Informe de investigación profunda sobre la computación paralela en Web3: La ruta definitiva para la expansión nativa

I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo

Desde su creación, los sistemas de blockchain han enfrentado problemas de escalabilidad. La capacidad de procesamiento de transacciones de Bitcoin y Ethereum es limitada, lo que no puede satisfacer las demandas de aplicaciones a gran escala. En la última década, la industria ha intentado diversas soluciones de escalabilidad, desde la escalabilidad en la cadena hasta Layer 2, desde canales de estado hasta Rollup. Rollup se ha convertido en el paradigma de escalabilidad dominante en la actualidad, pero aún no ha alcanzado el verdadero límite de "rendimiento de cadena única" en la base de la blockchain.

El cálculo en paralelo dentro de la cadena está comenzando a entrar en la vista de la industria. A diferencia de la expansión fuera de la cadena, el paralelismo dentro de la cadena intenta reconstruir el motor de ejecución, actualizando la blockchain de "ejecución de transacciones de forma secuencial" a un sistema de alta concurrencia de "múltiples hilos + tuberías + programación de dependencias". Esto no solo podría lograr un aumento en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en una premisa clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.

La computación paralela desafía el modelo fundamental de ejecución de contratos inteligentes, redefiniendo la lógica básica de empaquetado de transacciones, acceso a estados, relaciones de llamadas y disposición de almacenamiento. Su objetivo es proporcionar un apoyo sostenible a la infraestructura para las futuras aplicaciones nativas de Web3. La paralelización en la cadena se está convirtiendo en una variable decisiva en la competencia de Layer1 del nuevo ciclo, y la próxima generación de plataformas de ejecución soberana en el mundo Web3 podría surgir de esta contienda.

II. Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco tipos de rutas, cada una con un enfoque diferente

La escalabilidad, como uno de los temas más importantes en la evolución de la tecnología de blockchain pública, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todas las rutas tecnológicas principales en la última década. Actualmente se han formado cinco rutas básicas:

1. Escalabilidad en cadena: aumentar el tamaño de bloque, reducir el tiempo de generación de bloques, etc. La ventaja es mantener la consistencia de la cadena única, pero es fácil tocar el riesgo de centralización.

2. Escalado fuera de la cadena: canales de estado y cadenas laterales. Mover transacciones fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal. Teóricamente, se puede escalar la capacidad de manera infinita, pero existen problemas de confianza y seguridad.

3. Layer2 Rollup: ejecución fuera de la cadena, verificación en la cadena. Actualmente, la solución de escalado más popular, pero presenta problemas de dependencia de la disponibilidad de datos.

4. Blockchain modular: desacoplar las funciones centrales de la blockchain, completadas por múltiples cadenas especializadas que realizan diferentes funciones. Flexible pero de alta complejidad.

5. Cálculo paralelo dentro de la cadena: mediante el cambio de la arquitectura del motor de ejecución, se logra el procesamiento concurrente de transacciones atómicas. Es necesario reescribir la lógica de programación de la VM e introducir mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos.

Estas cinco categorías de caminos tienen diferentes énfasis, reflejando el equilibrio entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad del desarrollo en la blockchain. La paralelización en la cadena se centra en la actualización fundamental de la capa de ejecución, intentando acercarse al límite de rendimiento de los sistemas distribuidos modernos sin comprometer la consistencia dentro de la cadena.

Tres, Mapa de Clasificación de Cálculo Paralelo: Las Cinco Grandes Rutas desde la Cuenta hasta la Instrucción

La tecnología de cálculo paralelo se puede dividir en cinco caminos:

1. Paralelismo a nivel de cuenta: representado por Solana, basado en el diseño de desacoplamiento de cuentas y estados, determinando conflictos mediante análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en la transacción.

2. Paralelismo a nivel de objeto: como Aptos y Sui, introducen la abstracción semántica de recursos y módulos, programando a unidades de "objeto de estado" de mayor granularidad.

3. Paralelismo a nivel de transacción: exploraciones de Monad, Sei, Fuel, etc., construyendo un gráfico de dependencias en torno a toda la transacción, para ejecutar en un flujo concurrente.

4. Paralelismo a nivel de máquina virtual: como MegaETH, incorpora la capacidad de ejecución concurrente en la lógica de programación de instrucciones de bajo nivel de la VM.

5. Paralelismo a nivel de instrucciones: Inspirándose en la ejecución fuera de orden de las CPU modernas, se realiza un análisis de programación y reordenamiento paralelo de cada operación.

Desde la cuenta hasta la instrucción, la granularidad paralela se refina constantemente, y la complejidad del sistema y la dificultad de programación aumentan continuamente. Este proceso de evolución marca la transición del modelo de computación blockchain de un libro de contabilidad de consenso de secuencia total tradicional a un entorno de ejecución distribuida de alto rendimiento.

Cuatro, análisis profundo de las dos principales pistas: Monad vs MegaETH

Las dos principales rutas tecnológicas en las que se centra actualmente el mercado son Monad y MegaETH.

Monad representa "construir cadenas de cálculo paralelo desde cero". Su filosofía de diseño es redefinir el motor de ejecución de blockchain, inspirándose en tecnologías modernas de bases de datos, para lograr un rendimiento de nivel de millones de TPS. Los mecanismos centrales incluyen control de concurrencia optimista, programación de transacciones DAG, ejecución fuera de orden, entre otros. Monad mantiene la compatibilidad con EVM, lo que podría convertirlo en la capa de ejecución ideal para Layer 2 Rollup.

MegaETH representa "la revolución de la paralelización dentro de EVM". Elige implementar capacidades de paralelización sobre la base de EVM existente, introduciendo una pila de llamadas asíncronas y un mecanismo de aislamiento del contexto de ejecución. Este diseño es más amigable para el ecosistema de Ethereum y podría convertirse en un complemento de aceleración del rendimiento para redes EVM L2.

Ambos representan diferentes rutas en la tecnología paralela: Monad busca una ruptura de paradigma, reconstruyendo toda la arquitectura de ejecución; MegaETH persigue una optimización progresiva, promoviendo mejoras de rendimiento sobre la base del respeto por las restricciones del ecosistema existente. Se dirigen a diferentes grupos de desarrolladores y visiones ecológicas, y en el futuro podrían formar una complementariedad en la arquitectura modular de blockchain.

Cinco, Oportunidades y Desafíos Futuros de la Computación Paralela

Las oportunidades que la computación paralela trae a Web3 incluyen:

1. Eliminar el límite de la aplicación, apoyar nuevas aplicaciones de GameFi, AI Agent, etc. que interactúan frecuentemente en la cadena.

2. Impulsar la reestructuración de los paradigmas de desarrollo y las cadenas de herramientas, dando lugar a una nueva generación de marcos de contratos inteligentes paralelos.

3. Proporcionar soporte de capa de ejecución de alto rendimiento para blockchain modular.

Sin embargo, la computación paralela también enfrenta desafíos:

1. El problema técnico de la garantía de consistencia de concurrencia de estado y el manejo de conflictos de transacciones.

2. El modelo de seguridad del entorno de ejecución multihilo aún no está maduro.

3. El problema de la migración del ecosistema de desarrolladores y la barrera cognitiva.

El futuro de la computación paralela es tanto una victoria de la ingeniería de sistemas como una prueba de diseño ecológico. Redefinirá la esencia de la blockchain y se convertirá en un posible punto de inflexión en el paradigma de computación Web3.

Seis, Conclusión: ¿Es la computación paralela el mejor camino para la escalabilidad nativa de Web3?

La computación paralela, aunque difícil de implementar, puede ser el camino de escalabilidad más cercano a la esencia de la blockchain. Al mantener el modelo de confianza central de la blockchain, rompe los cuellos de botella de rendimiento al reconstruir el modelo de ejecución en sí. Esta forma de escalabilidad "nativa de la cadena" reserva un terreno sostenible de rendimiento para aplicaciones complejas en la cadena.

La computación paralela reconstruye "el alma de la cadena". Aunque no es un atajo para pasar niveles a corto plazo, podría ser la única ruta sostenible y correcta en la evolución a largo plazo de Web3. Estamos presenciando un salto arquitectónico similar al de pasar de una CPU de un solo núcleo a un sistema operativo de múltiples núcleos; la forma primitiva de un sistema operativo nativo de Web3 podría estar oculta en estos experimentos paralelos dentro de la cadena.