Panorama Trek Komputasi Paralel Web3: Solusi Terbaik untuk Penskalaan Asli?

Penulis: 0xjacobzhao dan ChatGPT 4o"

Trilema Blockchain" dari "keamanan", "desentralisasi", dan "skalabilitas" blockchain mengungkapkan trade-off penting dalam desain sistem blockchain, yaitu, sulit bagi proyek blockchain untuk mencapai "keamanan ekstrem, semua orang dapat berpartisipasi, dan pemrosesan berkecepatan tinggi" pada saat yang bersamaan. Menanggapi topik abadi "skalabilitas", solusi penskalaan blockchain arus utama di pasar dibagi menurut paradigma, termasuk:

• Penskalaan yang ditingkatkan eksekusi: Meningkatkan kemampuan eksekusi in situ, seperti paralelisme, GPU, dan
• penskalaan terisolasi Status multi-core: Status/serpihan terpisah secara horizontal, misalnya, pecahan, UTXO, dan multi-subnet
• Penskalaan outsourcing off-chain: Menempatkan eksekusi di luar rantai, seperti rollup,
• Penskalaan pemisahan struktur koprosesor dan DA: Arsitektur modular dan operasi kolaboratif, seperti rantai modul, sequencer bersama, Rollup Mesh
• Penskalaan bersamaan asinkron: Model aktor, isolasi proses, digerakkan oleh pesan, seperti agen, rantai asinkron multi-utas

  Solusi penskalaan blockchain meliputi: komputasi paralel on-chain, rollup, sharding, modul DA, struktur modular, sistem aktor, kompresi bukti zk, arsitektur stateless, dll., Mencakup berbagai tingkat eksekusi, status, data, dan struktur, dan merupakan sistem penskalaan lengkap dari "kolaborasi multi-lapisan dan kombinasi modul". Artikel ini berfokus pada metode penskalaan yang mengarusutamakan komputasi paralel.

  Paralelisme intra-rantai, yang berfokus pada eksekusi paralel transaksi/instruksi intra-blok. Menurut mekanisme paralel, metode penskalaannya dapat dibagi menjadi lima kategori, yang masing-masing mewakili pengejaran kinerja, model pengembangan, dan filosofi arsitektur yang berbeda, dan granularitas paralel semakin halus, intensitas paralelisme semakin tinggi, kompleksitas penjadwalan semakin tinggi, dan kompleksitas pemrograman dan kesulitan implementasi juga semakin tinggi.

  • Tingkat akun: Mewakili proyek
  • Tingkat objek: Mewakili proyek Sui
  • Tingkat transaksi: Mewakili proyek Monad, Aptos
  • Call-level / MicroVM : MegaETH tingkat instruksi
  :
  • GatlingX

  Model konkurensi asinkron off-chain, yang diwakili oleh Model Aktor / Aktor, termasuk dalam paradigma komputasi paralel lainnya, sebagai sistem pesan lintas rantai/asinkron (model sinkronisasi non-blok), setiap agen berjalan secara independen sebagai "proses agen", pesan asinkron dalam mode paralel, digerakkan oleh peristiwa, tidak ada penjadwalan sinkron, proyek perwakilan seperti AO, ICP, Cartesi, dll.

  Skema rollup atau shard scaling yang terkenal termasuk dalam mekanisme konkurensi tingkat sistem, bukan komputasi paralel intra-rantai. Mereka mencapai penskalaan dengan "menjalankan beberapa rantai/domain eksekusi secara paralel", daripada meningkatkan paralelisme dalam satu blok/mesin virtual. Jenis solusi penskalaan ini bukan fokus artikel ini, tetapi kami masih akan menggunakannya untuk membandingkan persamaan dan perbedaan konsep arsitektur.

  2. Rantai Peningkatan Paralel EVM: Menembus Batas Kinerja dalam Kompatibilitas

  Sejak pengembangan arsitektur pemrosesan serial Ethereum, Ethereum telah mengalami beberapa putaran upaya penskalaan seperti sharding, rollup, dan arsitektur modular, tetapi kemacetan throughput dari lapisan eksekusi masih belum terputus secara fundamental. Namun pada saat yang sama, EVM dan Solidity masih merupakan platform kontrak pintar dengan basis pengembang dan potensi ekologis terbanyak. Oleh karena itu, rantai peningkatan paralel EVM menjadi arah penting untuk putaran baru penskalaan dan evolusi sebagai jalur utama yang memperhitungkan kompatibilitas ekologis dan peningkatan kinerja eksekusi. Monad dan MegaETH adalah proyek yang paling representatif ke arah ini, mulai dari eksekusi yang ditangguhkan dan dekomposisi status masing-masing, untuk membangun arsitektur pemrosesan paralel EVM untuk skenario konkurensi tinggi dan throughput tinggi.

  Analisis Komputasi Paralel MonadMonad

  adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi yang didesain ulang untuk Ethereum Virtual Machine (EVM), berdasarkan konsep paralel dasar pipelining, dengan Eksekusi Asinkron pada lapisan konsensus dan konkurensi Optimis di lapisan eksekusi Eksekusi Paralel) 。 Selain itu, pada lapisan konsensus dan penyimpanan, Monad telah memperkenalkan protokol BFT berkinerja tinggi (MonadBFT) dan sistem basis data khusus (MonadDB) masing-masing untuk mencapai pengoptimalan end-to-end.

  Pipelining: Mekanisme eksekusi paralel pipeline multi-tahap

  Pipelining adalah konsep dasar eksekusi paralel Monad, dan ide intinya adalah untuk membagi proses eksekusi blockchain menjadi beberapa tahap independen, dan memproses tahapan ini secara paralel untuk membentuk arsitektur pipeline tiga dimensi, setiap tahap berjalan pada thread atau core independen untuk mencapai pemrosesan bersamaan lintas blok. Hasilnya adalah peningkatan throughput dan pengurangan latensi. Tahapan tersebut meliputi: Mengusulkan, Konsensus, Eksekusi, dan Berkomitmen.

  Eksekusi Asinkron: Konsensus - Eksekusi dipisahkan secara asinkronPada

  rantai tradisional, konsensus dan eksekusi transaksi seringkali merupakan proses sinkron, dan model serial ini sangat membatasi penskalaan kinerja. Monad mengimplementasikan lapisan konsensus asinkron, lapisan eksekusi asinkron, dan penyimpanan asinkron melalui "eksekusi asinkron". Secara signifikan mengurangi waktu blok dan latensi konfirmasi, membuat sistem lebih tangguh, pemrosesan lebih tersegmentasi, dan pemanfaatan sumber daya.

  Desain inti:

  • Proses konsensus (lapisan konsensus) hanya bertanggung jawab untuk menyortir transaksi dan tidak menjalankan logika kontrak.
  • Proses eksekusi (lapisan eksekusi) dipicu secara asinkron setelah konsensus selesai.
  • Setelah konsensus selesai, itu akan segera memasuki proses konsensus blok berikutnya, tanpa menunggu eksekusi selesai.

  Eksekusi Paralel Optimis: Eksekusi Paralel OptimisEthereum-tradisional

  mengadopsi model serial yang ketat untuk eksekusi transaksi untuk menghindari konflik status. Monad, di sisi lain, mengadopsi strategi "eksekusi paralel optimis" untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan transaksi secara signifikan.

  Mekanisme eksekusi:

  • Monad secara optimis mengeksekusi semua transaksi secara paralel, dengan asumsi bahwa sebagian besar transaksi tanpa kewarganegaraan dan bebas konflik.
  • Jalankan juga "Detektor Konflik" untuk memantau apakah status yang sama (misalnya konflik baca/tulis) diakses di antara transaksi.
  • Jika konflik terdeteksi, transaksi yang bertentangan diserialkan dan dieksekusi ulang untuk memastikan bahwa statusnya benar.

  Monad telah memilih jalur yang kompatibel: untuk memindahkan aturan EVM sesedikit mungkin, untuk mencapai paralelisme dengan menunda status tulis dan mendeteksi konflik secara dinamis selama eksekusi, yang lebih seperti versi kinerja Ethereum, dengan tingkat kematangan yang memudahkan untuk bermigrasi ke ekosistem EVM, dan merupakan akselerator paralel di dunia EVM.

  Resolusi mekanisme komputasi paralel MegaETH

  berbeda dari pemosisian L1 Monad, dan MegaETH diposisikan sebagai lapisan eksekusi paralel berkinerja tinggi modular yang kompatibel dengan EVM, yang dapat digunakan sebagai rantai publik L1 independen, sebagai lapisan peningkatan eksekusi atau komponen modular di Ethereum. Tujuan desain intinya adalah untuk mendekonstruksi logika akun, lingkungan eksekusi, dan isolasi status menjadi unit terkecil yang dapat dijadwalkan secara independen untuk mencapai eksekusi konkurensi tinggi dan kemampuan respons latensi rendah dalam rantai. Inovasi utama yang diusulkan oleh MegaETH adalah bahwa arsitektur Micro-VM + State Dependency DAG (grafik dependensi keadaan terarah dan asiklik) dan mekanisme sinkronisasi modular bersama-sama membangun sistem eksekusi paralel untuk "intra-chain threading".

  Arsitektur mikro-VM: Akun adalah utas

  MegaETH memperkenalkan model eksekusi "satu mikro-VM per akun", yang "utas" lingkungan eksekusi dan menyediakan unit isolasi minimum untuk penjadwalan paralel. VM ini berkomunikasi satu sama lain melalui pesan asinkron, bukan panggilan sinkron, dan sejumlah besar VM dapat dijalankan secara independen, disimpan secara independen, dan paralel secara alami.

  DAG Dependensi Status: mekanisme

  penjadwalan berbasis grafik MegaETH telah membangun sistem penjadwalan DAG berdasarkan hubungan akses status akun, dan sistem memelihara grafik dependensi global secara real time, dan akun mana yang dimodifikasi dan akun mana yang dibaca untuk setiap transaksi semuanya dimodelkan menjadi dependensi. Transaksi bebas konflik dapat dieksekusi secara langsung secara paralel, dan transaksi dependen akan dijadwalkan dan diurutkan secara serial atau ditangguhkan dalam urutan topologis. Grafik dependensi memastikan konsistensi status dan penulisan non-duplikat selama eksekusi paralel.

  Mekanisme eksekusi dan callback asinkron

  MegaETH dibangun di atas paradigma pemrograman asinkron, mirip dengan pengiriman pesan asinkron dari Model Aktor, untuk memecahkan masalah panggilan serial EVM tradisional. Panggilan kontrak bersifat asinkron (eksekusi non-rekursif), dan ketika kontrak A -> B -> C dipanggil, setiap panggilan bersifat asinkron tanpa memblokir penantian; Tumpukan panggilan diperluas menjadi grafik panggilan asinkron; Pemrosesan transaksi = traversal grafik asinkron + resolusi dependensi + penjadwalan paralel.

  Secara

  keseluruhan, MegaETH mematahkan model mesin status berutas tunggal EVM tradisional, mengimplementasikan enkapsulasi mesin virtual mikro berdasarkan akun per akun, melakukan penjadwalan transaksi melalui grafik yang bergantung pada status, dan mengganti tumpukan panggilan sinkron dengan mekanisme perpesanan asinkron. Ini adalah platform komputasi paralel yang didesain ulang dari dimensi penuh "struktur akun→ arsitektur penjadwalan, → proses eksekusi", memberikan ide baru tingkat paradigma untuk membangun sistem on-chain berkinerja tinggi generasi berikutnya.

  MegaETH telah memilih jalur pemfaktoran ulang: sepenuhnya mengabstraksi akun dan kontrak menjadi VM independen, dan melepaskan potensi paralelisme tertinggi melalui penjadwalan eksekusi asinkron. Secara teoritis, MegaETH memiliki batas paralel yang lebih tinggi, tetapi juga lebih sulit untuk mengontrol kompleksitas, dan lebih seperti sistem operasi yang sangat terdistribusi di bawah konsep Ethereum.

  

  Monad dan MegaETH Keduanya memiliki konsep desain yang berbeda dari sharding: sharding secara horizontal membagi blockchain menjadi beberapa sub-rantai independen (shard), yang masing-masing bertanggung jawab atas bagian dari transaksi dan status, mematahkan batasan rantai tunggal dan penskalaan di lapisan jaringan; Di sisi lain, baik Monad dan MegaETH mempertahankan integritas rantai tunggal, menskalakan secara horizontal hanya pada lapisan eksekusi, dan melakukan terobosan pengoptimalan secara paralel pada batas rantai tunggal. Keduanya mewakili dua arah: penguatan vertikal dan ekspansi horizontal di jalur ekspansi blockchain.

  Proyek komputasi paralel seperti Monad dan MegaETH terutama berfokus pada jalur pengoptimalan throughput, dengan tujuan inti untuk meningkatkan TPS on-chain, dan mencapai pemrosesan paralel tingkat transaksi atau tingkat akun melalui eksekusi yang ditangguhkan dan arsitektur mikro-VM. Pharos Network adalah jaringan blockchain L1 paralel full-stack modular, dan sistem komputasi paralel intinya disebut "Rollup Mesh". Arsitektur ini mendukung lingkungan mesin multi-virtual (EVM dan Wasm) melalui sinergi mainnet dan jaringan pemrosesan khusus (SPN), dan mengintegrasikan teknologi canggih seperti zero-knowledge proofs (ZK) dan lingkungan eksekusi tepercaya (TEE).

  Analisis Komputasi Paralel Rollup Mesh:

  1. Pipa Asinkron Siklus Hidup Penuh: Pharos memisahkan berbagai tahap transaksi (seperti konsensus, eksekusi, dan penyimpanan) dan mengadopsi pemrosesan asinkron sehingga setiap tahap dapat dilakukan secara independen dan paralel, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan secara keseluruhan.
  2. Eksekusi Paralel VM Ganda: Pharos mendukung lingkungan mesin virtual EVM dan WASP, memungkinkan pengembang memilih lingkungan eksekusi yang tepat untuk kebutuhan mereka. Arsitektur dual-VM ini tidak hanya meningkatkan fleksibilitas sistem, tetapi juga meningkatkan pemrosesan transaksi melalui eksekusi paralel.
  3. Jaringan Pemrosesan Khusus (SPN): SPN adalah komponen kunci dalam arsitektur Pharos, mirip dengan sub-jaringan modular yang dirancang untuk menangani jenis tugas atau aplikasi tertentu. Dengan SPN, Pharos memungkinkan alokasi sumber daya yang dinamis dan pemrosesan tugas secara paralel, yang semakin meningkatkan skalabilitas dan kinerja sistem.
  4. Konsensus Modular & Restaking: Pharos memperkenalkan mekanisme konsensus fleksibel yang mendukung beberapa model konsensus (seperti PBFT, PoS, PoA), dan memungkinkan berbagi yang aman dan integrasi sumber daya antara mainnet dan SPN melalui protokol pengambilan ulang.

  Selain itu, Pharos merekonstruksi model eksekusi dari lapisan bawah mesin penyimpanan melalui pohon Merkle multi-versi, Delta Encoding, Versioned Addressing, dan teknologi ADS Pushdown, dan meluncurkan Pharos Store, mesin penyimpanan berkinerja tinggi untuk blockchain asli, untuk mencapai throughput tinggi, latensi rendah, dan kemampuan pemrosesan on-chain yang kuat yang dapat diverifikasi.

  Secara umum, arsitektur Rollup Mesh Pharos mencapai kemampuan komputasi paralel berkinerja tinggi melalui desain modular dan mekanisme pemrosesan asinkron.

  Selain arsitektur eksekusi paralel Monad, MegaETH, dan Pharos, kami juga mengamati bahwa ada beberapa proyek di pasar yang mengeksplorasi jalur aplikasi akselerasi GPU dalam komputasi paralel EVM, sebagai suplemen penting dan eksperimen mutakhir untuk ekosistem paralel EVM. Di antara mereka, Reddio dan GatlingX adalah dua arah yang representatif:

  • Reddio adalah platform berkinerja tinggi yang menggabungkan arsitektur eksekusi paralel zkRollup dan GPU, dan intinya terletak pada merekonstruksi proses eksekusi EVM, dan mewujudkan paralelisasi asli dari lapisan eksekusi melalui penjadwalan multi-threaded, penyimpanan status asinkron, dan eksekusi batch transaksi yang dipercepat GPU. Granularitas paralel di tingkat transaksi + tingkat operasi (opcode eksekusi multi-threaded). Ini dirancang untuk memperkenalkan eksekusi batch multi-threaded, pemuatan status asinkron, dan logika transaksi pemrosesan paralel GPU (EVM Paralel yang Kompatibel dengan CUDA). Seperti Monad / MegaETH, Reddio juga berfokus pada pemrosesan paralel di lapisan eksekusi, dengan perbedaannya adalah bahwa mesin eksekusi direkonstruksi melalui arsitektur paralel GPU, yang dirancang untuk skenario throughput tinggi dan komputasi intensif seperti inferensi AI. GatlingX,
  • yang menyebut dirinya "GPU-EVM", mengusulkan arsitektur yang lebih radikal yang mencoba memigrasikan model "eksekusi serial tingkat instruksi" dari mesin virtual EVM tradisional ke lingkungan runtime paralel asli GPU. Mekanisme intinya adalah mengkompilasi bytecode EVM secara dinamis menjadi tugas paralel CUDA, dan menjalankan aliran instruksi melalui multi-core GPU, sehingga dapat mematahkan kemacetan berurutan EVM pada tingkat terendah. Granularitas paralel yang termasuk dalam Paralelisme Tingkat Instruksi (ILP). Dibandingkan dengan granularitas paralel "tingkat transaksi/tingkat akun" dari Monad / MegaETH, mekanisme paralelisme GatlingX termasuk dalam jalur pengoptimalan tingkat instruksi, yang lebih dekat dengan pemfaktoran ulang yang mendasari mesin mesin virtual. Saat ini sedang dalam fase konsep, dengan whitepaper dan sketsa arsitektur yang diterbitkan, dan belum ada SDK atau mainnet.

  Artela mengusulkan konsep desain paralel yang berbeda. Dengan diperkenalkannya mesin virtual WebAssembly (WASM) arsitektur EVM++, pengembang diizinkan untuk secara dinamis menambahkan dan mengeksekusi ekstensi on-chain menggunakan model pemrograman Aspect sambil mempertahankan kompatibilitas EVM. Ini menggunakan granularitas pemanggilan kontrak (Fungsi / Ekstensi) sebagai unit paralel minimum, dan mendukung injeksi modul Ekstensi (mirip dengan "middleware yang dapat dicolokkan") saat kontrak EVM berjalan, untuk mencapai pemisahan logis, pemanggilan asinkron, dan eksekusi paralel tingkat modul. Lebih banyak perhatian diberikan pada composability dan arsitektur modular dari lapisan eksekusi. Konsep ini memberikan ide-ide baru untuk aplikasi multi-modul yang kompleks di masa depan.

  3. Rantai arsitektur paralel asli: Model eksekusi EVM Ethereum, ontologi eksekusi VM yang direkonstruksi

  ,

  telah mengadopsi arsitektur utas tunggal dari "urutan transaksi penuh + eksekusi serial" sejak awal desainnya, yang bertujuan untuk memastikan kepastian dan konsistensi perubahan status untuk semua node dalam jaringan. Namun, arsitektur ini memiliki kemacetan alami dalam kinerja, membatasi throughput dan skalabilitas sistem. Sebaliknya, rantai arsitektur komputasi paralel asli seperti Solana (SVM), MoveVM (Sui, Aptos), dan Sei v2 yang dibangun di atas Cosmos SDK disesuaikan untuk eksekusi paralel dari desain yang mendasarinya dan memiliki keunggulan sebagai berikut:

  • Pemisahan alami model status: Solana menggunakan mekanisme deklarasi kunci akun, MoveVM memperkenalkan model kepemilikan objek, dan Sei v2 didasarkan pada klasifikasi jenis transaksi. Penilaian konflik statis direalisasikan, dan penjadwalan bersamaan tingkat transaksi didukung.
  • Mesin virtual dioptimalkan untuk konkurensi: Mesin Sealevel Solana secara native mendukung eksekusi multi-utas; MoveVM dapat melakukan analisis grafik konkurensi statis; Sei v2 mengintegrasikan mesin pencocokan multi-utas dengan modul VM paralel.

  Tentu saja, rantai paralel asli semacam ini juga menghadapi tantangan kompatibilitas ekologis. Arsitektur non-EVM biasanya memerlukan bahasa pengembangan baru (seperti Move dan Rust) dan toolchain, yang memiliki biaya migrasi tertentu untuk pengembang. Selain itu, pengembang perlu menguasai serangkaian konsep baru seperti model akses stateful, batas konkurensi, siklus hidup objek, dll., yang mengedepankan persyaratan yang lebih tinggi untuk memahami ambang batas dan paradigma pengembangan.

  3.1 Prinsip mesin paralel Sealevel dari Solana dan SVM

  Model eksekusi Sealevel Solana adalah mekanisme penjadwalan paralel akun, yang merupakan mesin inti yang digunakan oleh Solana untuk mewujudkan eksekusi transaksi paralel dalam rantai, dan mencapai konkurensi kinerja tinggi di tingkat kontrak pintar melalui mekanisme "deklarasi akun + penjadwalan statis + eksekusi multi-utas". Sealevel adalah model eksekusi pertama di bidang blockchain yang berhasil menerapkan penjadwalan bersamaan intra-rantai di lingkungan produksi, dan ide-ide arsitekturnya telah memengaruhi banyak proyek komputasi paralel berikutnya, dan merupakan paradigma referensi untuk desain paralel Layer 1 berkinerja tinggi.

  Mekanisme inti:

  1. Daftar Akses Akun Eksplisit: Setiap transaksi harus mendeklarasikan akun yang terlibat (baca/tulis) saat mengirimkan, dan sistem akan menentukan apakah ada konflik status antar transaksi.

  2. Deteksi konflik dan penjadwalan multi-utas

  • Jika tidak ada persimpangan antara kumpulan akun yang diakses oleh kedua transaksi→ mereka dapat dieksekusi secara paralel;
  • Ada konflik→ mengeksekusi secara berseri dalam urutan bergantung;
  • Penjadwal mengalokasikan transaksi ke utas yang berbeda berdasarkan grafik dependensi.

  3. Konteks Pemanggilan Program: Setiap panggilan kontrak berjalan dalam konteks terisolasi tanpa tumpukan bersama untuk menghindari gangguan panggilan silang.

  Sealevel adalah mesin penjadwalan eksekusi paralel Solana, sedangkan SVM adalah lingkungan eksekusi kontrak pintar yang dibangun di atas Sealevel (menggunakan mesin virtual BPF). Bersama-sama, mereka membentuk fondasi teknis dari sistem eksekusi paralel berkinerja tinggi Solana.

  Eclipse adalah proyek yang menyebarkan VM Solana ke rantai modular seperti Ethereum L2 atau Celestia, memanfaatkan mesin eksekusi paralel Solana sebagai lapisan eksekusi rollup. Eclipse adalah salah satu proyek pertama yang mengusulkan untuk melepaskan lapisan eksekusi Solana (Sealevel + SVM) dari mainnet Solana dan memigrasikannya ke arsitektur modular, dan output modular dari "model eksekusi super bersamaan" Solana adalah Execution Layer-as-a-Service, jadi Eclipse juga termasuk dalam kategori komputasi paralel.

  Rute Neon berbeda, memperkenalkan EVM untuk beroperasi di lingkungan SVM / Sealevel. Membangun lapisan runtime yang kompatibel dengan EVM, pengembang dapat menggunakan Solidity untuk mengembangkan kontrak dan berjalan di lingkungan SVM, tetapi eksekusi penjadwalan menggunakan SVM + Sealeve. Neon lebih condong ke kategori Modular Blockchain daripada inovasi komputasi paralel.

  Secara

  keseluruhan, Solana dan SVM mengandalkan mesin eksekusi Sealevel, dan filosofi penjadwalan berbasis OS Solana mirip dengan penjadwal kernel, yang cepat tetapi relatif tidak fleksibel. Ini adalah rantai publik komputasi paralel berkinerja tinggi asli.

  3.2 Arsitektur MoveVM: Sumber Daya dan Objek Berbasis

  MoveVM adalah mesin virtual kontrak pintar yang dirancang untuk keamanan sumber daya on-chain dan eksekusi paralel, dan bahasa intinya, Move, awalnya dikembangkan oleh Meta (sebelumnya Facebook) untuk proyek Libra, menekankan konsep "sumber daya adalah objek", dan semua status on-chain ada sebagai objek, dengan kepemilikan dan siklus hidup yang jelas. Hal ini memungkinkan MoveVM untuk menganalisis apakah ada konflik status antara transaksi selama waktu kompilasi, dan menerapkan penjadwalan paralel statis tingkat objek, yang banyak digunakan dalam rantai publik paralel asli seperti Sui dan Aptos.

  Model

  kepemilikan objek SuiKemampuan

  komputasi paralel Sui berasal dari pendekatan uniknya terhadap pemodelan keadaan dan analisis statis tingkat bahasa. Tidak seperti blockchain tradisional, yang menggunakan pohon status global, Sui telah membangun model yang berpusat pada objek berdasarkan "objek", yang bekerja dengan sistem tipe linier MoveVM untuk membuat penjadwalan paralel menjadi proses deterministik yang dapat diselesaikan pada waktu kompilasi.

  • Model Objek adalah dasar dari arsitektur paralel Sui. Sui mengabstraksi semua status pada rantai menjadi objek terpisah, masing-masing dengan ID unik, pemilik yang jelas (akun atau kontrak), dan definisi jenis. Benda-benda ini tidak berbagi keadaan satu sama lain dan secara inheren terisolasi. Kontrak harus secara eksplisit mendeklarasikan pengumpulan objek yang terlibat saat dipanggil, menghindari masalah kopling negara dari "pohon keadaan global" on-chain tradisional. Desain ini membagi status on-chain menjadi beberapa unit independen, menjadikan eksekusi bersamaan sebagai premis penjadwalan yang layak secara struktural.
  • Analisis Kepemilikan Statis adalah mekanisme analisis waktu kompilasi yang diimplementasikan dengan dukungan sistem tipe linier bahasa Move. Ini memungkinkan sistem untuk menjadwalkan transaksi yang akan dieksekusi secara paralel dengan menyimpulkan transaksi mana yang tidak memiliki konflik status melalui kepemilikan objek sebelum dieksekusi. Dibandingkan dengan deteksi konflik dan pengembalian runtime tradisional, mekanisme analisis statis Sui sangat mengurangi kompleksitas penjadwalan sekaligus meningkatkan efisiensi eksekusi, yang merupakan kunci untuk mencapai throughput tinggi dan kemampuan pemrosesan paralel deterministik.

  Sui membagi ruang status berdasarkan objek demi objek, dikombinasikan dengan analisis kepemilikan waktu kompilasi, untuk mencapai eksekusi paralel tingkat objek berbiaya rendah dan bebas rollback. Dibandingkan dengan eksekusi serial atau deteksi runtime rantai tradisional, Sui telah mencapai peningkatan yang signifikan dalam efisiensi eksekusi, determinisme sistem, dan pemanfaatan sumber daya.

  Mekanisme

  Eksekusi Block-STM AptosAptos

  adalah blockchain Layer1 berkinerja tinggi berdasarkan bahasa Move, dan kemampuan eksekusi paralelnya terutama berasal dari kerangka kerja Block-STM (Block-level Software Transactional Memory) yang dikembangkan sendiri. Tidak seperti strategi Sui tentang "paralelisme statis pada waktu kompilasi", Block-STM termasuk dalam mekanisme penjadwalan dinamis "konkurensi optimis pada runtime + rollback konflik", yang cocok untuk berurusan dengan set transaksi dengan dependensi yang kompleks.

  Block-STM membagi eksekusi transaksi blok menjadi tiga tahap:

  • Eksekusi Spekulatif: Semua transaksi bebas konflik secara default sebelum eksekusi, dan sistem menjadwalkan transaksi secara paralel dengan beberapa utas untuk mencoba mengeksekusi secara bersamaan, dan mencatat status akun (set baca/tulis) yang diakses oleh mereka.
  • Fase Validasi: Sistem memverifikasi hasil eksekusi: jika ada konflik baca-tulis antara dua transaksi (misalnya, Tx1 membaca status ditulis oleh Tx2), salah satunya digulirkan kembali.
  • Fase Coba Lagi: Transaksi yang bertentangan akan dijadwalkan ulang hingga dependensinya terselesaikan, dan akhirnya semua transaksi membentuk urutan pengiriman status deterministik yang valid.

  Block-STM adalah model eksekusi dinamis dari "paralelisme optimis + rollback dan percobaan ulang", yang cocok untuk skenario pemrosesan batch transaksi on-chain yang intensif dan kompleks secara logis, dan merupakan inti komputasi paralel bagi Aptos untuk membangun rantai publik dengan fleksibilitas tinggi dan throughput tinggi.

  

  Solana adalah sekolah penjadwalan teknik, lebih seperti "kernel sistem operasi", cocok untuk batas negara yang jelas, perdagangan frekuensi tinggi yang dapat dikontrol, adalah gaya insinyur perangkat keras, untuk menjalankan rantai seperti perangkat keras (eksekusi paralel kelas perangkat keras); Aptos adalah sistem yang toleran terhadap kesalahan, lebih seperti "mesin konkurensi basis data", cocok untuk sistem kontrak dengan kopling status yang kuat dan rantai panggilan yang kompleks. Aptos dan Sui seperti insinyur bahasa pemrograman, dan keamanan sumber daya tingkat Perangkat Lunak mewakili jalur implementasi teknis komputasi paralel Web3 di bawah filosofi yang berbeda.

  3.3 Penskalaan Paralel Cosmos SDK

  Sei V2 adalah rantai publik transaksional berkinerja tinggi yang dibangun berdasarkan Cosmos SDK, dan kemampuan paralelismenya terutama tercermin dalam dua aspek: mesin pencocokan multi-utas (Mesin Pencocokan Paralel) dan pengoptimalan eksekusi paralel dari lapisan mesin virtual, yang dirancang untuk melayani skenario transaksi on-chain frekuensi tinggi dan latensi rendah, seperti DEX buku pesanan, infrastruktur pertukaran on-chain, dll.

  Mekanisme Paralelisme Inti:

  1. Mesin Pencocokan Paralel: SEI V2 memperkenalkan jalur eksekusi multi-utas ke dalam logika pencocokan pesanan, membagi buku pesanan tertunda dan logika pencocokan di tingkat utas, sehingga tugas pencocokan antara beberapa pasangan perdagangan dapat diproses secara paralel dan menghindari kemacetan berulir tunggal.
  2. Pengoptimalan konkurensi tingkat komputer virtual: Sei V2 membangun lingkungan runtime CosmWasm dengan kemampuan eksekusi bersamaan, yang memungkinkan beberapa panggilan kontrak berjalan secara paralel tanpa konflik status, dan bekerja sama dengan mekanisme klasifikasi jenis transaksi untuk mencapai kontrol throughput yang lebih tinggi.
  3. Konsensus paralel dan penjadwalan lapisan eksekusi: Apa yang disebut mekanisme konsensus "Twin-Turbo" diperkenalkan untuk memperkuat throughput dan decoupling antara lapisan konsensus dan lapisan eksekusi, dan meningkatkan efisiensi pemrosesan blok secara keseluruhan.

  3.4 UTXO Model Reformer Bahan Bakar Bahan Bakar adalah

  lapisan eksekusi berkinerja tinggi yang dirancang berdasarkan arsitektur modular Ethereum, dan mekanisme paralelisme intinya berasal dari model UTXO yang ditingkatkan (Unspent Transaction Output). Tidak seperti model akun Ethereum, Fuel menggunakan struktur UTXO untuk mewakili aset dan negara bagian, yang secara inheren terisolasi negara, sehingga mudah untuk menentukan transaksi mana yang dapat dieksekusi dengan aman secara paralel. Selain itu, Fuel memperkenalkan bahasa kontrak pintar yang dikembangkan sendiri Sway (mirip dengan Rust), dikombinasikan dengan alat analisis statis, untuk menentukan konflik input sebelum transaksi dieksekusi, sehingga mencapai penjadwalan paralel tingkat transaksi yang efisien dan aman. Ini adalah lapisan eksekusi alternatif EVM yang menyeimbangkan kinerja dan modularitas.

  4. Model Aktor: Paradigma Baru Eksekusi Bersamaan

  Agen Model Aktor adalah paradigma eksekusi paralel berdasarkan agen atau proses, yang berbeda dari komputasi sinkron tradisional dari keadaan global pada rantai (Solana / Sui / Monad dan skenario "komputasi paralel on-chain" lainnya), yang menekankan bahwa setiap agen memiliki keadaan dan perilaku independen, dan berkomunikasi dan menjadwalkan melalui pesan asinkron. Di bawah arsitektur ini, sistem on-chain dapat dijalankan secara bersamaan oleh sejumlah besar proses yang dipisahkan satu sama lain, dan memiliki skalabilitas yang kuat dan toleransi kesalahan asinkron. Proyek-proyek perwakilan termasuk AO (Arweave AO), ICP (Internet Computer), dan Cartesi, yang mendorong evolusi blockchain dari mesin eksekusi ke "sistem operasi on-chain", menyediakan infrastruktur asli untuk agen AI, interaksi multi-tugas, dan orkestrasi logika yang kompleks.

  Sementara desain Model Aktor mirip dengan sharding dalam hal karakteristik dangkal (misalnya, paralelisme, isolasi keadaan, dan pemrosesan asinkron), keduanya pada dasarnya mewakili jalur teknis dan filosofi sistem yang sama sekali berbeda. Model Aktor menekankan "komputasi asinkron multi-proses", di mana setiap agen berjalan secara independen, mempertahankan status secara independen, dan berinteraksi dengan cara yang digerakkan oleh pesan. Sharding, di sisi lain, adalah mekanisme "sharding horizontal of state and consensus", yang membagi seluruh blockchain menjadi beberapa subsistem (pecahan) yang memproses transaksi secara independen. Model Aktor lebih seperti "sistem operasi agen terdistribusi" di dunia Web3, sedangkan sharding adalah solusi penskalaan struktural untuk kemampuan pemrosesan transaksi on-chain. Keduanya mencapai paralelisme, tetapi memiliki titik awal, tujuan, dan arsitektur eksekusi yang berbeda.

  4.1 AO (Arweave), komputer super-paralel di atas lapisan penyimpananAO

  adalah platform komputasi terdesentralisasi yang berjalan pada lapisan penyimpanan permanen Arweave, dengan tujuan inti membangun sistem operasi on-chain yang mendukung pengoperasian agen asinkron skala besar.

  Fitur arsitektur inti:

  • Arsitektur proses: Setiap agen disebut proses, dengan status independen, penjadwal independen, dan logika eksekusi;
  • Tidak ada struktur blockchain: AO bukanlah rantai, tetapi lapisan penyimpanan terdesentralisasi + mesin eksekusi berbasis pesan multi-agen berdasarkan Arweave;
  Sistem
  • penjadwalan pesan asinkron: Proses berkomunikasi satu sama lain melalui pesan, mengadopsi model operasi asinkron bebas kunci, dan secara alami mendukung ekspansi bersamaan.
  • Penyimpanan status permanen: Semua status agen, catatan pesan, dan instruksi direkam secara permanen di Arweave, memastikan auditabilitas penuh dan transparansi terdesentralisasi.
  • Asli agen: Sangat cocok untuk menyebarkan tugas multi-langkah yang kompleks (seperti agen AI, pengontrol protokol DePIN, orkestrator tugas otomatis, dll.), Dan dapat membangun "koprosesor AI on-chain".

  AO mengambil rute utama "agen asli + driver penyimpanan + arsitektur tanpa rantai", menekankan fleksibilitas dan pemisahan modul, dan merupakan "kerangka kerja mikrokernel pada rantai yang dibangun di atas lapisan penyimpanan", dengan batas sistem yang sengaja menyusut, menekankan komputasi ringan + struktur kontrol yang dapat dikomposisi.

  4.2 ICP (Internet Computer), platform hosting Web3 full-stackICP

  adalah platform aplikasi on-chain full-stack asli Web3 yang diluncurkan oleh DFINITY, dengan tujuan memperluas daya komputasi on-chain ke pengalaman seperti Web2, dan mendukung hosting layanan lengkap, pengikatan nama domain, dan arsitektur tanpa server.

  Fitur arsitektur inti:

  • Arsitektur canister (kontainer sebagai agen): Setiap canister adalah agen yang berjalan pada VM Wasm dengan status independen, kode, dan kemampuan penjadwalan asinkron;
  • Sistem Konsensus Terdistribusi Subnet (Subnet): Seluruh jaringan terdiri dari beberapa subnet, yang masing-masing mempertahankan satu set tabung dan mencapai konsensus melalui mekanisme tanda tangan BLS.
  • Model pemanggilan asinkron: Canister berkomunikasi dengan Canister melalui pesan asinkron, mendukung eksekusi non-pemblokiran, dan memiliki paralelisme alami.
  • Hosting web on-chain: Ini mendukung kontrak pintar untuk menghosting halaman front-end secara langsung, pemetaan DNS asli, dan merupakan platform blockchain pertama yang mendukung browser untuk mengakses dApps secara langsung;
  • Sistem ini memiliki fungsi lengkap: Ini memiliki API sistem seperti peningkatan panas on-chain, otentikasi identitas, keacakan terdistribusi, dan timer, yang cocok untuk penerapan layanan on-chain yang kompleks.

  ICP memilih paradigma sistem operasi platform berat, kemasan terintegrasi, dan kontrol platform yang kuat, dan memiliki "sistem operasi blockchain" yang mengintegrasikan konsensus, eksekusi, penyimpanan, dan akses, menekankan kemampuan hosting layanan lengkap, dan memperluas batas sistem ke platform hosting Web3 tumpukan penuh.

  Selain itu, proyek komputasi paralel dari paradigma Model Aktor lainnya dapat dirujuk ke tabel berikut:

  

  5. Ringkasan dan ProspekBerdasarkan

  perbedaan antara arsitektur mesin virtual dan sistem bahasa, solusi komputasi paralel blockchain secara kasar dapat dibagi menjadi dua kategori: rantai peningkatan paralel EVM dan rantai arsitektur paralel asli (non-EVM).

  Atas dasar mempertahankan kompatibilitas ekosistem EVM/Solidity, yang pertama mencapai throughput yang lebih tinggi dan kemampuan pemrosesan paralel melalui pengoptimalan mendalam dari lapisan eksekusi, yang cocok untuk skenario yang ingin mewarisi aset dan alat pengembangan Ethereum dan mencapai terobosan kinerja pada saat yang bersamaan. Proyek perwakilan meliputi:

  • Monad: Mengimplementasikan model eksekusi paralel optimis yang kompatibel dengan EVM melalui penulisan yang ditangguhkan dan deteksi konflik runtime, membangun grafik dependensi dan menjadwalkan eksekusi setelah konsensus selesai.
  • MegaETH: Mengabstraksi setiap akun/kontrak menjadi mikro-VM independen, dan mengimplementasikan penjadwalan paralel tingkat akun yang sangat dipisahkan berdasarkan pesan asinkron dan grafik yang bergantung pada status.
  • Pharos: Bangun arsitektur mesh rollup untuk mencapai pemrosesan paralel tingkat sistem di seluruh proses melalui alur asinkron dan modul SPN.
  • Reddio: Menggunakan arsitektur zkRollup + GPU untuk mempercepat proses verifikasi off-chain zkEVM melalui pembuatan batch SNARK dan meningkatkan throughput verifikasi.

  Yang terakhir benar-benar menghilangkan keterbatasan kompatibilitas Ethereum dan mendesain ulang paradigma eksekusi dari mesin virtual, model status, dan mekanisme penjadwalan untuk mencapai konkurensi kinerja tinggi asli. Subkelas umum meliputi:

  • Solana (SVM): model eksekusi paralel tingkat akun berdasarkan klaim akses akun dan penjadwalan grafik konflik statis;
  • Sui / Aptos (sistem MoveVM): Berdasarkan model objek sumber daya dan sistem jenis, ini mendukung analisis statis pada waktu kompilasi dan mewujudkan paralelisme tingkat objek.
  • Sei V2 (rute Cosmos SDK): memperkenalkan mesin pencocokan multi-utas dan pengoptimalan konkurensi mesin virtual dalam arsitektur Cosmos, yang cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi transaksional.
  • Bahan bakar (arsitektur UTXO + Sway): Paralelisme tingkat transaksi melalui analisis statis dari set input UTXO, menggabungkan lapisan eksekusi modular dengan bahasa kontrak pintar yang disesuaikan Sway;

  Selain itu, sebagai sistem paralel yang lebih umum, Model Aktor membangun paradigma eksekusi on-chain dari "operasi independen multi-agen + kolaborasi berbasis pesan" melalui mekanisme penjadwalan proses asinkron berdasarkan Wasm atau VM kustom. Proyek perwakilan meliputi:

  • AO (Arweave AO): Membangun sistem microkernel asinkron on-chain berdasarkan runtime agen berbasis penyimpanan persisten;
  • ICP (Internet Computer): menggunakan agen kontainer (Canister) sebagai unit terkecil untuk mencapai eksekusi asinkron dan sangat terukur melalui koordinasi subnet.
  • Cartesi: Memperkenalkan sistem operasi Linux sebagai lingkungan komputasi off-chain untuk menyediakan jalur verifikasi on-chain untuk hasil komputasi tepercaya, cocok untuk skenario aplikasi yang kompleks atau intensif sumber daya.

  Berdasarkan logika di atas, kita dapat meringkas skema rantai publik komputasi paralel arus utama saat ini ke dalam struktur klasifikasi seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

  

  Dari perspektif penskalaan yang lebih luas, sharding dan rollup (L2) berfokus pada penskalaan horizontal melalui state sharding atau eksekusi off-chain, sementara rantai komputasi paralel (misalnya, Monad, Sui, Solana) dan sistem berorientasi aktor (misalnya, AO, ICP) secara langsung merekonstruksi model eksekusi dan mencapai paralelisme asli dalam rantai atau pada lapisan sistem. Yang pertama meningkatkan throughput intra-rantai melalui mesin virtual multi-utas, model objek, analisis konflik transaksi, dll.; Yang terakhir mengambil proses/agen sebagai unit dasar dan mengadopsi mode eksekusi yang digerakkan oleh pesan dan asinkron untuk mencapai operasi bersamaan multi-agen. Sebaliknya, sharding dan rollup lebih seperti "membagi beban ke beberapa rantai" atau "mengalihdayakan off-chain", sedangkan model rantai paralel dan aktor "melepaskan potensi kinerja dari mesin eksekusi itu sendiri", yang mencerminkan evolusi arsitektur yang lebih menyeluruh.

  Komputasi Paralel vs Arsitektur Sharding vs Rollup Scaling vs Perbandingan Jalur Penskalaan Berorientasi Aktor

  

  Perlu ditunjukkan bahwa sebagian besar rantai arsitektur paralel asli telah memasuki tahap peluncuran mainnet, meskipun ekosistem pengembang secara keseluruhan masih sulit dibandingkan dengan sistem Solidity dari sistem EVM, tetapi proyek yang diwakili oleh Solana dan Sui, dengan arsitektur eksekusi berkinerja tinggi dan kemakmuran aplikasi ekologis secara bertahap, telah menjadi rantai publik inti yang sangat diperhatikan pasar.

  Sebaliknya, meskipun ekosistem Ethereum Rollup (L2) telah memasuki tahap "10.000 rantai sekaligus" atau bahkan "kelebihan kapasitas", rantai peningkatan paralel EVM arus utama saat ini umumnya masih dalam tahap testnet, dan belum diverifikasi oleh lingkungan mainnet yang sebenarnya, dan kemampuan penskalaan serta stabilitas sistemnya masih perlu diuji lebih lanjut. Masih harus dilihat apakah proyek-proyek ini dapat secara signifikan meningkatkan kinerja EVM dan mendorong lompatan ekologis tanpa mengorbankan kompatibilitas, atau apakah mereka dapat lebih membedakan likuiditas dan sumber daya pengembangan Ethereum.