Academia de Crescimento Huobi | Relatório de pesquisa detalhado de computação paralela Web3: o caminho definitivo para o dimensionamento nativo

1. Introdução: Escalar é uma proposição eterna, e paralelismo é o campo de batalha final

Desde o nascimento do Bitcoin, o sistema blockchain sempre enfrentou um problema central inevitável: escalar. O Bitcoin processa menos de 10 transações por segundo, e o Ethereum luta para romper o gargalo de desempenho de dezenas de TPS (transações por segundo), o que é particularmente complicado no mundo Web2 tradicional, que geralmente é de dezenas de milhares de TPS. Mais importante ainda, este não é um problema simples que pode ser resolvido "adicionando servidores", mas uma limitação sistêmica profundamente embutida no consenso subjacente e no design estrutural do blockchain - ou seja, o triângulo impossível do blockchain onde "descentralização, segurança e escalabilidade" não podem ser combinadas.

Na última década, vimos inúmeras tentativas de expansão subirem e caírem. Da guerra de escalonamento do Bitcoin à visão de fragmentação do Ethereum, dos canais estatais e plasma aos rollups e blockchains modulares, da execução off-chain na Camada 2 à refatoração estrutural da disponibilidade de dados, toda a indústria embarcou em um caminho de escalonamento cheio de imaginação de engenharia. Como o paradigma de escalonamento mais amplamente aceito, o rollup alcançou o objetivo de aumentar significativamente o TPS, reduzindo a carga de execução da cadeia principal e preservando a segurança do Ethereum. Mas não toca nos limites reais do "desempenho de cadeia única" subjacente do blockchain, especialmente no nível de execução, que é a taxa de transferência do próprio bloco – ainda é limitado pelo antigo paradigma de processamento da computação serial on-chain.

Por causa disso, a computação paralela em cadeia entrou gradualmente no campo de visão da indústria. Diferente do escalonamento off-chain e da distribuição entre cadeias, o paralelismo intra-cadeia tenta reconstruir completamente o mecanismo de execução, mantendo a atomicidade de cadeia única e a estrutura integrada, e atualiza o blockchain de um modo de thread único de "execução serial de uma transação por uma" para um sistema de computação de alta simultaneidade de "multi-threading + pipeline + agendamento de dependência" sob a orientação do sistema operacional moderno e design de CPU. Esse caminho pode não apenas alcançar um aumento de cem vezes na taxa de transferência, mas também pode se tornar um pré-requisito fundamental para a explosão de aplicativos de contratos inteligentes.

Na verdade, no paradigma de computação Web2, a computação single-threaded foi há muito eliminada pelas arquiteturas de hardware modernas e substituída por um fluxo infinito de modelos de otimização, como programação paralela, agendamento assíncrono, pools de threads e microsserviços. O blockchain, como um sistema de computação mais primitivo e conservador com requisitos extremamente altos de certeza e verificabilidade, nunca foi capaz de fazer pleno uso dessas ideias de computação paralela. Trata-se de uma limitação e de uma oportunidade. Novas cadeias como Solana, Sui e Aptos são as primeiras a iniciar esta exploração, introduzindo paralelismo a nível arquitetónico. Projetos emergentes como Monad e MegaETH elevaram ainda mais o paralelismo on-chain para avanços em mecanismos profundos, como execução de pipeline, simultaneidade otimista e mensagem assíncrona, mostrando características que estão cada vez mais próximas dos sistemas operacionais modernos.

Pode-se dizer que a computação paralela não é apenas um "método de otimização de desempenho", mas também um ponto de virada no paradigma do modelo de execução de blockchain. Ele desafia os padrões fundamentais de execução de contratos inteligentes e redefine a lógica básica de empacotamento de transações, acesso de estado, relações de chamada e layout de armazenamento. Se rollup é "mover transações para execução off-chain", então paralelismo on-chain é "construir núcleos de supercomputação on-chain", e seu objetivo não é simplesmente melhorar a taxa de transferência, mas fornecer suporte de infraestrutura verdadeiramente sustentável para futuras aplicações nativas da Web3 (negociação de alta frequência, mecanismos de jogos, execução de modelos de IA, redes sociais on-chain, etc.).

Depois que a pista de rollup gradualmente tende a ser homogênea, o paralelismo intra-cadeia está silenciosamente se tornando a variável decisiva do novo ciclo de competição da Camada 1. O desempenho não é mais apenas "mais rápido", mas a possibilidade de ser capaz de suportar todo um mundo de aplicativos heterogêneo. Esta não é apenas uma corrida técnica, mas também uma batalha de paradigmas. É provável que a próxima geração de plataformas de execução soberana no mundo Web3 surja desta luta paralela intra-cadeia.

2. Panorama do paradigma de expansão:

Como um dos tópicos mais importantes, sustentáveis e difíceis na evolução da tecnologia de cadeia pública, cinco tipos de rotas, cada uma com seu próprio foco na expansão, deram origem ao surgimento e evolução de quase todos os caminhos tecnológicos mainstream na última década. Começando pela batalha sobre o tamanho do bloco do Bitcoin, esta competição técnica sobre "como fazer a cadeia correr mais rápido" finalmente se dividiu em cinco rotas básicas, cada uma das quais corta o gargalo de um ângulo diferente, com sua própria filosofia técnica, dificuldade de pouso, modelo de risco e cenários aplicáveis.

a primeira rota é o escalonamento on-chain mais simples, que representa maneiras de aumentar o tamanho do bloco, encurtar o tempo do bloco ou melhorar o poder de processamento otimizando a estrutura de dados e o mecanismo de consenso. Esta abordagem tem sido o foco do debate sobre a escala do Bitcoin, dando origem a forks de "grande bloco", como BCH e BSV, e também influenciando as ideias de design das primeiras cadeias públicas de alto desempenho, como EOS e NEO. A vantagem desse tipo de rota é que ele mantém a simplicidade da consistência de cadeia única, que é fácil de entender e implantar, mas também é muito fácil de tocar no limite superior sistêmico, como risco de centralização, aumento dos custos operacionais do nó e aumento da dificuldade de sincronização, portanto, não é mais a solução principal no design atual, mas se tornou mais uma colocação auxiliar de outros mecanismos.

O segundo tipo de rota é o escalonamento off-chain, que é representado por canais de estado e sidechains. A ideia básica deste tipo de caminho é mover a maior parte da atividade de transação para fora da cadeia e escrever apenas o resultado final na cadeia principal, que atua como a camada de liquidação final. Em termos de filosofia técnica, está perto da arquitetura assíncrona da Web2 - tente deixar o processamento pesado de transações na periferia, e a cadeia principal faz verificação confiável mínima. Embora essa ideia possa teoricamente ser infinitamente escalável, o modelo fiduciário, a segurança do fundo e a complexidade de interação das transações off-chain limitam sua aplicação. Por exemplo, embora a Lightning Network tenha um posicionamento claro dos cenários financeiros, a escala do ecossistema nunca explodiu. No entanto, vários projetos baseados em sidechain, como o Polygon POS, não só têm alta taxa de transferência, mas também expõem as desvantagens da herança difícil da segurança da cadeia principal.

O terceiro tipo de rota é a rota cumulativa de camada 2 mais popular e amplamente implantada. Este método não altera diretamente a cadeia principal em si, mas escala através do mecanismo de execução off-chain e verificação on-chain. O Rollup Otimista e o ZK Rollup têm suas próprias vantagens: o primeiro é rápido de implementar e altamente compatível, mas tem os problemas de atraso do período de desafio e mecanismo de prova de fraude; Este último tem forte segurança e boas capacidades de compressão de dados, mas é complexo de desenvolver e carece de compatibilidade EVM. Não importa o tipo de rollup, sua essência é terceirizar o poder de execução, mantendo dados e verificação na cadeia principal, alcançando um relativo equilíbrio entre descentralização e alto desempenho. O rápido crescimento de projetos como Arbitrum, Optimism, zkSync e StarkNet prova a viabilidade desse caminho, mas também expõe gargalos de médio prazo, como dependência excessiva da disponibilidade de dados (DA), altos custos e experiência de desenvolvimento fragmentada.

O quarto tipo de rota é a arquitetura blockchain modular que surgiu nos últimos anos, como Celestia, Avail, EigenLayer, etc. O paradigma modular defende o desacoplamento completo das funções principais do blockchain - execução, consenso, disponibilidade de dados e liquidação - por várias cadeias especializadas para completar diferentes funções e, em seguida, combiná-las em uma rede escalável com um protocolo de cadeia cruzada. Esta direção é fortemente influenciada pela arquitetura modular do sistema operacional e pelo conceito de compatibilidade de computação em nuvem, que tem a vantagem de ser capaz de substituir de forma flexível os componentes do sistema e melhorar muito a eficiência em áreas específicas, como DA. No entanto, os desafios também são muito óbvios: o custo de sincronização, verificação e confiança mútua entre sistemas após o desacoplamento do módulo é extremamente alto, o ecossistema do desenvolvedor é extremamente fragmentado e os requisitos para padrões de protocolo de médio e longo prazo e segurança entre cadeias são muito maiores do que os do design de cadeia tradicional. Em essência, este modelo não constrói mais uma "cadeia", mas constrói uma "rede de cadeia", que apresenta um limiar sem precedentes para a compreensão geral da arquitetura, operação e manutenção.

O último tipo de rota, que é o foco da análise subsequente neste artigo, é o caminho de otimização da computação paralela intra-cadeia. Ao contrário dos quatro primeiros tipos de "divisão horizontal", que realizam principalmente a "divisão horizontal" a partir do nível estrutural, a computação paralela enfatiza a "atualização vertical", ou seja, o processamento simultâneo de transações atômicas é realizado alterando a arquitetura do mecanismo de execução dentro de uma única cadeia. Isso requer a reescrita da lógica de agendamento de VM e a introdução de um conjunto completo de mecanismos modernos de agendamento de sistemas de computador, como análise de dependência de transações, previsão de conflitos de estado, controle de paralelismo e chamadas assíncronas. Solana é o primeiro projeto a implementar o conceito de VM paralela em um sistema de nível de cadeia, que realiza a execução paralela multi-core através do julgamento de conflitos de transação com base no modelo de conta. A nova geração de projetos, como Monad, Sei, Fuel, MegaETH, etc., ainda tenta introduzir ideias de ponta, como execução de pipeline, simultaneidade otimista, particionamento de armazenamento e desacoplamento paralelo para construir núcleos de execução de alto desempenho semelhantes aos CPUs modernos. A principal vantagem dessa direção é que ela não precisa depender da arquitetura multicadeia para alcançar um avanço no limite de taxa de transferência e, ao mesmo tempo, fornece flexibilidade de computação suficiente para a execução de contratos inteligentes complexos, o que é um pré-requisito técnico importante para cenários de aplicação futuros, como AI Agent, jogos de cadeia de grande escala e derivados de alta frequência.

Olhando para os cinco tipos de caminhos de escala acima, a divisão por trás deles é, na verdade, o trade-off sistemático entre desempenho, composição, segurança e complexidade de desenvolvimento do blockchain. O rollup é forte na terceirização de consenso e herança segura, a modularidade destaca a flexibilidade estrutural e a reutilização de componentes, as tentativas de escalonamento off-chain para romper o gargalo da cadeia principal, mas o custo de confiança é alto, e o paralelismo intra-cadeia se concentra na atualização fundamental da camada de execução, tentando se aproximar do limite de desempenho dos sistemas distribuídos modernos sem destruir a consistência da cadeia. É impossível para cada caminho resolver todos os problemas, mas são essas direções que, juntas, formam um panorama da atualização do paradigma de computação Web3 e também fornecem aos desenvolvedores, arquitetos e investidores opções estratégicas extremamente ricas.

Assim como o sistema operacional mudou de single-core para multi-core e os bancos de dados evoluíram de índices sequenciais para transações simultâneas, a expansão do Web3 acabará se movendo para uma era de execução altamente paralela. Nesta era, o desempenho não é mais apenas uma corrida de velocidade em cadeia, mas uma incorporação abrangente da filosofia de design subjacente, profundidade de compreensão da arquitetura, colaboração de software e hardware e controle do sistema. E o paralelismo intra-cadeia pode ser o derradeiro campo de batalha desta guerra de longo prazo.

3. Gráfico de classificação de computação paralela: cinco caminhos da conta à instrução No

contexto da evolução contínua da tecnologia de escala de blockchain, a computação paralela tornou-se gradualmente o caminho central para avanços de desempenho. Diferente do desacoplamento horizontal da camada de estrutura, camada de rede ou camada de disponibilidade de dados, a computação paralela é uma mineração profunda na camada de execução, que está relacionada à lógica mais baixa da eficiência operacional do blockchain, e determina a velocidade de resposta e a capacidade de processamento de um sistema blockchain em face de transações complexas de alta simultaneidade e multitipo. Partindo do modelo de execução e revendo o desenvolvimento dessa linhagem tecnológica, podemos estabelecer um mapa de classificação claro da computação paralela, que pode ser dividido em cinco caminhos técnicos: paralelismo no nível da conta, paralelismo no nível do objeto, paralelismo no nível da transação, paralelismo no nível da máquina virtual e paralelismo no nível da instrução. Esses cinco tipos de caminhos, de grão grosso a grão fino, não são apenas o processo de refinamento contínuo da lógica paralela, mas também o caminho da crescente complexidade do sistema e dificuldade de programação.