Rapport de recherche approfondi sur le calcul parallèle Web3 : le chemin ultime vers l'expansion native

I. Introduction : L'extensibilité est un sujet éternel, et le parallélisme est le champ de bataille ultime

Depuis la naissance des systèmes de blockchain, ils font face à des problèmes d'évolutivité. La capacité de traitement des transactions de Bitcoin et d'Ethereum est limitée, ce qui ne peut pas satisfaire les besoins des applications à grande échelle. Au cours des dix dernières années, l'industrie a essayé de nombreuses solutions d'évolutivité, de l'évolutivité on-chain aux solutions de Layer 2, des canaux d'état aux Rollups. Les Rollups sont devenus le paradigme d'évolutivité dominant, mais n'ont pas encore atteint la véritable limite de "performance d'une seule chaîne" au niveau de la blockchain.

Le calcul parallèle sur la chaîne entre progressivement dans le champ de vision de l'industrie. Contrairement à l'extension hors chaîne, le parallèle sur la chaîne tente de reconstruire le moteur d'exécution, mettant à niveau la blockchain de "l'exécution des transactions une par une en série" à un système à haute concurrence de "multithreading + pipeline + planification des dépendances". Cela pourrait non seulement permettre une augmentation du débit de plusieurs centaines de fois, mais pourrait également devenir une condition préalable clé à l'explosion des applications de contrats intelligents.

Le calcul parallèle remet en question le modèle fondamental d'exécution des contrats intelligents, redéfinissant la logique de base de l'emballage des transactions, de l'accès aux états, des relations d'appel et de la disposition des stocks. Son objectif est de fournir un soutien infrastructurel durable pour les applications Web3 natives de demain. Le parallélisme en chaîne devient une variable déterminante dans la compétition Layer1 du nouveau cycle, et la prochaine plateforme d'exécution souveraine du monde Web3 pourrait émerger de ce combat.

II. Panorama des paradigmes d'extension : cinq types de routes, chacun avec ses propres priorités

L'extension, en tant que l'un des sujets les plus importants dans l'évolution de la technologie des chaînes publiques, a donné naissance à l'émergence et à l'évolution de presque tous les chemins technologiques majeurs au cours de la dernière décennie. Cinq grandes orientations fondamentales se sont déjà formées :

1. Scalabilité en chaîne : augmentation de la taille des blocs, réduction du temps de génération des blocs, etc. L'avantage est de conserver la cohérence d'une seule chaîne, mais cela peut facilement toucher au risque de centralisation.

2. Scalabilité hors chaîne : canaux d'état et chaînes latérales. Transférer les transactions hors chaîne, n'écrire que le résultat final sur la chaîne principale. Théoriquement, cela peut étendre la capacité de manière illimitée, mais il existe des problèmes de confiance et de sécurité.

3. Layer2 Rollup : exécution hors chaîne, validation sur chaîne. Actuellement, c'est la solution d'évolutivité la plus populaire, mais elle présente des problèmes de dépendance à la disponibilité des données.

4. Blockchain modulaire : découpler les fonctions centrales de la blockchain, réalisées par plusieurs chaînes spécialisées accomplissant différentes fonctions. Flexible mais avec une complexité élevée.

5. Calcul parallèle en chaîne : en modifiant l'architecture du moteur d'exécution, permettre le traitement concurrent des transactions atomiques. Il est nécessaire de réécrire la logique de planification de la VM et d'introduire des mécanismes de planification des systèmes informatiques modernes.

Ces cinq types de chemins ont chacun un accent différent, reflétant le compromis entre la performance, la combinabilité, la sécurité et la complexité de développement dans la blockchain. La parallélisation intra-chaîne met l'accent sur une mise à niveau fondamentale de la couche d'exécution, essayant d'atteindre les limites de performance des systèmes distribués modernes sans compromettre la cohérence interne de la chaîne.

Trois, carte de classification du calcul parallèle : les cinq grandes voies de l compte à l instruction

Les technologies de calcul parallèle peuvent être divisées en cinq voies :

1. Parallélisme au niveau du compte : représenté par Solana, basé sur une conception de découplage compte-état, déterminant les conflits par l'analyse statique des ensembles de comptes impliqués dans les transactions.

2. Parallélisme au niveau des objets : comme Aptos et Sui, introduisant une abstraction sémantique des ressources et des modules, en planifiant par unités de "objets d'état" à une granularité plus fine.

3. Parallélisme au niveau des transactions : exploration de Monad, Sei, Fuel, etc., construction d'un graphique de dépendance autour de l'ensemble des transactions, exécution en flux concurrent.

4. Parallélisme au niveau de la machine virtuelle : comme MegaETH, intégrant la capacité d'exécution concurrente dans la logique de planification des instructions au niveau de la VM.

5. Parallélisme au niveau des instructions : en s'inspirant de la pensée d'exécution hors ordre des CPU modernes, analyser la planification de chaque opération et réorganiser en parallèle.

De compte à instruction, la granularité parallèle est continuellement affinée, la complexité du système et la difficulté de planification augmentent constamment. Ce processus d'évolution marque la transition du modèle de calcul blockchain d'un registre de consensus séquentiel traditionnel vers un environnement d'exécution distribué à haute performance.

Quatre, Analyse approfondie des deux principaux secteurs : Monad vs MegaETH

Les deux principales lignes technologiques sur lesquelles le marché se concentre actuellement sont Monad et MegaETH.

Monad représente "construire une chaîne de calcul parallèle à partir de zéro". Sa philosophie de conception consiste à redéfinir le moteur d'exécution de la blockchain, en s'inspirant des technologies de bases de données modernes, afin d'atteindre des performances de niveau TPS de millions. Les mécanismes clés incluent le contrôle de concurrence optimiste, la planification DAG des transactions, l'exécution hors ordre, etc. Monad conserve la compatibilité avec l'EVM, ce qui en fait un niveau d'exécution idéal pour les Rollups de Layer 2.

MegaETH représente "la révolution parallèle à l'intérieur de l'EVM". Il choisit d'implémenter des capacités parallèles sur la base de l'EVM existante, en introduisant une pile d'appels asynchrone et un mécanisme d'isolation du contexte d'exécution. Cette conception est plus conviviale pour l'écosystème Ethereum et pourrait devenir un plugin d'accélération de performance pour les réseaux EVM L2.

Les deux représentent différentes voies pour la technologie parallèle : Monad vise à une rupture de paradigme, reconstruisant toute l'architecture d'exécution ; MegaETH cherche une optimisation progressive, améliorant les performances tout en respectant les contraintes de l'écosystème existant. Ils s'adressent à différents groupes de développeurs et visions écologiques, et pourraient à l'avenir former des complémentarités dans une architecture de blockchain modulaire.

Cinq, Opportunités et défis futurs du calcul parallèle

Les opportunités que le calcul parallèle apporte à Web3 incluent :

1. Lever le plafond des applications, soutenir de nouvelles applications telles que GameFi et AI Agent avec des interactions fréquentes sur la chaîne.

2. Promouvoir la reconstruction des paradigmes de développement et des chaînes d'outils, donnant naissance à une nouvelle génération de cadres de contrats intelligents parallèles.

3. Fournir un support de couche d'exécution haute performance pour les blockchains modulaires.

Cependant, le calcul parallèle est également confronté à des défis :

1. Problèmes techniques liés à la garantie de la cohérence des états simultanés et au traitement des conflits transactionnels.

2. Le modèle de sécurité de l'environnement d'exécution multithread n'est pas encore mature.

3. Les problèmes de migration de l'écosystème des développeurs et de la barrière cognitive.

L'avenir du calcul parallèle est à la fois une victoire de l'ingénierie système et un test de conception écologique. Il redéfinira l'essence de la blockchain et constituera un potentiel tournant pour le paradigme de calcul Web3.

VI. Conclusion : Le calcul parallèle est-il le meilleur chemin pour l'extension native de Web3 ?

Bien que la mise en œuvre du calcul parallèle soit difficile, elle pourrait être le chemin d'extension le plus proche de l'essence de la blockchain. Tout en préservant le modèle de confiance central de la blockchain, elle surmonte les goulots d'étranglement de performance en reconstruisant le modèle d'exécution lui-même. Cette méthode d'extension "nativement sur la chaîne" réserve un sol de performance durable pour des applications complexes sur la chaîne.

Le calcul parallèle reconstruit l'"âme de la chaîne". Bien que ce ne soit pas un raccourci pour un passage à court terme, cela pourrait être le seul chemin de solution durable dans l'évolution à long terme du Web3. Nous assistons à une transition architecturale similaire à celle du CPU monocœur vers le système d'exploitation multicœur, et la forme embryonnaire du système d'exploitation natif Web3 pourrait se cacher dans ces expériences parallèles au sein des chaînes.