Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng bản địa tốt nhất?

Một, Tính toán song song: Mô hình mới cho sự mở rộng blockchain

Tam giác "không thể" của blockchain "an toàn", "phi tập trung", "khả năng mở rộng" ( tiết lộ sự đánh đổi bản chất trong thiết kế hệ thống blockchain, tức là các dự án blockchain rất khó để đạt được "an toàn tối đa, mọi người đều có thể tham gia, xử lý nhanh chóng" cùng một lúc. Về "khả năng mở rộng", chủ đề vĩnh cửu này, hiện tại các giải pháp mở rộng blockchain chủ đạo trên thị trường được phân loại theo mô hình, bao gồm:

• Thực hiện mở rộng nâng cao: Nâng cao khả năng thực thi tại chỗ, chẳng hạn như song song, GPU, đa nhân
• Tăng khả năng mở rộng cách ly trạng thái: phân chia trạng thái theo chiều ngang/Shard, ví dụ như phân đoạn, UTXO, nhiều subnet
• Mở rộng kiểu thuê ngoài bên ngoài chuỗi: đưa việc thực hiện ra ngoài chuỗi, ví dụ như Rollup, Coprocessor, DA
• Kiến trúc mở rộng tách rời cấu trúc: mô-đun kiến trúc, hoạt động hợp tác, ví dụ như chuỗi mô-đun, bộ sắp xếp chia sẻ, Rollup Mesh
• Mở rộng kiểu đồng thời không đồng bộ: Mô hình Actor, cách ly tiến trình, điều khiển bởi tin nhắn, ví dụ như tác nhân, chuỗi không đồng bộ đa luồng

Các giải pháp mở rộng blockchain bao gồm: tính toán song song trong chuỗi, Rollup, phân đoạn, mô-đun DA, cấu trúc mô-đun, hệ thống Actor, nén chứng chứng zk, kiến trúc Stateless, v.v., bao gồm nhiều cấp độ như thực thi, trạng thái, dữ liệu, cấu trúc, tạo thành một hệ thống mở rộng "phối hợp đa lớp, kết hợp mô-đun" hoàn chỉnh. Bài viết này tập trung giới thiệu phương thức mở rộng chủ yếu dựa vào tính toán song song.

Tính toán song song trong chuỗi )intra-chain parallelism(, chú trọng đến việc thực hiện song song các giao dịch/hướng dẫn bên trong khối. Theo cơ chế song song, phương thức mở rộng có thể được chia thành năm loại lớn, mỗi loại đại diện cho những yêu cầu hiệu suất khác nhau, mô hình phát triển và triết lý kiến trúc, lần lượt độ phân giải song song ngày càng tinh vi, cường độ song song ngày càng cao, độ phức tạp lập lịch cũng ngày càng cao, độ phức tạp lập trình và khó khăn trong việc thực hiện cũng ngày càng tăng.

• Song song cấp tài khoản)Account-level(: Đại diện cho dự án Solana
• Đối tượng cấp song song ) Object-level (: đại diện cho dự án Sui
• Giao dịch cấp độ )Transaction-level(: Đại diện cho dự án Monad, Aptos
• Gọi cấp/Vi mô VM song song )Call-level / MicroVM(: Đại diện cho dự án MegaETH
• Song song cấp lệnh ) Cấp độ hướng dẫn (: Đại diện cho dự án GatlingX

Mô hình đồng thời bất đồng bộ ngoài chuỗi, với hệ thống thông minh Actor )Agent / Actor Model( làm đại diện, chúng thuộc về một kiểu tính toán song song khác, như một hệ thống tin nhắn xuyên chuỗi/bất đồng bộ )mô hình không đồng bộ không có khối (, mỗi Agent hoạt động như một "tiến trình thông minh" độc lập, theo cách song song với tin nhắn bất đồng bộ, sự kiện điều khiển, không cần lập lịch đồng bộ, các dự án đại diện có AO, ICP, Cartesi, v.v.

Và các giải pháp mở rộng mà chúng ta quen thuộc như Rollup hoặc phân đoạn, thuộc về cơ chế đồng thời cấp hệ thống, không phải là tính toán song song trong chuỗi. Chúng thực hiện mở rộng bằng cách "chạy song song nhiều chuỗi/miền thực thi", thay vì nâng cao độ song song bên trong một khối/virtual machine đơn lẻ. Các giải pháp mở rộng như vậy không phải là trọng tâm của bài viết này nhưng chúng tôi vẫn sẽ sử dụng chúng để so sánh sự khác biệt trong triết lý kiến trúc.

![Bản đồ toàn cảnh lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng gốc tốt nhất?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2340d8a61251ba55c370d74178eec53e.webp(

Hai, Chuỗi Tăng Cường Song Song EVM: Đột Phá Ranh Giới Hiệu Suất Trong Sự Tương Thích

Kiến trúc xử lý tuần tự của Ethereum đã trải qua nhiều vòng thử nghiệm mở rộng như phân đoạn, Rollup, kiến trúc mô-đun, nhưng nút thắt về thông lượng ở lớp thực thi vẫn chưa có bước đột phá căn bản. Tuy nhiên, EVM và Solidity vẫn là nền tảng hợp đồng thông minh có cơ sở phát triển và tiềm năng sinh thái mạnh mẽ nhất hiện nay. Do đó, chuỗi tăng cường song song EVM đang trở thành một hướng quan trọng trong tiến trình mở rộng mới, vừa đảm bảo tính tương thích sinh thái vừa nâng cao hiệu suất thực thi. Monad và MegaETH là những dự án đại diện nhất cho hướng đi này, lần lượt từ việc thực thi trì hoãn và phân giải trạng thái, xây dựng kiến trúc xử lý song song EVM hướng đến các kịch bản có độ cạnh tranh cao và thông lượng lớn.

) Phân tích cơ chế tính toán song song của Monad

Monad là một blockchain Layer1 hiệu suất cao được thiết kế lại cho máy ảo Ethereum ###EVM(, dựa trên nguyên lý xử lý theo dạng ống )Pipelining(, thực hiện đồng thời bất đồng bộ ở lớp đồng thuận )Asynchronous Execution(, và thực hiện song song lạc quan ở lớp thực thi )Optimistic Parallel Execution(. Ngoài ra, ở lớp đồng thuận và lưu trữ, Monad lần lượt giới thiệu giao thức BFT hiệu suất cao )MonadBFT( và hệ thống cơ sở dữ liệu chuyên dụng )MonadDB(, thực hiện tối ưu hóa từ đầu đến cuối.

Pipelining: Cơ chế thực thi song song nhiều giai đoạn

Pipelining là khái niệm cơ bản của việc thực thi song song trong Monad, với ý tưởng cốt lõi là chia quy trình thực thi blockchain thành nhiều giai đoạn độc lập và xử lý các giai đoạn này song song, hình thành cấu trúc ống chảy đa chiều, mỗi giai đoạn chạy trên các luồng hoặc lõi độc lập, đạt được xử lý đồng thời qua các khối, cuối cùng đạt được hiệu quả nâng cao thông lượng và giảm độ trễ. Các giai đoạn này bao gồm: đề xuất giao dịch )Propose(, đạt được đồng thuận )Consensus(, thực thi giao dịch )Execution( và gửi khối )Commit(.

Thực thi bất đồng bộ: Đồng thuận - Thực thi tách rời bất đồng bộ

Trong chuỗi truyền thống, sự đồng thuận và thực hiện giao dịch thường là quy trình đồng bộ, mô hình tuần tự này nghiêm trọng hạn chế khả năng mở rộng hiệu suất. Monad thông qua "thực hiện bất đồng bộ" đã đạt được sự đồng thuận bất đồng bộ, thực hiện bất đồng bộ và lưu trữ bất đồng bộ. Giảm đáng kể thời gian khối )block time( và độ trễ xác nhận, làm cho hệ thống trở nên linh hoạt hơn, quy trình xử lý phân tách hơn, và tỷ lệ sử dụng tài nguyên cao hơn.

Thiết kế cốt lõi:

• Quy trình đồng thuận ) lớp đồng thuận ( chỉ chịu trách nhiệm sắp xếp giao dịch, không thực thi logic hợp đồng.
• Quá trình thực hiện ) lớp thực thi ( sẽ được kích hoạt không đồng bộ sau khi hoàn thành đồng thuận.
• Sau khi hoàn thành đồng thuận, ngay lập tức vào quy trình đồng thuận của khối tiếp theo, không cần chờ hoàn thành thực thi.

Thực thi song song lạc quan:乐观并行执行

Ethereum truyền thống sử dụng mô hình tuần tự nghiêm ngặt cho việc thực hiện giao dịch để tránh xung đột trạng thái. Trong khi đó, Monad áp dụng chiến lược "thực thi song song lạc quan", tăng tốc độ xử lý giao dịch một cách đáng kể.

Cơ chế thực hiện:

• Monad sẽ thực hiện tất cả các giao dịch song song một cách lạc quan, giả định rằng hầu hết các giao dịch không có xung đột trạng thái.
• Chạy một ")Conflict Detector(" để giám sát xem các giao dịch có truy cập cùng một trạng thái ) như xung đột đọc/ghi ( hay không.
• Nếu phát hiện xung đột, giao dịch xung đột sẽ được tuần tự hóa và thực hiện lại để đảm bảo tính chính xác của trạng thái.

Monad đã chọn con đường tương thích: giảm thiểu sự thay đổi quy tắc EVM, trong quá trình thực thi thông qua việc trì hoãn ghi trạng thái và phát hiện xung đột động để đạt được song song, giống như phiên bản hiệu suất của Ethereum, có độ trưởng thành tốt dễ dàng thực hiện việc di chuyển hệ sinh thái EVM, là bộ tăng tốc song song của thế giới EVM.

![Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng gốc tốt nhất?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dc016502755a30d5a95a8134f7586162.webp(

) Phân tích cơ chế tính toán song song của MegaETH

Khác với định vị L1 của Monad, MegaETH được định vị là một lớp thực thi song song hiệu suất cao, tương thích với EVM, có thể hoạt động như một blockchain L1 độc lập hoặc như một lớp tăng cường thực thi trên Ethereum ###Execution Layer( hoặc thành phần mô-đun. Mục tiêu thiết kế cốt lõi của nó là phân tách logic tài khoản, môi trường thực thi và trạng thái thành các đơn vị tối thiểu có thể lập lịch độc lập, nhằm đạt được khả năng thực thi đồng thời cao trong chuỗi và khả năng phản hồi chậm. Sáng kiến chính mà MegaETH đề xuất bao gồm: Kiến trúc Micro-VM + State Dependency DAG)đồ thị phụ thuộc trạng thái không chu trình định hướng( và cơ chế đồng bộ mô-đun, cùng nhau xây dựng một hệ thống thực thi song song hướng tới "đa luồng trong chuỗi".

Micro-VM) máy ảo vi mô ( kiến trúc: tài khoản chính là luồng

MegaETH đã giới thiệu mô hình thực thi "một máy ảo vi mô cho mỗi tài khoản )Micro-VM(", biến môi trường thực thi thành "đa luồng", cung cấp đơn vị cách ly tối thiểu cho việc lập lịch song song. Những máy ảo này giao tiếp với nhau thông qua tin nhắn bất đồng bộ )Asynchronous Messaging(, thay vì gọi đồng bộ, cho phép nhiều máy ảo thực thi độc lập và lưu trữ độc lập, tự nhiên song song.

State Dependency DAG: Cơ chế lập lịch dựa trên đồ thị phụ thuộc

MegaETH xây dựng một hệ thống lập lịch DAG dựa trên mối quan hệ truy cập trạng thái tài khoản, hệ thống duy trì một đồ thị phụ thuộc toàn cầu )Dependency Graph( theo thời gian thực, mỗi giao dịch sẽ mô hình hóa những tài khoản nào được sửa đổi, đọc những tài khoản nào, tất cả đều được xây dựng thành các mối quan hệ phụ thuộc. Các giao dịch không xung đột có thể được thực hiện song song trực tiếp, các giao dịch có mối quan hệ phụ thuộc sẽ được lên lịch theo thứ tự topo hoặc bị hoãn lại. Đồ thị phụ thuộc đảm bảo tính nhất quán trạng thái và không ghi lại nhiều lần trong quá trình thực hiện song song.

Thực thi bất đồng bộ và cơ chế callback

B

Tóm lại, MegaETH đã phá vỡ mô hình máy trạng thái đơn luồng EVM truyền thống, hiện thực hóa bao bọc vi máy ảo theo đơn vị tài khoản, thực hiện lập lịch giao dịch thông qua đồ thị phụ thuộc trạng thái, và thay thế ngăn xếp gọi đồng bộ bằng cơ chế thông điệp bất đồng bộ. Đây là một nền tảng tính toán song song được thiết kế lại toàn diện từ "cấu trúc tài khoản → kiến trúc lập lịch → quy trình thực thi", cung cấp một tư duy mới ở cấp độ chuẩn để xây dựng hệ thống chuỗi cao hiệu suất thế hệ tiếp theo.

MegaETH đã chọn con đường tái cấu trúc: hoàn toàn trừu tượng hóa tài khoản và hợp đồng thành VM độc lập, giải phóng tiềm năng song song tối đa thông qua lập lịch thực thi bất đồng bộ. Về lý thuyết, giới hạn song song của MegaETH cao hơn, nhưng cũng khó kiểm soát độ phức tạp, giống như một hệ điều hành phân phối siêu việt dưới triết lý Ethereum.

![Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng gốc tốt nhất?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c4a4c4309574e45f679b2585d42ea16.webp(

Thiết kế của Monad và MegaETH có sự khác biệt lớn với ý tưởng phân đoạn )Sharding(: Phân đoạn chia blockchain thành nhiều chuỗi con độc lập )phân đoạn Shards(, mỗi chuỗi con chịu trách nhiệm cho một phần giao dịch và trạng thái, phá vỡ giới hạn của chuỗi đơn trong việc mở rộng ở cấp độ mạng; trong khi đó, Monad và MegaETH đều giữ nguyên tính toàn vẹn của chuỗi đơn, chỉ mở rộng theo chiều ngang ở lớp thực thi, tối ưu hóa việc thực thi song song cực hạn bên trong chuỗi đơn để cải thiện hiệu suất. Cả hai đại diện cho hai hướng trong con đường mở rộng blockchain: tăng cường theo chiều dọc và mở rộng theo chiều ngang.

![Bản đồ toàn cảnh lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng bản địa tốt nhất?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-562daa8ae6acba834ef937bf88a742f0.webp(

Các dự án tính toán song song như Monad và MegaETH chủ yếu tập trung vào tối ưu hóa thông lượng, với mục tiêu cốt lõi là nâng cao TPS trên chuỗi, thông qua việc thực hiện trì hoãn )Deferred Execution( và kiến trúc vi máy )Micro-VM( để thực hiện xử lý song song ở cấp giao dịch hoặc tài khoản. Trong khi đó, Pharos Network là một mạng blockchain L1 mô-đun, toàn diện và song song, cơ chế tính toán song song cốt lõi của nó được gọi là "Rollup Mesh". Kiến trúc này hỗ trợ môi trường đa máy ảo )EVM và Wasm( thông qua sự hợp tác giữa mạng chính và mạng xử lý đặc biệt )SPNs(, và tích hợp các công nghệ tiên tiến như chứng minh không kiến thức )ZK(, môi trường thực thi đáng tin cậy )TEE(.

Phân tích cơ chế tính toán song song Rollup Mesh:

1. Xử lý dòng đời bất đồng bộ toàn diện )Full Lifecycle Asynchronous Pipelining(: Pharos tách rời các giai đoạn của giao dịch ) như đồng thuận, thực thi, lưu trữ( và áp dụng phương pháp xử lý bất đồng bộ, cho phép mỗi giai đoạn có thể tiến hành độc lập và song song, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể.
2. Thực thi song song VM )Dual VM Parallel Execution(: Pharos hỗ trợ hai môi trường máy ảo EVM và WASM, cho phép các nhà phát triển chọn môi trường thực thi phù hợp theo nhu cầu. Kiến trúc VM kép này không chỉ nâng cao tính linh hoạt của hệ thống mà còn cải thiện khả năng xử lý giao dịch thông qua thực thi song song.
3. Xử lý mạng đặc biệt )SPNs(: SPNs là thành phần quan trọng trong kiến trúc Pharos, tương tự như mạng con mô-đun, được thiết kế đặc biệt để xử lý các loại nhiệm vụ hoặc ứng dụng cụ thể. Thông qua SPNs, Pharos có thể thực hiện phân bổ tài nguyên động và xử lý nhiệm vụ song song, từ đó tăng cường khả năng mở rộng và hiệu suất của hệ thống.
4. Đồng thuận mô-đun và cơ chế tái đặt cược)Modular Consensus & Restaking(: Pharos đã giới thiệu một cách linh hoạt