Relatório de Pesquisa Profunda sobre Cálculo Paralelo Web3: O Caminho Supremo para Escalabilidade Nativa

I. Introdução: A escalabilidade é um tema eterno, e a paralelização é o campo de batalha final

Desde o seu surgimento, os sistemas de blockchain enfrentam problemas de escalabilidade. A capacidade de processamento de transações do Bitcoin e do Ethereum é limitada, não conseguindo atender à demanda de aplicações em grande escala. Nos últimos dez anos, a indústria tentou várias soluções de escalabilidade, desde a escalabilidade em cadeia até Layer 2, desde canais de estado até Rollup. O Rollup tornou-se o paradigma de escalabilidade dominante atualmente, mas ainda não alcançou o verdadeiro limite de "desempenho de uma única cadeia" na camada base da blockchain.

O cálculo paralelo dentro da cadeia está gradualmente entrando na visão da indústria. Ao contrário da expansão fora da cadeia, o cálculo paralelo dentro da cadeia tenta reestruturar o motor de execução, atualizando a blockchain de "execução de transações uma a uma em série" para um sistema de alta concorrência de "multithreading + pipeline + agendamento de dependências". Isso não só pode alcançar um aumento de capacidade de centenas de vezes, mas também pode se tornar a condição chave para a explosão de aplicações de contratos inteligentes.

A computação paralela desafia o modelo fundamental da execução de contratos inteligentes, redefinindo a lógica básica do empacotamento de transações, acesso ao estado, relações de chamadas e layout de armazenamento. O seu objetivo é fornecer suporte de infraestrutura sustentável para aplicações nativas do Web3 no futuro. A paralelização on-chain está a tornar-se a variável decisiva na competição do novo ciclo Layer1, e a próxima geração de plataformas de execução soberana do mundo Web3 pode nascer deste embate.

Dois, panorama do paradigma de escalabilidade: cinco tipos de rotas, cada uma com seu foco

A escalabilidade, como um dos tópicos mais importantes na evolução da tecnologia de blockchain pública, gerou o surgimento e a evolução de quase todos os caminhos tecnológicos principais na última década. Atualmente, foram formadas cinco grandes rotas básicas:

1. Escalabilidade on-chain: aumento do tamanho do bloco, redução do tempo de criação do bloco, etc. A vantagem é manter a consistência da cadeia única, mas é fácil tocar em riscos de centralização.

2. Expansão fora da cadeia: canais de estado e cadeias laterais. Transferir transações para fora da cadeia, escrevendo apenas o resultado final na cadeia principal. Teoricamente, a capacidade de processamento pode ser expandida infinitamente, mas existem problemas de confiança e segurança.

3. Layer2 Rollup: Execução fora da cadeia, verificação na cadeia. Atualmente, a solução de escalabilidade mais popular, mas existem problemas como a dependência da disponibilidade de dados.

4. Blockchain modular: desacoplar as funções principais da blockchain, permitindo que várias cadeias especializadas realizem diferentes funções. Flexível, mas com alta complexidade.

5. Cálculo paralelo dentro da cadeia: através da alteração da arquitetura do motor de execução, implementar o processamento concorrente de transações atomizadas. É necessário reescrever a lógica de agendamento da VM, introduzindo mecanismos de agendamento de sistemas informáticos modernos.

As cinco categorias de caminhos têm diferentes enfoques, refletindo o equilíbrio entre desempenho, combinabilidade, segurança e complexidade de desenvolvimento no blockchain. A paralelização dentro da cadeia foca na atualização fundamental da camada de execução, tentando atingir os limites de desempenho dos sistemas distribuídos modernos sem comprometer a consistência interna da cadeia.

Três, Mapa de Classificação de Computação Paralela: As Cinco Principais Rotas de Conta a Instrução

As tecnologias de computação paralela podem ser divididas em cinco caminhos:

1. Parallelo a nível de conta: representado pelo Solana, baseado no design de desacoplamento de conta-estado, determina conflitos através da análise estática do conjunto de contas envolvidas nas transações.

2. Paralelismo a nível de objeto: como Aptos e Sui, introduz a abstração semântica de recursos e módulos, agendando em unidades de "objetos de estado" com um grau mais fino.

3. Paralelismo a nível de transação: Explorações de Monad, Sei, Fuel, etc., construindo um gráfico de dependência em torno de toda a transação, realizando execução em fluxo concorrente.

4. Paralelismo a nível de máquina virtual: como o MegaETH, incorpora a capacidade de execução concorrente na lógica de agendamento de instruções a nível de VM.

5. Paralelismo a nível de instrução: inspirando-se na ideia de execução fora de ordem dos CPUs modernos, realizar análise de agendamento e reordenação paralela para cada operação.

Desde a conta até à instrução, a granularidade paralela é constantemente refinada, aumentando a complexidade do sistema e a dificuldade de agendamento. Este processo de evolução marca a transição do modelo de computação em blockchain de um livro-razão de consenso sequencial tradicional para um ambiente de execução distribuída de alto desempenho.

Quatro, Análise Profunda das Duas Principais Pistas: Monad vs MegaETH

As rotas técnicas principais em foco no mercado atualmente são Monad e MegaETH.

Monad representa "construir cadeias de computação paralela a partir do zero". A sua filosofia de design é redefinir o motor de execução de blockchain, inspirando-se nas tecnologias de banco de dados modernas, para alcançar um desempenho em nível de milhões de TPS. Os mecanismos centrais incluem controle de concorrência otimista, agendamento de transações em DAG, execução fora de ordem, entre outros. Monad mantém a compatibilidade com EVM, podendo tornar-se a camada de execução ideal para Layer 2 Rollup.

MegaETH representa "Revolução de Paralelismo Dentro do EVM". Ele opta por implementar capacidades de paralelismo sobre a base existente do EVM, introduzindo uma pilha de chamadas assíncronas e um mecanismo de isolamento de contexto de execução. Este design é mais amigável para o ecossistema Ethereum e pode se tornar um plugin acelerador de desempenho para redes EVM L2.

Ambos representam diferentes rotas para a tecnologia paralela: Monad busca uma quebra de paradigma, reconstruindo toda a arquitetura de execução; MegaETH busca uma otimização progressiva, promovendo melhorias de desempenho com respeito às restrições ecológicas existentes. Eles se destinam a diferentes grupos de desenvolvedores e visões ecológicas, podendo formar uma complementaridade no futuro dentro de uma arquitetura de blockchain modular.

Cinco, Oportunidades e Desafios Futuros da Computação Paralela

As oportunidades trazidas pela computação paralela para o Web3 incluem:

1. Remover o teto de aplicação, suportar novas aplicações como GameFi e AI Agent com alta interação em cadeia.

2. Impulsionar a reconfiguração dos paradigmas de desenvolvimento e das cadeias de ferramentas, gerando uma nova geração de estruturas de contratos inteligentes paralelos.

3. Fornecer suporte de camada de execução de alto desempenho para blockchains modular.

No entanto, a computação paralela também enfrenta desafios:

1. O desafio técnico da garantia de consistência de concorrência de estado e do tratamento de conflitos de transação.

2. O modelo de segurança do ambiente de execução multithread ainda não está maduro.

3. A migração do ecossistema de desenvolvedores e o problema da barreira cognitiva.

O futuro da computação paralela é tanto uma vitória da engenharia de sistemas quanto um teste de design ecológico. Ele redefinirá a essência da blockchain, tornando-se um potencial ponto de viragem para o paradigma de computação Web3.

VI. Conclusão: A computação paralela é o melhor caminho para a escalabilidade nativa do Web3?

Embora a computação paralela tenha uma grande dificuldade de implementação, pode ser o caminho de escalabilidade mais próximo da essência da blockchain. Ela quebra os gargalos de desempenho ao reconstruir o próprio modelo de execução, mantendo ao mesmo tempo o modelo de confiança central da blockchain. Este tipo de escalabilidade "nativa da cadeia" reserva um solo sustentável de desempenho para aplicações complexas na cadeia.

A computação paralela reconfigura a "alma da cadeia". Embora não seja um atalho para vencer a curto prazo, pode ser o único caminho sustentável para a verdadeira evolução do Web3 a longo prazo. Estamos a testemunhar uma transição arquitetónica semelhante à mudança de CPUs de núcleo único para sistemas operativos de múltiplos núcleos; a forma primitiva de um sistema operativo nativo do Web3 pode estar escondida nestes experimentos paralelos dentro das cadeias.