Web3パラレルコンピューティングトラックの全景図：ネイティブスケーリングの最適なソリューション？

ブロックチェーンの「不可能な三角形」（Blockchain Trilemma）「セキュリティ」、「分散化」、「スケーラビリティ」は、ブロックチェーンシステムの設計における本質的なトレードオフを示しています。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「極限のセキュリティ、誰でも参加可能、高速処理」を同時に実現することが難しいのです。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに対して、現在市場に出ている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムに基づいて分類されています。

• 拡張型実行の実行：実行能力を原地で向上させる、例えば並行処理、GPU、マルチコア
• ステートアイソレーション型スケーリング：水平分割ステート / シャード、例えばシャーディング、UTXO、マルチサブネット
• オフチェーンアウトソーシング型スケーリング：実行をチェーン外に置く、例えばRollup、Coprocessor、DA
• 構造デカップリング型拡張：アーキテクチャのモジュール化、協調運用、例えばモジュールチェーン、共有ソート、Rollup Mesh
• 非同期並行型スケーリング：アクターモデル、プロセス隔離、メッセージ駆動、例えばエージェント、マルチスレッド非同期チェーン

ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、オンチェーン並列計算、Rollup、シャーディング、DAモジュール、モジュラー構造、アクターシステム、zk証明圧縮、ステートレスアーキテクチャなどが含まれており、実行、状態、データ、構造の複数のレベルをカバーし、"多層協調、モジュールの組み合わせ"という完全なスケーリングシステムを形成しています。本稿では、並列計算を主流とするスケーリング手法について重点的に紹介します。

チェーン内並列計算 (intra-chain parallelism)は、ブロック内部の取引 / 命令の並列実行に焦点を当てています。並列メカニズムに基づいて、スケーラビリティの方法は5つの主要なカテゴリーに分類され、それぞれが異なるパフォーマンスの追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は徐々に細かくなり、並列強度は高まり、スケジューリングの複雑さも増し、プログラミングの複雑さと実装の難易度も高くなります。

• アカウントレベルの並行処理（Account-level）：プロジェクト Solana を表します
• オブジェクトレベルの並行性（Object-level）：プロジェクトSuiを表します *トランザクションレベル:プロジェクトMonad、Aptosを表します
• コールレベル / マイクロVMの並行処理（Call-level / MicroVM）: プロジェクトMegaETHを代表する *指導レベル:プロジェクトGatlingXを表します

チェーン外非同期並行モデルは、アクター知能体システム（エージェント/アクターモデル）を代表とし、別の並列計算のパラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロックの同期モデルではない）として機能し、各エージェントは独立に実行される「スマートプロセス」として、非同期メッセージやイベント駆動の並行方式で動作し、同期スケジューリングは不要です。代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。

私たちがよく知っているRollupや分散型スケーリングソリューションは、システムレベルの並行メカニズムに属し、チェーン内の並列計算には含まれません。これらは「複数のチェーン/実行領域を並行して実行する」ことでスケーリングを実現し、単一のブロック/仮想マシン内部の並行度を向上させるのではありません。このようなスケーリングソリューションは本記事の重点ではありませんが、私たちは依然としてそのアーキテクチャ理念の比較に使用します。

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二、EVMシステムの並行強化チェーン：互換性の中で性能の限界を突破する

イーサリアムのシリアル処理アーキテクチャは、シャーディング、ロールアップ、モジュラーアーキテクチャなどの複数の拡張試行を経てきたが、実行層のスループットのボトルネックは依然として根本的な突破を果たしていない。しかし同時に、EVM と Solidity は今なお最も開発者基盤とエコシステムの潜在能力を持つスマートコントラクトプラットフォームである。したがって、EVM 系の並行強化チェーンはエコシステムの互換性と実行性能の向上を両立させる重要な道筋として、新たな拡張進化の重要な方向性となりつつある。Monad と MegaETH は、この方向性において最も代表的なプロジェクトであり、それぞれ遅延実行と状態分解から出発し、高い同時実行性と高いスループットのシナリオに向けた EVM 並行処理アーキテクチャを構築している。

Monadの並列計算メカニズムの解析

Monadは、Ethereum Virtual Machine（EVM）向けに再設計された高性能Layer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並列性の概念に基づいて、コンセンサス層での非同期実行（Asynchronous Execution）と、実行層での楽観的並行実行（Optimistic Parallel Execution）を実現しています。さらに、コンセンサス層とストレージ層において、Monadはそれぞれ高性能BFTプロトコル（MonadBFT）と専用データベースシステム（MonadDB）を導入し、エンドツーエンドの最適化を実現しています。

パイプライニング：多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライニングはモナド並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセスを複数の独立した段階に分割し、これらの段階を並行して処理することで立体的なパイプラインアーキテクチャを形成し、各段階が独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを越えた同時処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、遅延を低減する効果を達成することです。これらの段階には、取引提案（Propose）、コンセンサス達成（Consensus）、取引実行（Execution）、およびブロック提出（Commit）が含まれます。

非同期実行：コンセンサス - 実行の非同期デカップリング

従来のブロックチェーンでは、取引のコンセンサスと実行は通常、同期プロセスで行われ、この直列モデルは性能拡張を大きく制限します。Monadは「非同期実行」を通じて、コンセンサス層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。これにより、ブロック時間（block time）と確認遅延が著しく短縮され、システムの弾力性が向上し、処理プロセスがより細分化され、リソースの利用効率が向上します。

コアデザイン：

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）はトランザクションの順序付けのみを担当し、契約ロジックを実行しません。
• 実行プロセス（実行層）は、コンセンサスが完了した後に非同期でトリガーされます。
• コンセンサスが完了した後、次のブロックのコンセンサスプロセスにすぐに入ります。実行が完了するのを待つ必要はありません。

Optimistic Parallel Execution: オプティミスティック並列実行

従来のイーサリアムは取引実行に厳格な直列モデルを採用しており、状態の競合を避けています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用しており、取引処理速度を大幅に向上させています。

実行メカニズム：

• Monadは、ほとんどの取引の間に状態の競合がないと仮定して、楽観的にすべての取引を並行して実行します。
• 同時に "コンフリクトディテクター（Conflict Detector)）" を実行して、トランザクション間で同じ状態にアクセスしているか（例えば、読み取り/書き込みの競合）を監視します。
• 衝突が検出された場合、衝突トランザクションは直列化されて再実行され、状態の正確性が確保されます。

Monadは互換性のあるパスを選択しました：EVMルールをできるだけ変更せず、実行中に状態の書き込みを遅延させ、動的に競合を検出することで並行性を実現します。まるでパフォーマンス版のイーサリアムのようで、成熟度が高くEVMエコシステムの移行を容易に実現します。EVMの世界の並行加速器です。

MegaETHの並列計算メカニズムの解析

Monadとは異なるL1の位置付けとして、MegaETHはEVM互換のモジュール型高性能並列実行層として位置付けられ、独立したL1ブロックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化層（Execution Layer）またはモジュール型コンポーネントとしても機能します。その核心設計目標は、アカウントロジック、実行環境、状態を隔離解構し、独立してスケジューリング可能な最小単位として再構成し、チェーン内での高い同時実行と低遅延応答能力を実現することです。MegaETHが提案する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG（有向非循環状態依存グラフ）およびモジュール型同期メカニズムであり、これらが共同で「チェーン内スレッド化」に向けた並列実行システムを構築しています。

Micro-VM（マイクロ仮想マシン）アーキテクチャ：アカウントはスレッドである

MegaETHは「各アカウントに1つのマイクロ仮想マシン（Micro-VM）」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」し、並行スケジューリングのための最小限の隔離単位を提供します。これらのVMは、同期呼び出しではなく非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して相互に通信し、大量のVMが独立して実行および独立してストレージを持つことができ、自然に並行します。

ステート依存DAG：依存グラフ駆動のスケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウントの状態アクセス関係に基づいたDAGスケジューリングシステムを構築しました。このシステムは、グローバル依存グラフ（Dependency Graph）をリアルタイムで維持し、各取引でどのアカウントが変更され、どのアカウントが読み取られるかをすべて依存関係としてモデル化します。競合がない取引は直接並行して実行でき、依存関係のある取引はトポロジカル順序に従って直列または遅延してスケジュールされます。依存グラフは、並行実行プロセス中の状態の一貫性と非重複書き込みを確保します。

非同期実行とコールバックメカニズム

MegaETHは非同期プログラミングパラダイムに基づいて構築されており、Actor Modelに似た非同期メッセージングを使用して、従来のEVMの逐次呼び出しの問題を解決します。コントラクト呼び出しは非同期（再帰実行ではない）であり、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しの際には、各呼び出しが非同期化され、ブロッキング待機は不要です。呼び出しスタックは非同期呼び出しグラフ（Call Graph）に展開されます。取引処理は非同期グラフの走査 + 依存関係の解決 + 並行スケジューリングです。

要するに、MegaETHは従来のEVMの単一スレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位で微小な仮想マシンのカプセル化を実現し、状態依存グラフを用いて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージ機構を用いて同期呼び出しスタックを代替しています。これは「アカウント構造 → スケジューリングアーキテクチャ → 実行プロセス」という全次元において再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代の高性能チェーン上システムを構築するためのパラダイム的な新しいアプローチを提供します。

MegaETHは再構築の道を選びました：アカウントと契約を独立したVMとして完全に抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並行性を解放します。理論的には、MegaETHの並行性の上限はより高いですが、複雑さの制御も難しく、イーサリアムの理念に基づくスーパー分散型オペレーティングシステムに近いです。

MonadとMegaETHのデザイン理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なる。シャーディングはブロックチェーンを横方向に切り分けて複数の独立したサブチェーン（シャード）を持ち、それぞれのサブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を実現する。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を維持し、実行層での横方向の拡張を行い、単一チェーン内部での限界並行実行の最適化によって性能を突破する。両者はブロックチェーンの拡張パスの中で縦の強化と横の拡張という二つの方向を代表している。

MonadとMegaETHなどの並行計算プロジェクトは、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標とし、スループット最適化パスに主に焦点を当てています。遅延実行（Deferred Execution）とマイクロ仮想マシン（Micro-VM）アーキテクチャを通じて、トランザクションレベルまたはアカウントレベルの並行処理を実現しています。一方、Pharos Networkはモジュラーでフルスタックの並行L1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア並行計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャは、メインネットと特別処理ネットワーク（SPNs）の協調作業を通じて、複数の仮想マシン環境（EVMとWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）、信頼実行環境（TEE）などの先進技術を統合しています。

ロールアップ メッシュ並列計算解析:

1. フルライフサイクル非同期パイプライニング（Full Lifecycle Asynchronous Pipelining）：Pharosは、取引の各段階（コンセンサス、実行、ストレージなど）をデカップリングし、非同期処理方式を採用することで、各段階が独立して並行して行えるようにし、全体の処理効率を向上させます。
2. デュアルVM並行実行（Dual VM Parallel Execution）：PharosはEVMとWASMの2つの仮想マシン環境をサポートしており、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにしています。このデュアルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を高めるだけでなく、並行実行によって取引処理能力を向上させます。
3. 特殊処理ネットワーク（SPNs）：SPNsはPharosアーキテクチャの重要なコンポーネントであり、特定のタイプのタスクやアプリケーションを処理するために特化したモジュール化されたサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的割り当てとタスクの並列処理を実現し、システムのスケーラビリティとパフォーマンスをさらに強化します。
4. モジュラーコンセンサスとリステーキングメカニズム（Modular Consensus & Restaking）：Pharosは柔軟なコンセンサスメカニズムを導入し、複数のコンセンサスモデル（PBFT、PoS、PoAなど）をサポートし、リステーキングプロトコル（Restaking）を通じてメインネットとSPNを実現します。