputasi konkurensi tinggi "penjadwalan multi-threading + pipeline + dependensi" di bawah bimbingan sistem operasi modern dan desain CPU. Jalur semacam itu tidak hanya dapat mencapai peningkatan throughput seratus kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat utama untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Faktanya, dalam paradigma komputasi Web2, komputasi single-threaded telah lama dihilangkan oleh arsitektur perangkat keras modern, dan digantikan oleh aliran model pengoptimalan yang tak ada habisnya seperti pemrograman paralel, penjadwalan asinkron, kumpulan utas, dan layanan mikro. Blockchain, sebagai sistem komputasi yang lebih primitif dan konservatif dengan persyaratan yang sangat tinggi untuk kepastian dan verifikasi, tidak pernah dapat memanfaatkan sepenuhnya ide-ide komputasi paralel ini. Ini adalah batasan dan peluang. Rantai baru seperti Solana, Sui, dan Aptos adalah yang pertama memulai eksplorasi ini dengan memperkenalkan paralelisme di tingkat arsitektur. Proyek-proyek baru seperti Monad dan MegaETH semakin meningkatkan paralelisme on-chain menjadi terobosan dalam mekanisme mendalam seperti eksekusi pipa, konkurensi optimis, dan didorong oleh pesan asinkron, menunjukkan karakteristik yang semakin dekat dan dekat dengan sistem operasi modern.

Dapat dikatakan bahwa komputasi paralel bukan hanya "metode pengoptimalan kinerja", tetapi juga titik balik dalam paradigma model eksekusi blockchain. Ini menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar dan mendefinisikan ulang logika dasar pengemasan transaksi, akses status, hubungan panggilan, dan tata letak penyimpanan. Jika rollup adalah "memindahkan transaksi ke eksekusi off-chain", maka paralelisme on-chain adalah "membangun inti superkomputasi on-chain", dan tujuannya bukan hanya untuk meningkatkan throughput, tetapi untuk memberikan dukungan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan (perdagangan frekuensi tinggi, mesin game, eksekusi model AI, sosial on-chain, dll.).

Setelah jalur rollup secara bertahap cenderung homogen, paralelisme intra-rantai diam-diam menjadi variabel penentu dari siklus baru kompetisi Layer 1. Performa tidak lagi hanya "lebih cepat", tetapi kemungkinan untuk dapat mendukung seluruh dunia aplikasi yang heterogen. Ini bukan hanya perlombaan teknis, tetapi juga pertarungan paradigma. Generasi berikutnya dari platform eksekusi berdaulat di dunia Web3 kemungkinan akan muncul dari gulat paralel intra-rantai ini.

2. Panorama paradigma ekspansi:

Sebagai salah satu topik terpenting, berkelanjutan, dan sulit dalam evolusi teknologi rantai publik, lima jenis rute, masing-masing dengan fokusnya sendiri pada ekspansi, telah melahirkan kemunculan dan evolusi hampir semua jalur teknologi arus utama dalam dekade terakhir. Dimulai dari pertempuran atas ukuran blok Bitcoin, kompetisi teknis tentang "cara membuat rantai berjalan lebih cepat" ini akhirnya dibagi menjadi lima rute dasar, yang masing-masing memotong kemacetan dari sudut yang berbeda, dengan filosofi teknisnya sendiri, kesulitan pendaratan, model risiko, dan skenario yang berlaku.

rute pertama adalah penskalaan on-chain yang paling mudah, yang mewakili cara untuk meningkatkan ukuran blok, mempersingkat waktu blok, atau meningkatkan daya pemrosesan dengan mengoptimalkan struktur data dan mekanisme konsensus. Pendekatan ini telah menjadi fokus perdebatan penskalaan Bitcoin, memunculkan fork "blok besar" seperti BCH dan BSV, dan juga memengaruhi ide desain rantai publik berkinerja tinggi awal seperti EOS dan NEO. Keuntungan dari rute semacam ini adalah mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, yang mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga sangat mudah untuk menyentuh batas atas sistemik seperti risiko sentralisasi, meningkatnya biaya operasi node, dan peningkatan kesulitan sinkronisasi, sehingga bukan lagi solusi inti utama dalam desain saat ini, tetapi telah menjadi lebih merupakan kolokasi tambahan dari mekanisme lain.

Jenis rute kedua adalah penskalaan off-chain, yang diwakili oleh saluran status dan rantai samping. Ide dasar dari jenis jalur ini adalah memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi di luar rantai, dan hanya menulis hasil akhir ke rantai utama, yang bertindak sebagai lapisan penyelesaian akhir. Dalam hal filosofi teknis, ini dekat dengan arsitektur asinkron Web2 - cobalah untuk meninggalkan pemrosesan transaksi berat di pinggiran, dan rantai utama melakukan verifikasi tepercaya minimal. Meskipun ide ini secara teoritis dapat diskalakan tanpa batas, model kepercayaan, keamanan dana, dan kompleksitas interaksi transaksi off-chain membatasi penerapannya. Misalnya, meskipun Lightning Network memiliki posisi skenario keuangan yang jelas, skala ekosistem tidak pernah meledak. Namun, beberapa desain berbasis sidechain, seperti Polygon POS, tidak hanya memiliki throughput tinggi, tetapi juga mengekspos kerugian dari pewarisan keamanan rantai utama yang sulit.

Jenis rute ketiga adalah rute rollup Layer 2 yang paling populer dan digunakan secara luas. Metode ini tidak secara langsung mengubah rantai utama itu sendiri, tetapi menskalakan melalui mekanisme eksekusi off-chain dan verifikasi on-chain. Optimistic Rollup dan ZK Rollup memiliki keunggulannya masing-masing: yang pertama cepat diterapkan dan sangat kompatibel, tetapi memiliki masalah penundaan periode tantangan dan mekanisme bukti penipuan; Yang terakhir memiliki keamanan yang kuat dan kemampuan kompresi data yang baik, tetapi rumit untuk dikembangkan dan tidak memiliki kompatibilitas EVM. Apa pun jenis rollup itu, esensinya adalah untuk mengalihdayakan kekuatan eksekusi, sambil menyimpan data dan verifikasi di rantai utama, mencapai keseimbangan relatif antara desentralisasi dan kinerja tinggi. Pertumbuhan pesat proyek seperti Arbitrum, Optimism, zkSync, dan StarkNet membuktikan kelayakan jalur ini, tetapi juga mengungkap kemacetan jangka menengah seperti ketergantungan yang berlebihan pada ketersediaan data (DA), biaya tinggi, dan pengalaman pengembangan yang terfragmentasi.

Jenis rute keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, seperti Celestia, Avail, EigenLayer, dll. Paradigma modular menganjurkan pemisahan lengkap fungsi inti blockchain - eksekusi, konsensus, ketersediaan data, dan penyelesaian - oleh beberapa rantai khusus untuk menyelesaikan fungsi yang berbeda, dan kemudian menggabungkannya menjadi jaringan yang dapat diskalakan dengan protokol lintas rantai. Arah ini sangat dipengaruhi oleh arsitektur modular sistem operasi dan konsep composability komputasi awan, yang memiliki keunggulan karena dapat secara fleksibel mengganti komponen sistem dan sangat meningkatkan efisiensi di area tertentu seperti DA. Namun, tantangannya juga sangat jelas: biaya sinkronisasi, verifikasi, dan saling percaya antar sistem setelah pemisahan modul sangat tinggi, ekosistem pengembang sangat terfragmentasi, dan persyaratan untuk standar protokol jangka menengah dan panjang serta keamanan lintas rantai jauh lebih tinggi daripada desain rantai tradisional. Intinya, model ini tidak lagi membangun "rantai", tetapi membangun "jaringan rantai", yang mengedepankan ambang batas yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk pemahaman arsitektur secara keseluruhan, pengoperasian dan pemeliharaan.

Jenis rute terakhir, yang menjadi fokus analisis selanjutnya dalam makalah ini, adalah jalur pengoptimalan komputasi paralel intra-rantai. Tidak seperti empat jenis "pemisahan horizontal" pertama, yang terutama melakukan "pemisahan horizontal" dari tingkat struktural, komputasi paralel menekankan "peningkatan vertikal", yaitu, pemrosesan transaksi atom secara bersamaan diwujudkan dengan mengubah arsitektur mesin eksekusi dalam satu rantai. Ini memerlukan penulisan ulang logika penjadwalan VM dan memperkenalkan serangkaian lengkap mekanisme penjadwalan sistem komputer modern, seperti analisis ketergantungan transaksi, prediksi konflik status, kontrol paralelisme, dan panggilan asinkron. Solana adalah proyek pertama yang mengimplementasikan konsep VM paralel ke dalam sistem tingkat rantai, yang mewujudkan eksekusi paralel multi-inti melalui penilaian konflik transaksi berdasarkan model akun. Generasi baru proyek, seperti Monad, Sei, Fuel, MegaETH, dll., lebih lanjut mencoba memperkenalkan ide-ide mutakhir seperti eksekusi pipa, konkurensi optimis, partisi penyimpanan, dan pemisahan paralel untuk membangun inti eksekusi berkinerja tinggi yang mirip dengan CPU modern. Keuntungan inti dari arah ini adalah tidak perlu bergantung pada arsitektur multi-rantai untuk mencapai terobosan dalam batas throughput, dan pada saat yang sama memberikan fleksibilitas komputasi yang memadai untuk eksekusi kontrak pintar yang kompleks, yang merupakan prasyarat teknis penting untuk skenario aplikasi di masa depan seperti AI Agent, game rantai skala besar, dan turunan frekuensi tinggi.

Melihat lima jenis jalur penskalaan di atas, divisi di baliknya sebenarnya adalah trade-off sistematis antara kinerja, komposisi, keamanan, dan kompleksitas pengembangan blockchain. Rollup kuat dalam outsourcing konsensus dan pewarisan yang aman, modularitas menyoroti fleksibilitas struktural dan penggunaan kembali komponen, upaya penskalaan off-chain untuk menembus kemacetan rantai utama tetapi biaya kepercayaan tinggi, dan paralelisme intra-rantai berfokus pada peningkatan mendasar dari lapisan eksekusi, mencoba mendekati batas kinerja sistem terdistribusi modern tanpa merusak konsistensi rantai. Tidak mungkin setiap jalur memecahkan semua masalah, tetapi arah-arah inilah yang bersama-sama membentuk panorama peningkatan paradigma komputasi Web3, dan juga memberi pengembang, arsitek, dan investor opsi strategis yang sangat kaya.

Sama seperti sistem operasi telah bergeser dari single-core ke multi-core dan database telah berevolusi dari indeks berurutan ke transaksi bersamaan, perluasan Web3 pada akhirnya akan bergerak menuju era eksekusi yang sangat paralel. Di era ini, kinerja bukan lagi hanya perlombaan kecepatan rantai, tetapi perwujudan komprehensif dari filosofi desain yang mendasarinya, kedalaman pemahaman arsitektur, kolaborasi perangkat lunak dan perangkat keras, dan kontrol sistem. Dan paralelisme intra-rantai mungkin merupakan medan perang utama dari perang jangka panjang ini.

3. Grafik klasifikasi komputasi paralel: lima jalur dari akun ke instruksiDalam

konteks evolusi berkelanjutan teknologi penskalaan blockchain, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berbeda dari pemisahan horizontal dari lapisan struktur, lapisan jaringan, atau lapisan ketersediaan data, komputasi paralel adalah penambangan mendalam pada lapisan eksekusi, yang terkait dengan logika terendah dari efisiensi operasi blockchain, dan menentukan kecepatan respons dan kapasitas pemrosesan sistem blockchain dalam menghadapi konkurensi tinggi dan transaksi kompleks multi-tipe. Mulai dari model eksekusi dan meninjau perkembangan silsilah teknologi ini, kita dapat memilah peta klasifikasi komputasi paralel yang jelas, yang secara kasar dapat dibagi menjadi lima jalur teknis: paralelisme tingkat akun, paralelisme tingkat objek, paralelisme tingkat transaksi, paralelisme tingkat mesin virtual, dan paralelisme tingkat instruksi. Kelima jenis jalur ini, dari berbutir kasar hingga berbutir halus, tidak hanya merupakan proses penyempurnaan berkelanjutan dari logika paralel, tetapi juga jalur peningkatan kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan.