1. Giới thiệu: Mở rộng là một đề xuất vĩnh cửu, và song song là chiến trường cuối cùng
Kể từ khi Bitcoin ra đời, hệ thống blockchain luôn phải đối mặt với một vấn đề cốt lõi không thể tránh khỏi: mở rộng quy mô. Bitcoin xử lý ít hơn 10 giao dịch mỗi giây và Ethereum phải vật lộn để vượt qua nút thắt hiệu suất của hàng chục TPS (giao dịch mỗi giây), điều này đặc biệt cồng kềnh trong thế giới Web2 truyền thống, thường là hàng chục nghìn TPS. Quan trọng hơn, đây không phải là một vấn đề đơn giản có thể giải quyết bằng cách "thêm máy chủ", mà là một hạn chế hệ thống ăn sâu vào sự đồng thuận cơ bản và thiết kế cấu trúc của blockchain - đó là tam giác bất khả thi của blockchain, nơi "phi tập trung, bảo mật và khả năng mở rộng" không thể kết hợp.
Trong thập kỷ qua, chúng ta đã chứng kiến vô số nỗ lực mở rộng tăng và giảm. Từ cuộc chiến mở rộng quy mô Bitcoin đến tầm nhìn phân mảnh Ethereum, từ các kênh trạng thái và plasma đến rollup và blockchain mô-đun, từ thực thi ngoài chuỗi trong Lớp 2 đến tái cấu trúc tính khả dụng của dữ liệu, toàn bộ ngành công nghiệp đã bắt tay vào con đường mở rộng quy mô đầy trí tưởng tượng kỹ thuật. Là mô hình mở rộng quy mô được chấp nhận rộng rãi nhất, rollup đã đạt được mục tiêu tăng đáng kể TPS đồng thời giảm gánh nặng thực thi của chuỗi chính và duy trì tính bảo mật của Ethereum. Nhưng nó không chạm đến giới hạn thực sự của "hiệu suất chuỗi đơn" cơ bản của blockchain, đặc biệt là ở cấp độ thực thi, đó là thông lượng của chính khối - vẫn bị giới hạn bởi mô hình xử lý cổ xưa của tính toán nối tiếp trên chuỗi.
Do đó, điện toán song song trong chuỗi đã dần đi vào tầm nhìn của ngành. Khác với mở rộng quy mô ngoài chuỗi và phân phối chuỗi chéo, tính song song trong chuỗi cố gắng xây dựng lại hoàn toàn công cụ thực thi trong khi vẫn duy trì tính nguyên tử và cấu trúc tích hợp chuỗi đơn, đồng thời nâng cấp blockchain từ chế độ đơn luồng "thực hiện nối tiếp từng giao dịch một" thành hệ thống điện toán đồng thời cao của "đa luồng + đường ống + lập lịch phụ thuộc" dưới sự hướng dẫn của hệ điều hành hiện đại và thiết kế CPU. Một con đường như vậy có thể không chỉ đạt được sự gia tăng gấp trăm lần thông lượng mà còn có thể trở thành điều kiện tiên quyết quan trọng cho sự bùng nổ của các ứng dụng hợp đồng thông minh.
Trên thực tế, trong mô hình điện toán Web2, điện toán đơn luồng từ lâu đã bị loại bỏ bởi các kiến trúc phần cứng hiện đại và được thay thế bằng vô số các mô hình tối ưu hóa như lập trình song song, lập lịch không đồng bộ, nhóm luồng và vi dịch vụ. Blockchain, với tư cách là một hệ thống điện toán nguyên thủy và bảo thủ hơn với yêu cầu cực kỳ cao về tính chắc chắn và khả năng kiểm chứng, chưa bao giờ có thể sử dụng đầy đủ các ý tưởng tính toán song song này. Đây vừa là giới hạn vừa là cơ hội. Các chuỗi mới như Solana, Sui và Aptos là những chuỗi đầu tiên bắt đầu khám phá này bằng cách giới thiệu tính song song ở cấp độ kiến trúc. Các dự án mới nổi như Monad và MegaETH đã nâng cao hơn nữa tính song song trên chuỗi thành những đột phá trong các cơ chế sâu như thực thi đường ống, đồng thời lạc quan và điều khiển thông điệp không đồng bộ, cho thấy các đặc điểm ngày càng gần hơn với các hệ điều hành hiện đại.
Có thể nói, điện toán song song không chỉ là một "phương pháp tối ưu hóa hiệu suất", mà còn là bước ngoặt trong mô hình của mô hình thực thi blockchain. Nó thách thức các mô hình cơ bản của việc thực hiện hợp đồng thông minh và xác định lại logic cơ bản của đóng gói giao dịch, truy cập trạng thái, mối quan hệ cuộc gọi và bố cục lưu trữ. Nếu rollup là "chuyển giao dịch sang thực thi ngoài chuỗi", thì song song on-chain là "xây dựng các lõi siêu máy tính trên chuỗi" và mục tiêu của nó không chỉ đơn giản là cải thiện thông lượng mà còn cung cấp hỗ trợ cơ sở hạ tầng thực sự bền vững cho các ứng dụng Web3 gốc trong tương lai (giao dịch tần suất cao, công cụ trò chơi, thực thi mô hình AI, mạng xã hội trên chuỗi, v.v.).
Sau khi track rollup dần có xu hướng đồng nhất, tính song song trong chuỗi đang lặng lẽ trở thành biến số quyết định của chu kỳ mới của cạnh tranh Layer 1. Hiệu suất không còn chỉ là "nhanh hơn", mà là khả năng có thể hỗ trợ toàn bộ thế giới ứng dụng không đồng nhất. Đây không chỉ là một cuộc đua kỹ thuật, mà còn là một cuộc chiến mô hình. Thế hệ tiếp theo của các nền tảng thực thi có chủ quyền trong thế giới Web3 có khả năng xuất hiện từ cuộc đấu vật song song trong chuỗi này.
2. Toàn cảnh mô hình mở rộng: năm loại tuyến đường, mỗi loại có điểm nhấn riêng
Mở rộng công suất, là một trong những chủ đề quan trọng, bền vững và khó khăn nhất trong sự phát triển của công nghệ chuỗi công khai, đã khai sinh ra sự xuất hiện và phát triển của hầu hết các con đường công nghệ chính thống trong thập kỷ qua. Bắt đầu từ cuộc chiến về kích thước khối của Bitcoin, cuộc thi kỹ thuật về "làm thế nào để chuỗi chạy nhanh hơn" này cuối cùng được chia thành năm lộ trình cơ bản, mỗi tuyến cắt vào nút thắt cổ chai từ một góc độ khác nhau, với triết lý kỹ thuật riêng, độ khó hạ cánh, mô hình rủi ro và các kịch bản áp dụng.
Lộ trình đầu tiên là mở rộng quy mô on-chain đơn giản nhất, có nghĩa là tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian khối hoặc cải thiện sức mạnh xử lý bằng cách tối ưu hóa cấu trúc dữ liệu và cơ chế đồng thuận. Cách tiếp cận này đã trở thành trọng tâm của cuộc tranh luận về quy mô Bitcoin, làm nảy sinh các fork "khối lớn" như BCH và BSV, đồng thời ảnh hưởng đến ý tưởng thiết kế của các chuỗi công khai hiệu suất cao ban đầu như EOS và NEO. Ưu điểm của loại lộ trình này là nó vẫn giữ được sự đơn giản của tính nhất quán một chuỗi, dễ hiểu và triển khai, nhưng cũng rất dễ chạm vào giới hạn trên của hệ thống như rủi ro tập trung, chi phí vận hành nút tăng và độ khó đồng bộ hóa tăng lên, vì vậy nó không còn là giải pháp cốt lõi chính trong thiết kế ngày nay, mà đã trở thành một sự sắp xếp phụ trợ của các cơ chế khác.
Loại tuyến thứ hai là mở rộng quy mô ngoài chuỗi, được thể hiện bằng các kênh trạng thái và sidechain. Ý tưởng cơ bản của loại đường dẫn này là di chuyển hầu hết hoạt động giao dịch ra ngoài chuỗi và chỉ ghi kết quả cuối cùng vào chuỗi chính, đóng vai trò là lớp thanh toán cuối cùng. Về triết lý kỹ thuật, nó gần với kiến trúc không đồng bộ của Web2 - cố gắng để lại quá trình xử lý giao dịch nặng ở ngoại vi và chuỗi chính thực hiện xác minh đáng tin cậy tối thiểu. Mặc dù ý tưởng này về mặt lý thuyết có thể có thể mở rộng vô hạn, nhưng mô hình tin cậy, bảo mật quỹ và độ phức tạp tương tác của các giao dịch ngoài chuỗi hạn chế ứng dụng của nó. Ví dụ, mặc dù Lightning Network có định vị rõ ràng về các kịch bản tài chính nhưng quy mô của hệ sinh thái chưa bao giờ bùng nổ. Tuy nhiên, nhiều thiết kế dựa trên sidechain, chẳng hạn như Polygon POS, không chỉ có thông lượng cao mà còn bộc lộ những nhược điểm khó kế thừa tính bảo mật của chuỗi chính.
Loại tuyến thứ ba là tuyến rollup Layer 2 phổ biến và được triển khai rộng rãi nhất. Phương pháp này không trực tiếp thay đổi chính chuỗi chính mà mở rộng quy mô thông qua cơ chế thực thi ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi. Optimistic Rollup và ZK Rollup có những ưu điểm riêng: trước đây triển khai nhanh và tương thích cao, nhưng nó có các vấn đề về độ trễ thời gian thử thách và cơ chế chống gian lận; Loại thứ hai có tính bảo mật mạnh mẽ và khả năng nén dữ liệu tốt, nhưng nó phức tạp để phát triển và thiếu khả năng tương thích với EVM. Bất kể đó là loại rollup nào, bản chất của nó là thuê ngoài sức mạnh thực thi, đồng thời giữ dữ liệu và xác minh trên chuỗi chính, đạt được sự cân bằng tương đối giữa phi tập trung và hiệu suất cao. Sự phát triển nhanh chóng của các dự án như Arbitrum, Optimism, zkSync và StarkNet chứng minh tính khả thi của con đường này, nhưng nó cũng phơi bày các nút thắt cổ chai trung hạn như phụ thuộc quá mức vào tính khả dụng của dữ liệu (DA), chi phí cao và kinh nghiệm phát triển phân mảnh.
Loại tuyến thứ tư là kiến trúc blockchain mô-đun đã xuất hiện trong những năm gần đây, chẳng hạn như Celestia, Avail, EigenLayer, v.v. Mô hình mô-đun ủng hộ việc tách rời hoàn toàn các chức năng cốt lõi của blockchain - thực thi, đồng thuận, tính sẵn có của dữ liệu và thanh toán - bằng nhiều chuỗi chuyên biệt để hoàn thành các chức năng khác nhau, sau đó kết hợp chúng thành một mạng có thể mở rộng với giao thức chuỗi chéo. Hướng này bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi kiến trúc mô-đun của hệ điều hành và khái niệm khả năng kết hợp điện toán đám mây, có ưu điểm là có thể thay thế linh hoạt các thành phần hệ thống và cải thiện đáng kể hiệu quả trong các lĩnh vực cụ thể như DA. Tuy nhiên, những thách thức cũng rất rõ ràng: chi phí đồng bộ, xác minh và tin tưởng lẫn nhau giữa các hệ thống sau khi tách mô-đun là cực kỳ cao, hệ sinh thái nhà phát triển cực kỳ phân mảnh, và yêu cầu về các tiêu chuẩn giao thức trung và dài hạn và bảo mật chuỗi chéo cao hơn nhiều so với thiết kế chuỗi truyền thống. Về bản chất, mô hình này không còn xây dựng một "chuỗi" mà xây dựng một "mạng chuỗi", đưa ra một ngưỡng chưa từng có cho sự hiểu biết về kiến trúc tổng thể và vận hành và bảo trì.
Loại tuyến đường cuối cùng, là trọng tâm của phân tích tiếp theo trong bài báo này, là đường dẫn tối ưu hóa tính toán song song trong chuỗi. Không giống như bốn loại "phân tách ngang" đầu tiên, chủ yếu thực hiện "phân tách ngang" từ cấp độ cấu trúc, điện toán song song nhấn mạnh "nâng cấp dọc", nghĩa là, việc xử lý đồng thời các giao dịch nguyên tử được thực hiện bằng cách thay đổi kiến trúc của công cụ thực thi trong một chuỗi duy nhất. Điều này đòi hỏi phải viết lại logic lập lịch máy ảo và giới thiệu một bộ hoàn chỉnh các cơ chế lập lịch hệ thống máy tính hiện đại, chẳng hạn như phân tích phụ thuộc giao dịch, dự đoán xung đột trạng thái, kiểm soát song song và gọi không đồng bộ. Solana là dự án đầu tiên triển khai khái niệm máy ảo song song vào một hệ thống cấp chuỗi, thực hiện thực thi song song đa lõi thông qua phán đoán xung đột giao dịch dựa trên mô hình tài khoản. Các dự án thế hệ mới, chẳng hạn như Monad, Sei, Fuel, MegaETH, v.v., tiếp tục cố gắng giới thiệu các ý tưởng tiên tiến như thực thi đường ống, đồng thời lạc quan, phân vùng lưu trữ và tách song song để xây dựng các lõi thực thi hiệu suất cao tương tự như CPU hiện đại. Ưu điểm cốt lõi của hướng này là không cần dựa vào kiến trúc đa chuỗi để đạt được sự đột phá về giới hạn thông lượng, đồng thời cung cấp đủ tính linh hoạt tính toán để thực hiện các hợp đồng thông minh phức tạp, đây là điều kiện tiên quyết kỹ thuật quan trọng cho các tình huống ứng dụng trong tương lai như AI Agent, trò chơi chuỗi quy mô lớn và các công cụ phái sinh tần số cao.
Nhìn vào năm loại đường dẫn mở rộng quy mô trên, sự phân chia đằng sau chúng thực sự là sự đánh đổi có hệ thống giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, bảo mật và độ phức tạp phát triển của blockchain. Rollup mạnh mẽ trong việc gia công phần mềm đồng thuận và kế thừa an toàn, tính mô-đun làm nổi bật tính linh hoạt của cấu trúc và tái sử dụng thành phần, nỗ lực mở rộng quy mô ngoài chuỗi để vượt qua nút thắt cổ chai của chuỗi chính nhưng chi phí tin cậy cao và tính song song trong chuỗi tập trung vào nâng cấp cơ bản của lớp thực thi, cố gắng tiếp cận giới hạn hiệu suất của các hệ thống phân tán hiện đại mà không phá hủy tính nhất quán của chuỗi. Không thể mỗi con đường giải quyết được tất cả các vấn đề, nhưng chính những hướng đi này cùng nhau tạo thành một bức tranh toàn cảnh về nâng cấp mô hình điện toán Web3, đồng thời cung cấp cho các nhà phát triển, kiến trúc sư và nhà đầu tư các lựa chọn chiến lược vô cùng phong phú.
Cũng giống như hệ điều hành đã chuyển từ lõi đơn sang đa lõi và cơ sở dữ liệu đã phát triển từ các chỉ mục tuần tự sang các giao dịch đồng thời, việc mở rộng Web3 cuối cùng sẽ chuyển sang kỷ nguyên thực thi song song cao. Trong thời đại này, hiệu suất không còn chỉ là một cuộc đua tốc độ dây chuyền, mà là hiện thân toàn diện của triết lý thiết kế cơ bản, hiểu biết sâu sắc về kiến trúc, hợp tác phần mềm và phần cứng và điều khiển hệ thống. Và song song trong chuỗi có thể là chiến trường cuối cùng của cuộc chiến lâu dài này.
3. Biểu đồ phân loại điện toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến hướng dẫn
Trong bối cảnh công nghệ mở rộng quy mô blockchain phát triển không ngừng, điện toán song song đã dần trở thành con đường cốt lõi cho những đột phá về hiệu suất. Khác với tách rời theo chiều ngang của lớp cấu trúc, lớp mạng hoặc lớp tính khả dụng dữ liệu, điện toán song song là khai thác sâu ở lớp thực thi, có liên quan đến logic thấp nhất về hiệu quả hoạt động của blockchain và xác định tốc độ phản hồi và khả năng xử lý của hệ thống blockchain khi đối mặt với tính đồng thời cao và các giao dịch phức tạp đa loại. Bắt đầu từ mô hình thực thi và xem xét sự phát triển của dòng công nghệ này, chúng ta có thể sắp xếp một bản đồ phân loại rõ ràng của điện toán song song, có thể được chia thành năm con đường kỹ thuật: song song cấp tài khoản, song song cấp đối tượng, song song cấp giao dịch, song song cấp máy ảo và song song cấp lệnh lệnh. Năm loại đường dẫn này, từ hạt thô đến hạt mịn, không chỉ là quá trình tinh chỉnh liên tục của logic song song, mà còn là con đường làm tăng độ phức tạp của hệ thống và độ khó lập lịch trình.
Sự song song ở cấp độ tài khoản sớm nhất là mô hình được đại diện bởi Solana. Mô hình này dựa trên thiết kế tách rời tài khoản và trạng thái, đồng thời xác định xem có mối quan hệ mâu thuẫn hay không bằng cách phân tích tĩnh tập hợp các tài khoản liên quan đến giao dịch. Nếu hai giao dịch truy cập vào một tập hợp các tài khoản không trùng lặp với nhau, chúng có thể được thực hiện đồng thời trên nhiều lõi. Cơ chế này lý tưởng để xử lý các giao dịch có cấu trúc tốt với đầu vào và đầu ra rõ ràng, đặc biệt là đối với các chương trình có đường dẫn có thể dự đoán được như DeFi. Tuy nhiên, giả định tự nhiên của nó là quyền truy cập tài khoản có thể dự đoán được và sự phụ thuộc vào trạng thái có thể được suy ra một cách tĩnh, điều này khiến nó có xu hướng thực hiện thận trọng và giảm tính song song khi đối mặt với các hợp đồng thông minh phức tạp (chẳng hạn như các hành vi động như trò chơi chuỗi và tác nhân AI). Ngoài ra, sự phụ thuộc chéo giữa các tài khoản cũng làm cho lợi nhuận song song bị suy yếu nghiêm trọng trong một số kịch bản giao dịch tần suất cao nhất định. Thời gian chạy của Solana được tối ưu hóa cao về vấn đề này, nhưng chiến lược lập lịch cốt lõi của nó vẫn bị giới hạn bởi độ chi tiết của tài khoản.
Tinh chỉnh hơn nữa trên cơ sở mô hình tài khoản, chúng ta bước vào cấp độ kỹ thuật của tính song song cấp đối tượng. Song song cấp đối tượng giới thiệu trừu tượng hóa ngữ nghĩa của tài nguyên và mô-đun, với lập lịch đồng thời trong các đơn vị chi tiết hơn của "đối tượng trạng thái". Aptos và Sui là những nhà khám phá quan trọng theo hướng này, đặc biệt là sau, xác định quyền sở hữu và sự thay đổi của tài nguyên tại thời điểm biên dịch thông qua hệ thống kiểu tuyến tính của ngôn ngữ Move, cho phép thời gian chạy kiểm soát chính xác xung đột truy cập tài nguyên. So với song song cấp tài khoản, phương pháp này linh hoạt và có thể mở rộng hơn, có thể bao gồm logic đọc và ghi trạng thái phức tạp hơn và tự nhiên phục vụ các tình huống không đồng nhất như trò chơi, mạng xã hội và AI. Tuy nhiên, song song cấp đối tượng cũng đưa ra rào cản ngôn ngữ cao hơn và độ phức tạp trong phát triển, và Move không phải là sự thay thế trực tiếp cho Solidity, và chi phí chuyển đổi sinh thái cao hạn chế sự phổ biến của mô hình song song của nó.
Sự song song ở cấp độ giao dịch hơn nữa là hướng được khám phá bởi thế hệ mới của các chuỗi hiệu suất cao được đại diện bởi Monad, Sei và Fuel. Thay vì coi các trạng thái hoặc tài khoản là đơn vị nhỏ nhất của tính song song, đường dẫn được xây dựng xung quanh một biểu đồ phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch. Nó coi các giao dịch là đơn vị hoạt động nguyên tử, xây dựng biểu đồ giao dịch (DAG giao dịch) thông qua phân tích tĩnh hoặc động và dựa vào bộ lập lịch để thực thi luồng đồng thời. Thiết kế này cho phép hệ thống tối đa hóa tính song song khai thác mà không cần phải hiểu đầy đủ cấu trúc trạng thái cơ bản. Monad đặc biệt bắt mắt, kết hợp các công nghệ công cụ cơ sở dữ liệu hiện đại như Kiểm soát đồng thời lạc quan (OCC), lập lịch trình đường ống song song và thực thi theo thứ tự, đưa thực thi chuỗi đến gần hơn với mô hình "bộ lập lịch GPU". Trong thực tế, cơ chế này yêu cầu các trình quản lý phụ thuộc và phát hiện xung đột cực kỳ phức tạp, và bản thân bộ lập lịch cũng có thể trở thành một nút thắt cổ chai, nhưng khả năng thông lượng tiềm năng của nó cao hơn nhiều so với mô hình tài khoản hoặc đối tượng, khiến nó trở thành lực lượng lý thuyết nhất trong theo dõi tính toán song song hiện tại.
Mặt khác, song song cấp máy ảo nhúng khả năng thực thi đồng thời trực tiếp vào logic lập lịch lệnh cơ bản của máy ảo, cố gắng vượt qua hoàn toàn những hạn chế vốn có của việc thực thi trình tự EVM. Là một "thử nghiệm siêu máy ảo" trong hệ sinh thái Ethereum, MegaETH đang cố gắng thiết kế lại EVM để hỗ trợ thực thi đồng thời mã hợp đồng thông minh đa luồng. Lớp cơ bản cho phép mỗi hợp đồng chạy độc lập trong các ngữ cảnh thực thi khác nhau thông qua các cơ chế như thực thi phân đoạn, phân đoạn trạng thái và gọi không đồng bộ, đồng thời đảm bảo tính nhất quán cuối cùng với sự trợ giúp của lớp đồng bộ hóa song song. Phần khó nhất của cách tiếp cận này là nó phải hoàn toàn tương thích với ngữ nghĩa hành vi EVM hiện có, đồng thời chuyển đổi toàn bộ môi trường thực thi và cơ chế gas để di chuyển suôn sẻ hệ sinh thái Solidity sang một khung song song. Thách thức không chỉ là chiều sâu của ngăn xếp công nghệ mà còn là sự chấp nhận những thay đổi giao thức đáng kể đối với cấu trúc chính trị L1 của Ethereum. Nhưng nếu thành công, MegaETH hứa hẹn sẽ là một "cuộc cách mạng bộ xử lý đa lõi" trong không gian EVM.
Loại đường dẫn cuối cùng là song song cấp lệnh, chi tiết nhất và có ngưỡng kỹ thuật cao nhất. Ý tưởng bắt nguồn từ các đường ống thực thi và hướng dẫn không theo thứ tự của thiết kế CPU hiện đại. Mô hình này lập luận rằng vì mọi hợp đồng thông minh cuối cùng được biên dịch thành các lệnh bytecode, nên hoàn toàn có thể lên lịch và phân tích từng hoạt động và sắp xếp lại nó song song theo cách mà CPU thực hiện một tập lệnh x86. Nhóm Fuel ban đầu đã giới thiệu một mô hình thực thi có thể sắp xếp lại ở cấp độ lệnh trong FuelVM của mình và về lâu dài, một khi công cụ thực thi blockchain thực hiện thực thi dự đoán và sắp xếp lại động các phụ thuộc vào lệnh, tính song song của nó sẽ đạt đến giới hạn lý thuyết. Cách tiếp cận này thậm chí có thể đưa đồng thiết kế blockchain-phần cứng lên một tầm cao mới, làm cho chuỗi trở thành một "máy tính phi tập trung" thực sự thay vì chỉ là một "sổ cái phân tán". Tất nhiên, con đường này vẫn đang trong giai đoạn lý thuyết và thực nghiệm, và các bộ lập lịch liên quan và cơ chế xác minh bảo mật vẫn chưa hoàn thiện, nhưng nó chỉ ra ranh giới cuối cùng của tương lai của điện toán song song.
Tóm lại, năm con đường tài khoản, đối tượng, giao dịch, máy ảo và lệnh tạo thành phổ phát triển của điện toán song song trong chuỗi, từ cấu trúc dữ liệu tĩnh đến cơ chế lập lịch động, từ dự đoán truy cập trạng thái đến sắp xếp lại cấp lệnh, mỗi bước của công nghệ song song có nghĩa là sự gia tăng đáng kể độ phức tạp của hệ thống và ngưỡng phát triển. Nhưng đồng thời, chúng cũng đánh dấu một sự thay đổi mô hình trong mô hình tính toán của blockchain, từ sổ cái đồng thuận toàn trình tự truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao, có thể dự đoán và có thể điều phối. Đây không chỉ là sự bắt kịp hiệu quả của điện toán đám mây Web2 mà còn là một khái niệm sâu sắc về hình thức tối thượng của "máy tính blockchain". Việc lựa chọn các đường dẫn song song cho các chuỗi công khai khác nhau cũng sẽ xác định giới hạn mang của hệ sinh thái ứng dụng trong tương lai của chúng, cũng như khả năng cạnh tranh cốt lõi của chúng trong các tình huống như AI Agent, trò chơi chuỗi và giao dịch tần suất cao trên chuỗi.
Thứ tư, hai đường đua chính được giải thích: Monad và MegaETH
Trong số nhiều con đường phát triển của điện toán song song, hai lộ trình kỹ thuật chính có trọng tâm nhất, tiếng nói cao nhất và câu chuyện đầy đủ nhất trên thị trường hiện tại chắc chắn là "xây dựng chuỗi điện toán song song từ đầu" được đại diện bởi Monad và "cuộc cách mạng song song trong EVM" được đại diện bởi MegaETH. Hai điều này không chỉ là hướng R&D chuyên sâu nhất cho các kỹ sư tiền điện tử hiện tại, mà còn là các biểu tượng cực quyết định nhất trong cuộc đua hiệu suất máy tính Web3 hiện nay. Sự khác biệt giữa hai điều này không chỉ nằm ở điểm xuất phát và phong cách của kiến trúc kỹ thuật, mà còn ở các đối tượng sinh thái mà chúng phục vụ, chi phí di cư, triết lý thực hiện và con đường chiến lược tương lai đằng sau chúng. Chúng đại diện cho một cuộc cạnh tranh mô hình song song giữa "chủ nghĩa tái thiết" và "chủ nghĩa tương thích", và đã ảnh hưởng sâu sắc đến trí tưởng tượng của thị trường về hình thức cuối cùng của các chuỗi hiệu suất cao.
Monad là một "người theo chủ nghĩa tính toán chính thống" xuyên suốt và triết lý thiết kế của nó không được thiết kế để tương thích với các EVM hiện có, mà là để xác định lại cách các công cụ thực thi blockchain chạy dưới mui xe, lấy cảm hứng từ cơ sở dữ liệu hiện đại và hệ thống đa lõi hiệu suất cao. Hệ thống công nghệ cốt lõi của nó dựa trên các cơ chế hoàn thiện trong lĩnh vực cơ sở dữ liệu như Kiểm soát đồng thời lạc quan, Lập lịch DAG giao dịch, Thực thi theo thứ tự và Thực thi đường ống, nhằm mục đích tăng hiệu suất xử lý giao dịch của chuỗi lên hàng triệu TPS. Trong kiến trúc Monad, việc thực hiện và sắp xếp các giao dịch được tách rời hoàn toàn, và trước tiên hệ thống xây dựng một biểu đồ phụ thuộc giao dịch, sau đó giao nó cho bộ lập lịch để thực thi song song. Tất cả các giao dịch được coi là đơn vị nguyên tử của các giao dịch, với các bộ đọc-ghi rõ ràng và ảnh chụp nhanh của trạng thái, và các bộ lập lịch thực hiện một cách lạc quan dựa trên biểu đồ phụ thuộc, quay lại và thực thi lại khi xảy ra xung đột. Cơ chế này cực kỳ phức tạp về mặt triển khai kỹ thuật, đòi hỏi phải xây dựng một ngăn xếp thực thi tương tự như trình quản lý giao dịch cơ sở dữ liệu hiện đại, cũng như giới thiệu các cơ chế như bộ nhớ đệm đa cấp, tìm nạp trước, xác thực song song, v.v., để nén độ trễ của commit trạng thái cuối cùng, nhưng về mặt lý thuyết, nó có thể đẩy giới hạn thông lượng lên mức cao mà chuỗi hiện tại không thể tưởng tượng được.
Quan trọng hơn, Monad đã không từ bỏ khả năng tương tác với EVM. Nó sử dụng một lớp trung gian tương tự như "Ngôn ngữ trung gian tương thích với Solidity" để hỗ trợ các nhà phát triển viết hợp đồng theo cú pháp Solidity, đồng thời thực hiện tối ưu hóa ngôn ngữ trung gian và lập lịch song song hóa trong công cụ thực thi. Chiến lược thiết kế "khả năng tương thích bề mặt và tái cấu trúc đáy" này không chỉ giữ được sự thân thiện của các nhà phát triển sinh thái Ethereum mà còn giải phóng tiềm năng thực thi cơ bản ở mức độ lớn nhất, đó là chiến lược kỹ thuật điển hình là "nuốt EVM rồi giải cấu trúc nó". Điều này cũng có nghĩa là một khi Monad được ra mắt, nó sẽ không chỉ trở thành một chuỗi có chủ quyền với hiệu suất cực cao mà còn là một lớp thực thi lý tưởng cho các mạng rollup Layer 2 và thậm chí là một "lõi hiệu suất cao có thể cắm được" cho các mô-đun thực thi chuỗi khác về lâu dài. Từ quan điểm này, Monad không chỉ là một lộ trình kỹ thuật, mà còn là một logic mới của thiết kế chủ quyền hệ thống, ủng hộ "mô-đun hóa-hiệu suất-khả năng tái sử dụng" của lớp thực thi, để tạo ra một tiêu chuẩn mới cho tính toán cộng tác liên chuỗi.
Không giống như lập trường "xây dựng thế giới mới" của Monad, MegaETH là một loại dự án hoàn toàn trái ngược, chọn bắt đầu từ thế giới Ethereum hiện có và đạt được sự gia tăng đáng kể về hiệu quả thực hiện với chi phí thay đổi tối thiểu. MegaETH không lật ngược đặc tả EVM mà tìm cách xây dựng sức mạnh của điện toán song song vào công cụ thực thi EVM hiện có, tạo ra phiên bản tương lai của "EVM đa lõi". Cơ sở lý luận nằm ở việc tái cấu trúc hoàn toàn mô hình thực thi lệnh EVM hiện tại với các khả năng như cách ly cấp luồng, thực thi không đồng bộ cấp hợp đồng và phát hiện xung đột truy cập trạng thái, cho phép nhiều hợp đồng thông minh chạy đồng thời trong cùng một khối và cuối cùng hợp nhất các thay đổi trạng thái. Mô hình này yêu cầu các nhà phát triển đạt được hiệu suất đáng kể từ cùng một hợp đồng được triển khai trên chuỗi MegaETH mà không cần thay đổi các hợp đồng Solidity hiện có, sử dụng các ngôn ngữ hoặc chuỗi công cụ mới. Con đường "cuộc cách mạng bảo thủ" này cực kỳ hấp dẫn, đặc biệt là đối với hệ sinh thái Ethereum L2, vì nó cung cấp một con đường lý tưởng để nâng cấp hiệu suất dễ dàng mà không cần di chuyển cú pháp.
Bước đột phá cốt lõi của MegaETH nằm ở cơ chế lập lịch đa luồng VM. EVM truyền thống sử dụng mô hình thực thi đơn luồng, xếp chồng lên nhau, trong đó mỗi lệnh được thực thi tuyến tính và cập nhật trạng thái phải diễn ra đồng bộ. MegaETH phá vỡ mô hình này và giới thiệu ngăn xếp cuộc gọi không đồng bộ và cơ chế cách ly ngữ cảnh thực thi, để đạt được việc thực hiện đồng thời "ngữ cảnh EVM đồng thời". Mỗi hợp đồng có thể gọi logic riêng của nó trong một luồng riêng biệt và tất cả các luồng sẽ phát hiện đồng nhất và hội tụ trạng thái thông qua Lớp cam kết song song khi trạng thái cuối cùng được gửi. Cơ chế này rất giống với mô hình đa luồng JavaScript của các trình duyệt hiện đại (Web Workers + Shared Memory + Lock-Free Data), giữ lại tính xác định của hành vi của luồng chính và giới thiệu cơ chế lập lịch hiệu suất cao không đồng bộ trong nền. Trong thực tế, thiết kế này cũng cực kỳ thân thiện với các nhà xây dựng khối và người tìm kiếm, đồng thời có thể tối ưu hóa các đường phân loại Mempool và bắt MEV theo các chiến lược song song, tạo thành một vòng khép kín của các lợi thế kinh tế tại lớp thực thi.
Quan trọng hơn, MegaETH chọn gắn bó sâu với hệ sinh thái Ethereum và nơi hạ cánh chính của nó trong tương lai có thể là mạng EVM L2 Rollup, chẳng hạn như chuỗi Optimism, Base hoặc Arbitrum Orbit. Sau khi được áp dụng trên quy mô lớn, nó có thể đạt được cải thiện hiệu suất gần 100 lần trên ngăn xếp công nghệ Ethereum hiện có mà không cần thay đổi ngữ nghĩa hợp đồng, mô hình trạng thái, logic gas, phương pháp gọi, v.v., điều này làm cho nó trở thành một hướng nâng cấp công nghệ hấp dẫn cho những người bảo thủ EVM. Mô hình MegaETH là: miễn là bạn vẫn đang làm mọi thứ trên Ethereum, thì tôi sẽ để hiệu suất máy tính của bạn tăng vọt. Từ góc độ hiện thực và kỹ thuật, nó dễ triển khai hơn Monad và phù hợp hơn với con đường lặp đi lặp lại của các dự án DeFi và NFT chính thống, khiến nó trở thành ứng cử viên hỗ trợ sinh thái trong ngắn hạn.
Theo một nghĩa nào đó, hai tuyến đường của Monad và MegaETH không chỉ là hai triển khai của các con đường công nghệ song song, mà còn là một cuộc đối đầu cổ điển giữa "tái cấu trúc" và "khả năng tương thích" trong lộ trình phát triển blockchain: tuyến trước theo đuổi một bước đột phá mô hình và xây dựng lại tất cả các logic từ máy ảo đến quản lý trạng thái cơ bản để đạt được hiệu suất tối ưu và tính dẻo dai kiến trúc; Sau này theo đuổi tối ưu hóa gia tăng, đẩy các hệ thống truyền thống đến giới hạn trong khi tôn trọng các hạn chế sinh thái hiện có, do đó giảm thiểu chi phí di cư. Không có ưu điểm hay nhược điểm tuyệt đối giữa hai loại này, nhưng chúng phục vụ các nhóm nhà phát triển và tầm nhìn hệ sinh thái khác nhau. Monad phù hợp hơn để xây dựng các hệ thống mới từ đầu, các trò chơi chuỗi theo đuổi thông lượng cực cao, tác nhân AI và chuỗi thực thi mô-đun. Mặt khác, MegaETH phù hợp hơn với các dự án L2, dự án DeFi và giao thức cơ sở hạ tầng muốn đạt được nâng cấp hiệu suất với những thay đổi phát triển tối thiểu.
Chúng giống như những đoàn tàu cao tốc trên một đường ray mới, được xác định lại từ đường ray, lưới điện đến thân xe, chỉ để đạt được tốc độ và trải nghiệm chưa từng có; Một ví dụ khác là lắp đặt tuabin trên đường cao tốc hiện có, cải thiện lịch trình làn đường và cấu trúc động cơ, cho phép các phương tiện đi nhanh hơn mà không cần rời khỏi mạng lưới đường bộ quen thuộc. Cả hai có thể kết thúc theo cùng một cách: trong giai đoạn tiếp theo của kiến trúc blockchain mô-đun, Monad có thể trở thành một mô-đun "thực thi như một dịch vụ" cho Rollup và MegaETH có thể trở thành một plugin tăng tốc hiệu suất cho L2 chính thống. Cả hai cuối cùng có thể hội tụ để tạo thành hai cánh của công cụ thực thi phân tán hiệu suất cao trong thế giới Web3 trong tương lai.
5. Cơ hội và thách thức trong tương lai của điện toán song song
Khi điện toán song song chuyển từ thiết kế dựa trên giấy sang triển khai trên chuỗi, tiềm năng mà nó mở ra đang trở nên cụ thể và có thể đo lường được hơn. Một mặt, chúng tôi đã thấy rằng các mô hình phát triển và mô hình kinh doanh mới đã bắt đầu định nghĩa lại "hiệu suất trên chuỗi": logic trò chơi chuỗi phức tạp hơn, vòng đời tác nhân AI thực tế hơn, giao thức trao đổi dữ liệu thời gian thực hơn, trải nghiệm tương tác sống động hơn và thậm chí cả hệ điều hành Super App cộng tác trên chuỗi đều đang thay đổi từ "chúng ta có thể làm được không" thành "chúng ta có thể làm điều đó tốt như thế nào". Mặt khác, điều thực sự thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang điện toán song song không chỉ là sự cải thiện tuyến tính của hiệu suất hệ thống mà còn là sự thay đổi cấu trúc của ranh giới nhận thức của các nhà phát triển và chi phí di cư sinh thái. Cũng giống như sự ra đời của cơ chế hợp đồng hoàn chỉnh Turing của Ethereum đã khai sinh ra sự bùng nổ đa chiều của DeFi, NFT và DAO, "tái tạo không đồng bộ giữa trạng thái và lệnh" do điện toán song song mang lại cũng đang khai sinh ra một mô hình thế giới on-chain mới, không chỉ là một cuộc cách mạng về hiệu quả thực thi mà còn là điểm nóng của sự đổi mới phân hạch trong cấu trúc sản phẩm.
Trước hết, từ góc độ cơ hội, lợi ích trực tiếp nhất là "nâng trần ứng dụng". Hầu hết các ứng dụng DeFi, chơi game và xã hội hiện tại đều bị giới hạn bởi nút thắt cổ chai của tiểu bang, chi phí gas và độ trễ, đồng thời không thể thực sự thực hiện các tương tác tần suất cao trên chuỗi trên quy mô lớn. Lấy các trò chơi chuỗi làm ví dụ, GameFi với phản hồi chuyển động thực, đồng bộ hóa hành vi tần số cao và logic chiến đấu thời gian thực hầu như không tồn tại, bởi vì việc thực thi tuyến tính của EVM truyền thống không thể hỗ trợ xác nhận phát sóng hàng chục thay đổi trạng thái mỗi giây. Với sự hỗ trợ của điện toán song song, thông qua các cơ chế như DAG giao dịch và ngữ cảnh không đồng bộ cấp hợp đồng, các chuỗi đồng thời cao có thể được xây dựng và kết quả thực thi xác định có thể được đảm bảo thông qua tính nhất quán của ảnh chụp nhanh, để đạt được bước đột phá về cấu trúc trong "công cụ trò chơi trên chuỗi". Tương tự, việc triển khai và vận hành các tác nhân AI cũng sẽ được cải thiện đáng kể bằng điện toán song song. Trước đây, chúng tôi có xu hướng chạy AI Agent off-chain và chỉ tải kết quả hành vi của chúng lên on-chain contracts, nhưng trong tương lai, on-chain có thể hỗ trợ cộng tác không đồng bộ và chia sẻ trạng thái giữa nhiều thực thể AI thông qua lập lịch giao dịch song song, để thực sự hiện thực hóa logic tự trị theo thời gian thực của Agent on-chain. Điện toán song song sẽ là cơ sở hạ tầng cho "hợp đồng theo hành vi" này, thúc đẩy Web3 từ một "giao dịch như một tài sản" đến một thế giới mới của "tương tác như một tác nhân".
Thứ hai, chuỗi công cụ của nhà phát triển và lớp trừu tượng máy ảo cũng đã được định hình lại về mặt cấu trúc do song song. Mô hình phát triển Solidity truyền thống dựa trên mô hình tư duy nối tiếp, nơi các nhà phát triển quen với việc thiết kế logic như một thay đổi trạng thái đơn luồng, nhưng trong kiến trúc điện toán song song, các nhà phát triển sẽ buộc phải suy nghĩ về xung đột tập đọc/ghi, chính sách cách ly trạng thái, tính nguyên tử của giao dịch và thậm chí giới thiệu các mẫu kiến trúc dựa trên hàng đợi tin nhắn hoặc đường ống trạng thái. Bước nhảy vọt trong cấu trúc nhận thức này cũng đã tạo ra sự gia tăng nhanh chóng của một thế hệ chuỗi công cụ mới. Ví dụ: các khung hợp đồng thông minh song song hỗ trợ khai báo phụ thuộc giao dịch, trình biên dịch tối ưu hóa dựa trên IR và trình gỡ lỗi đồng thời hỗ trợ mô phỏng ảnh chụp nhanh giao dịch đều sẽ trở thành điểm nóng cho sự bùng nổ cơ sở hạ tầng trong chu kỳ mới. Đồng thời, sự phát triển liên tục của các blockchain mô-đun cũng đã mang lại một con đường hạ cánh tuyệt vời cho điện toán song song: Monad có thể được chèn vào L2 Rollup dưới dạng mô-đun thực thi, MegaETH có thể được triển khai như một EVM thay thế cho các chuỗi chính thống, Celestia cung cấp hỗ trợ lớp sẵn có dữ liệu và EigenLayer cung cấp một mạng xác thực phi tập trung, do đó tạo thành một kiến trúc tích hợp hiệu suất cao từ dữ liệu cơ bản đến logic thực thi.
Tuy nhiên, sự tiến bộ của điện toán song song không phải là một con đường dễ dàng, và những thách thức thậm chí còn mang tính cấu trúc và khó gặm nhấm hơn là cơ hội. Một mặt, những khó khăn kỹ thuật cốt lõi nằm ở "đảm bảo tính nhất quán của đồng thời nhà nước" và "chiến lược xử lý xung đột giao dịch". Không giống như cơ sở dữ liệu ngoài chuỗi, on-chain không thể chấp nhận mức độ khôi phục giao dịch tùy ý hoặc rút lại trạng thái và bất kỳ xung đột thực thi nào cần được mô hình hóa trước hoặc kiểm soát chính xác trong sự kiện. Điều này có nghĩa là bộ lập lịch song song phải có khả năng xây dựng biểu đồ phụ thuộc mạnh mẽ và khả năng dự đoán xung đột, đồng thời thiết kế cơ chế chịu lỗi thực thi lạc quan hiệu quả, nếu không hệ thống dễ bị "cơn bão thử lại lỗi đồng thời" khi tải cao, không chỉ tăng mà còn giảm, thậm chí gây ra sự mất ổn định của chuỗi. Hơn nữa, mô hình bảo mật hiện tại của môi trường thực thi đa luồng vẫn chưa được thiết lập đầy đủ, chẳng hạn như độ chính xác của cơ chế cách ly trạng thái giữa các luồng, việc sử dụng mới các cuộc tấn công tái xâm nhập trong bối cảnh không đồng bộ và sự bùng nổ gas của các cuộc gọi hợp đồng cross-thread, tất cả đều là những vấn đề mới cần được giải quyết.
Những thách thức xảo quyệt hơn nảy sinh từ các khía cạnh sinh thái và tâm lý. Liệu các nhà phát triển có sẵn sàng chuyển sang mô hình mới hay không, liệu họ có thể thành thạo các phương pháp thiết kế của các mô hình song song hay không và liệu họ có sẵn sàng từ bỏ một số khả năng đọc và khả năng kiểm tra hợp đồng để đạt được lợi ích hiệu suất hay không là chìa khóa để liệu điện toán song song có thể tạo thành tiềm năng sinh thái hay không. Trong vài năm qua, chúng ta đã thấy một số chuỗi có hiệu suất vượt trội nhưng thiếu sự hỗ trợ của nhà phát triển dần im lặng, chẳng hạn như NEAR, Avalanche và thậm chí một số chuỗi Cosmos SDK có hiệu suất tốt hơn nhiều so với EVM và kinh nghiệm của họ nhắc nhở chúng ta rằng không có nhà phát triển, không có hệ sinh thái; Không có sinh thái, cho dù hiệu suất có tốt đến đâu, nó cũng chỉ là một lâu đài trên không. Do đó, các dự án điện toán song song không chỉ nên tạo ra động cơ mạnh nhất mà còn phải tạo ra con đường chuyển đổi sinh thái nhẹ nhàng nhất, để "hiệu suất là vượt trội" hơn là "hiệu suất là ngưỡng nhận thức".
Cuối cùng, tương lai của điện toán song song vừa là một chiến thắng cho kỹ thuật hệ thống vừa là một thử nghiệm cho thiết kế sinh thái. Nó sẽ buộc chúng ta phải xem xét lại "bản chất của chuỗi" là gì: đó là một cỗ máy thanh toán phi tập trung, hay một bộ điều phối trạng thái thời gian thực được phân phối trên toàn cầu? Nếu trường hợp thứ hai, thì khả năng thông lượng trạng thái, đồng thời giao dịch và khả năng đáp ứng hợp đồng, trước đây được coi là "chi tiết kỹ thuật của chuỗi", cuối cùng sẽ trở thành các chỉ số chính xác định giá trị của chuỗi. Mô hình điện toán song song thực sự hoàn thành quá trình chuyển đổi này cũng sẽ trở thành cơ sở hạ tầng nguyên thủy cốt lõi nhất và kết hợp nhất trong chu kỳ mới này và tác động của nó sẽ vượt xa một mô-đun kỹ thuật và có thể tạo thành một bước ngoặt trong mô hình tính toán tổng thể của Web3.
6. Kết luận: Điện toán song song có phải là con đường tốt nhất để mở rộng quy mô Web3 không?
Trong tất cả các con đường khám phá ranh giới của hiệu suất Web3, điện toán song song không phải là dễ thực hiện nhất, nhưng nó có thể gần nhất với bản chất của blockchain. Nó không di chuyển ra ngoài chuỗi, cũng như không hy sinh sự phi tập trung để đổi lấy thông lượng, mà cố gắng xây dựng lại mô hình thực thi theo tính nguyên tử và tính xác định của chuỗi, từ lớp giao dịch, lớp hợp đồng và lớp máy ảo đến gốc rễ của nút thắt hiệu suất. Phương pháp mở rộng quy mô "native to the chain" này không chỉ giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain mà còn dành đất hiệu suất bền vững cho các ứng dụng on-chain phức tạp hơn trong tương lai. Khó khăn của nó nằm ở cấu trúc, và sự quyến rũ của nó nằm ở cấu trúc. Nếu tái cấu trúc mô-đun là "kiến trúc của chuỗi", thì tái cấu trúc tính toán song song là "linh hồn của chuỗi". Đây có thể không phải là con đường tắt để thông quan, nhưng nó có thể là giải pháp tích cực bền vững duy nhất trong quá trình phát triển lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến sự chuyển đổi kiến trúc từ CPU lõi đơn sang hệ điều hành đa lõi/luồng và sự xuất hiện của các hệ điều hành gốc Web3 có thể bị ẩn trong các thử nghiệm song song trong chuỗi này.
Hiển thị ngôn ngữ gốc
Mạng xã hội