تقرير بحثي عميق حول الحوسبة المتوازية في Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي

١. المقدمة: التوسع هو مسألة أبدية، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية

واجه نظام blockchain منذ ولادته مشكلة التوسع. قدرة معالجة المعاملات في Bitcoin و Ethereum محدودة، ولا يمكن تلبية احتياجات التطبيقات واسعة النطاق. على مدى السنوات العشر الماضية، حاولت الصناعة العديد من حلول التوسع، من التوسع على السلسلة إلى Layer 2، ومن قنوات الحالة إلى Rollup. أصبح Rollup هو النموذج السائد للتوسع حاليًا، ولكنه لم يصل بعد إلى الحد الأقصى الحقيقي "للأداء أحادي السلسلة" في قاعدة blockchain.

بدأت الحسابات المتوازية داخل السلسلة تدخل تدريجياً في رؤية الصناعة. على عكس توسيع السلسلة خارجياً، تحاول الحسابات المتوازية داخل السلسلة إعادة بناء محرك التنفيذ، وترقية سلسلة الكتل من "تنفيذ المعاملات بشكل تسلسلي" إلى نظام عالي التزامن "تعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". وهذا لا يمكن أن يحقق فقط زيادة في السعة تصل إلى مئات الأضعاف، بل قد يصبح أيضًا الشرط الأساسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.

تتحدى الحوسبة المتوازية النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، وتعاد تعريف المنطق الأساسي لتجميع المعاملات، والوصول إلى الحالة، وعلاقات الاستدعاء، وترتيب التخزين. هدفها هو توفير بنية تحتية مستدامة لدعم تطبيقات Web3 الأصلية في المستقبل. تصبح الحوسبة المتوازية داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة، ومن المحتمل أن يولد الجيل التالي من منصات التنفيذ السيادي في عالم Web3 من هذه المعركة.

٢. صورة شاملة لنمط التوسع: خمس فئات من المسارات، كل منها يركز على جانب معين

تعتبر التوسعة واحدة من أهم القضايا في تطور تقنية السلاسل العامة، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع المسارات التقنية الرئيسية تقريبًا خلال العقد الماضي. وقد تشكلت الآن خمس مسارات أساسية:

1. توسيع السلسلة: زيادة حجم الكتلة، وتقليل وقت إنتاج الكتلة، إلخ. الميزة هي الحفاظ على اتساق السلسلة الواحدة، ولكنها عرضة لمخاطر المركزية.

2. توسيع خارج السلسلة: قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. يتم نقل المعاملات إلى خارج السلسلة، ويتم كتابة النتيجة النهائية فقط على السلسلة الرئيسية. يمكن نظريًا توسيع السعة إلى ما لا نهاية، ولكن هناك مشاكل تتعلق بالثقة والأمان.

3. Layer2 Rollup: تنفيذ خارج السلسلة، والتحقق على السلسلة. حاليًا، هو أكثر الحلول شيوعًا للتوسع، ولكنه يعاني من مشاكل الاعتماد على توفر البيانات.

4. سلسلة الكتل المعيارية: فصل الوظائف الأساسية لسلسلة الكتل، حيث يتم تنفيذ وظائف مختلفة بواسطة سلاسل متخصصة متعددة. مرنة ولكنها ذات تعقيد عال.

5. الحساب المتوازي داخل السلسلة: من خلال تغيير بنية محرك التنفيذ، يتم تحقيق المعالجة المتزامنة للمعاملات الذرية. يلزم إعادة كتابة منطق جدولة VM، وإدخال آلية جدولة أنظمة الكمبيوتر الحديثة.

تتميز هذه الفئات الخمس من المسارات بتركيزها الخاص، مما يعكس التوازن بين الأداء، القابلية للتجميع، الأمان وتعقيد التطوير في blockchain. تركز المعالجة المتوازية داخل السلسلة على الترقية الأساسية لطبقة التنفيذ، وتحاول الاقتراب من الحدود القصوى لأداء الأنظمة الموزعة الحديثة دون الإضرار بالتوافق داخل السلسلة.

٣. خريطة تصنيف الحسابات المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى التعليمات

يمكن تقسيم تقنية الحوسبة المتوازية إلى خمسة مسارات:

1. المستوى الحسابي المتوازي: يمثل Solana، استنادًا إلى تصميم فك ارتباط الحسابات والحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المعنية بالمعاملات لتحديد التعارض.

2. التوازي على مستوى الكائن: مثل Aptos و Sui، إدخال تجريد دلالي للموارد والوحدات، لجدولة باستخدام "كائن الحالة" بدقة أكبر.

3. التوازي على مستوى المعاملات: استكشاف Monad و Sei و Fuel، وبناء رسم بياني للاعتماد حول المعاملات التجارية بالكامل، وتنفيذ التدفقات المتزامنة.

4. التوازي على مستوى الآلة الافتراضية: مثل MegaETH، يتم تضمين قدرة التنفيذ المتزامن في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية.

5. التوازي على مستوى التعليمات: استنادًا إلى فكرة التنفيذ غير المتسلسل لوحدات المعالجة المركزية الحديثة، يتم إجراء تحليل جدولة لكل عملية وإعادة ترتيبها بشكل متوازي.

من الحسابات إلى الأوامر، تتقلص حبيبات المعالجة بشكل مستمر، مما يزيد من تعقيد النظام وصعوبة الجدولة. تمثل هذه العملية التطورية تحول نموذج حسابات البلوكشين من دفاتر الحسابات التقليدية ذات التوافق التسلسلي الكامل إلى بيئة تنفيذ موزعة عالية الأداء.

أربعة، تحليل عميق لاثنين من المسارات الرئيسية: Monad مقابل MegaETH

الخطتان التكنولوجيتان الرئيستان اللتان تركز عليهما السوق حاليًا هما Monad و MegaETH.

يمثل Monad "بناء سلسلة حسابات متوازية من الصفر". فلسفة تصميمه هي إعادة تعريف محرك تنفيذ blockchain، مستفيدًا من تقنيات قواعد البيانات الحديثة، لتحقيق أداء بمستوى مليون TPS. تشمل الآليات الأساسية التحكم في التزامن المتفائل، جدولة معاملات DAG، والتنفيذ غير المتسلسل. يحتفظ Monad بالتوافق مع EVM، وقد يصبح الطبقة التنفيذية المثالية لـ Layer 2 Rollup.

ميغا إيث تمثل "ثورة التوازي داخل EVM". تختار تحقيق القدرة على التوازي على أساس EVM الحالي، وتقدم آلية مكدس استدعاء غير متزامن وعزل سياقات التنفيذ. هذا التصميم أكثر ودية لنظام إيثريوم البيئي، وقد يصبح ملحق تسريع الأداء لشبكات EVM L2.

يمثل كلاهما مسارات مختلفة للتقنيات المتوازية: يسعى Monad إلى اختراق النماذج وإعادة بناء هيكل التنفيذ بالكامل؛ بينما يسعى MegaETH إلى تحسين تدريجي، مع دفع الأداء إلى الأمام مع احترام القيود البيئية الحالية. إنهما موجهان لمجموعات مختلفة من المطورين ورؤية بيئية، وقد يتكاملان في المستقبل في بنية blockchain المودولارية.

خمسة، الفرص والتحديات المستقبلية للحوسبة المتوازية

تتضمن الفرص التي توفرها الحوسبة المتوازية لـ Web3:

1. إلغاء سقف التطبيقات، ودعم التطبيقات الجديدة مثل GameFi و AI Agent التي تتطلب تفاعل عالي التردد على السلسلة.

2. دفع إعادة تشكيل نماذج التطوير وسلاسل الأدوات، مما يثير جيلًا جديدًا من أطر العقود الذكية المتوازية.

3. تقديم دعم عالي الأداء لطبقة التنفيذ من أجل بلوكتشين المودول.

ومع ذلك، تواجه الحوسبة المتوازية أيضًا تحديات:

1. التحدي التقني لضمان التوافق بين الحالة وإدارة تعارض المعاملات.

2. نموذج الأمان لبيئة التنفيذ متعددة الخيوط لم يتطور بعد.

3. مشكلة انتقال نظام مطوري البرمجيات وعتبة الإدراك.

مستقبل الحوسبة المتوازية هو انتصار للهندسة النظامية، وأيضًا اختبار لتصميم النظم البيئية. سيعيد تعريف جوهر blockchain، ليصبح نقطة تحول محتملة في نموذج الحوسبة Web3.

السادس، الخاتمة: هل الحوسبة المتوازية هي أفضل طريق للتوسع الأصلي في Web3؟

على الرغم من أن تنفيذ الحوسبة المتوازية صعب، إلا أنها قد تكون أقرب طريق لتوسيع نطاق جوهر blockchain. فهي تتجاوز عنق الزجاجة في الأداء من خلال إعادة بناء نموذج التنفيذ نفسه، مع الاحتفاظ بنموذج الثقة الأساسي في blockchain. توفر هذه الطريقة للتوسع "المولودة على السلسلة" تربة أداء مستدامة للتطبيقات المعقدة على السلسلة.

إعادة بناء الحساب المتوازي هو "روح السلسلة". على الرغم من أنه ليس طريقًا مختصرًا للنجاح على المدى القصير، إلا أنه قد يكون المسار الصحيح المستدام الوحيد في التطور الطويل الأمد لـ Web3. نحن نشهد قفزة معمارية مشابهة من وحدة المعالجة المركزية أحادية النواة إلى نظام التشغيل متعدد النواة، وقد تكمن بواكير نظام التشغيل الأصلي لـ Web3 في هذه التجارب المتوازية ضمن السلاسل.