Отчет о глубоких исследованиях параллельных вычислений Web3: Ультимативный путь родного масштабирования

Один. Введение: Масштабирование — это вечная тема, параллелизм — конечное поле боя

С момента своего появления блокчейн-системы сталкиваются с проблемой масштабирования. Способности обработки транзакций Bitcoin и Ethereum ограничены, что не позволяет удовлетворить потребности в масштабных приложениях. За последние десять лет в отрасли было испытано множество решений для масштабирования, от расширения на уровне цепочки до Layer 2, от канала состояния до Rollup. Rollup стал текущей основной парадигмой масштабирования, но все еще не достиг истинного предела "одноканальной производительности" блокчейна.

Параллельные вычисления внутри цепочки постепенно входят в поле зрения отрасли. В отличие от расширения вне цепочки, параллельные вычисления внутри цепочки пытаются реконструировать исполняющий движок, модернизируя блокчейн с "последовательного выполнения транзакций" на "многопоточную + конвейерную + зависимостное планирование" высокопроизводительную систему. Это не только может обеспечить увеличение пропускной способности в сотни раз, но и может стать ключевым условием для взрыва применения смарт-контрактов.

Параллельные вычисления ставят под сомнение основную модель выполнения смарт-контрактов, переопределяя основную логику упаковки транзакций, доступа к состоянию, отношений вызова и структуры хранения. Его цель - предоставить устойчивую инфраструктурную поддержку для нативных приложений Web3 будущего. Параллельные вычисления в блокчейне становятся решающей переменной в новом цикле конкуренции Layer1, и следующее поколение суверенных платформ выполнения в мире Web3, возможно, родится из этой борьбы.

II. Панорама парадигм расширения: пять типов маршрутов, каждый с акцентом

Масштабирование, как одна из самых важных тем в эволюции технологий публичных блокчейнов, стало причиной появления и эволюции почти всех основных технологических путей за последние десять лет. В настоящее время сформированы пять основных направлений:

1. Масштабирование на цепочке: увеличение размера блока, сокращение времени создания блока и т.д. Преимущество в том, что сохраняется согласованность одной цепи, но это может привести к рискам централизации.

2. Внешнее расширение: каналы состояния и побочные цепи. Перемещение транзакций вне цепи, запись только конечного результата в основную цепь. Теоретически может бесконечно увеличивать пропускную способность, но существуют проблемы доверия и безопасности.

3. Layer2 Rollup: выполнение вне цепи, верификация на цепи. В настоящее время это самый популярный план масштабирования, но существуют проблемы, такие как зависимость от доступности данных.

4. Модульная блокчейн: разделение основных функций блокчейна, выполнение различных функций несколькими специализированными цепями. Гибкий, но с высокой сложностью.

5. Параллельные вычисления в цепочке: осуществление параллельной обработки атомарных транзакций путем изменения архитектуры исполняющего движка. Необходимо переписать логику планирования VM и внедрить современные механизмы планирования компьютерных систем.

Эти пять типов путей имеют свои акценты и отражают компромисс между производительностью, композируемостью, безопасностью и сложностью разработки в блокчейне. Внутреннее параллельное выполнение сосредотачивается на коренном обновлении уровня исполнения, пытаясь приблизиться к предельной производительности современных распределенных систем без ущерба для внутренней согласованности.

Три. Классификация параллельных вычислений: пять основных путей от аккаунта до инструкции

Параллельные вычислительные технологии можно разделить на пять путей:

1. Уровень параллелизма аккаунтов: на примере Solana, основанный на декомпозиции аккаунта и состояния, определяет конфликты через статический анализ наборов аккаунтов, задействованных в транзакциях.

2. Объектно-ориентированное параллельное выполнение: такие как Aptos и Sui, вводят семантическую абстракцию ресурсов и модулей, чтобы планировать на основе более тонких "объектов состояния".

3. Уровень параллелизма транзакций: Исследования Monada, Sei, Fuel и других, построение графа зависимостей вокруг всей транзакционной операции, выполнение параллельных потоков.

4. Параллелизм на уровне виртуальной машины: например, MegaETH, встроенная способность к параллельному выполнению в логику планирования команд на уровне VM.

5. Уровень командной параллельности: заимствование идей современного CPU с внеочередным выполнением, анализ планирования каждой операции и параллельная переработка.

От аккаунта до команды, степень параллелизма постоянно уточняется, что приводит к увеличению сложности системы и трудности планирования. Этот процесс эволюции знаменует собой переход модели вычислений блокчейна от традиционной консенсусной книги с полной последовательностью к высокопроизводительной распределенной среде выполнения.

Четыре, глубокое понимание двух основных конкурентных направлений: Monad против MegaETH

Текущие две основные технические линии, на которые сосредоточен рынок, это Monad и MegaETH.

Monad представляет собой "параллельную вычислительную цепочку, построенную с нуля". Его философия проектирования заключается в переопределении блока исполнения блокчейна, заимствуя современные технологии баз данных для достижения производительности уровня миллиона TPS. Основные механизмы включают оптимистичное управление конкурентностью, планирование транзакций DAG, неупорядоченное выполнение и т.д. Monad сохраняет совместимость с EVM и может стать идеальным уровнем исполнения для Layer 2 Rollup.

MegaETH представляет "революцию внутренней параллельности EVM". Он выбирает реализацию параллельных возможностей на основе существующего EVM, вводя асинхронный стек вызовов и механизм изоляции контекста выполнения. Эта концепция более дружелюбна к экосистеме Ethereum и может стать ускорителем производительности для сетей EVM L2.

Они представляют собой разные пути параллельных технологий: Monad стремится к парадигменному прорыву, восстанавливая всю архитектуру выполнения; MegaETH стремится к прогрессивной оптимизации, повышая производительность с учетом существующих экосистемных ограничений. Они ориентированы на разные группы разработчиков и экосистемные видения, и в будущем могут дополнить друг друга в модульной архитектуре блокчейна.

Пять, Будущие возможности и вызовы параллельных вычислений

Возможности, которые параллельные вычисления приносят Web3, включают:

1. Снять потолок для приложений, поддерживающих высокочастотные взаимодействия на блокчейне, такие как GameFi, AI Agent и другие новые типы приложений.

2. Стимулирование пересмотра парадигм разработки и инструментальных цепочек, что приводит к появлению нового поколения параллельных смарт-контрактных фреймворков.

3. Обеспечение поддержки высокопроизводительного слоя выполнения для модульных блокчейнов.

Однако параллельные вычисления также сталкиваются с вызовами:

1. Техническая проблема гарантии согласованности состояния и обработки конфликтов транзакций.

2. Модель безопасности многопоточной среды выполнения еще не成熟.

3. Проблема миграции экосистемы разработчиков и порога осведомленности.

Будущее параллельных вычислений — это не только победа системной инженерии, но и испытание экологического дизайна. Оно переопределит суть блокчейна и станет потенциальным поворотным моментом в вычислительной парадигме Web3.

Шесть, Заключение: Является ли параллельные вычисления лучшим путем для нативного масштабирования Web3?

Параллельные вычисления, хотя и сложны в реализации, могут быть самым близким к сути блокчейна путем масштабирования. Они преодолевают узкие места производительности, реконструируя саму модель исполнения, сохраняя при этом основную модель доверия блокчейна. Этот способ масштабирования, "родившийся на цепи", оставляет устойчивую почву для сложных приложений на цепи.

Параллельные вычисления реконструируют "душу цепи". Хотя это не краткосрочный путь к успеху, это может быть единственным устойчивым правильным путем в долгосрочной эволюции Web3. Мы становимся свидетелями перехода от однопроцессорных ЦП к многопроцессорным ОС, и примеры коренных операционных систем Web3, возможно, скрыты в этих параллельных экспериментах внутри цепей.