Глибоке дослідження паралельних обчислень Web3: остаточний шлях рідного масштабування

Один, передмова: розширення є вічною темою, паралельність - остаточне поле бою

З моменту свого виникнення блокчейн-системи стикаються з проблемою масштабування. Обробка транзакцій біткоїна та ефіріуму обмежена і не може задовольнити потреби масштабних застосувань. Протягом останнього десятиліття індустрія спробувала різні рішення для масштабування, від масштабування на ланцюзі до Layer 2, від каналів стану до Rollup. Rollup став нинішньою основною парадигмою масштабування, але все ще не досяг справжнього максимуму "одноланцевої продуктивності" блокчейну.

Паралельні обчислення в ланцюгу поступово входять у фокус індустрії. На відміну від розширення поза ланцюгом, паралельні обчислення в ланцюгу намагаються реконструювати виконавчий двигун, оновлюючи блокчейн з "послідовного виконання транзакцій" на "паралельні потоки + конвеєр + планування залежностей" висококонкурентної системи. Це не лише може забезпечити збільшення пропускної здатності в сотні разів, але також може стати ключовою передумовою для вибухового зростання застосувань смарт-контрактів.

Паралельні обчислення кидають виклик основним моделям виконання смарт-контрактів, переосмислюючи основну логіку упаковки транзакцій, доступу до стану, відносин викликів і розташування пам'яті. Їхня мета полягає в забезпеченні стійкої інфраструктурної підтримки для майбутніх нативних додатків Web3. Паралелізм у ланцюгу стає вирішальним фактором конкуренції Layer1 нового циклу, і наступна генерація суверенних платформ виконання в світі Web3 може виникнути з цієї боротьби.

Два, панорама парадигми масштабування: п'ять типів маршрутів, кожен з яких має свої особливості

Розширення, як одна з найважливіших тем еволюції технології публічних ланцюгів, стало причиною появи та еволюції майже всіх основних технологічних шляхів за останні десять років. Наразі сформувалося п’ять основних напрямків:

1. Масштабування на ланцюзі: збільшення розміру блоку, скорочення часу створення блоку тощо. Перевага полягає в збереженні односистемної узгодженості, але це може призвести до ризику централізації.

2. Розширення поза ланцюгом: канали стану та бічні ланцюги. Переміщення угод поза ланцюгом, запис лише остаточного результату в основний ланцюг. Теоретично може безмежно розширювати пропускну здатність, але існують проблеми довіри та безпеки.

3. Layer2 Rollup: виконання поза ланцюгом, верифікація в ланцюзі. Наразі це найпопулярніше рішення для масштабування, але існують проблеми залежності від доступності даних.

4. Модульний блокчейн: розділення основних функцій блокчейну, виконуваних кількома спеціалізованими ланцюгами для виконання різних функцій. Гнучкий, але з високою складністю.

5. Паралельні обчислення в ланцюгу: реалізація паралельної обробки атомарних транзакцій шляхом зміни архітектури виконувального двигуна. Необхідно переписати логіку планування віртуальної машини, впровадивши сучасні механізми планування комп'ютерних систем.

Ці п'ять типів шляхів мають свої акценти, відображаючи компроміс між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю розробки в блокчейні. Паралельність у ланцюзі орієнтується на фундаментальне оновлення виконавчого рівня, намагаючись наблизитися до межі продуктивності сучасних розподілених систем без порушення узгодженості в ланцюзі.

Три, класифікаційна карта паралельних обчислень: п'ять основних шляхів від облікового запису до інструкції

Паралельні обчислювальні технології можна розділити на п’ять шляхів:

1. Рівень облікового запису паралельно: на прикладі Solana, на основі розділення облікового запису та стану, через статичний аналіз набору облікових записів, що беруть участь у транзакціях, визначають конфлікти.

2. Об'єктний рівень паралелізму: такі як Aptos та Sui, вводять семантичну абстракцію ресурсів та модулів, для планування за одиницями "стану об'єктів" більш дрібного масштабу.

3. Паралелізм на рівні транзакцій: дослідження Monad, Sei, Fuel тощо, побудова графу залежностей навколо всієї транзакції та виконання конвеєрної обробки.

4. Паралелізм на рівні віртуальної машини: як MegaETH, вбудовувати можливість паралельного виконання в логіку планування інструкцій на базовому рівні ВМ.

5. Інструкційний рівень паралелізму: запозичуючи ідеї сучасного ЦПУ з випадковим виконанням, проводити аналіз розкладання та паралельну перестановку кожної операції.

Від облікового запису до команди, паралельна гранулярність постійно уточнюється, складність системи та складність планування постійно зростають. Цей еволюційний процес знаменує перехід моделі обчислень блокчейну від традиційного повного порядкового консенсусного реєстру до високопродуктивного розподіленого виконавчого середовища.

Чотири, глибоке розуміння двох основних напрямків: Monad проти MegaETH

Поточні основні технологічні напрямки, на які зосереджено ринок, це Monad та MegaETH.

Monad представляє собою "паралельний обчислювальний ланцюг, побудований з нуля". Його філософія дизайну полягає у повторному визначенні виконавчого механізму блокчейну, запозичуючи сучасні технології баз даних, для досягнення продуктивності на рівні мільйонів TPS. Основні механізми включають оптимістичний контроль конкурентності, планування транзакцій DAG, виконання в порядку, що не визначено. Monad зберігає сумісність з EVM і може стати ідеальним виконавчим рівнем для Layer 2 Rollup.

MegaETH представляє "революцію паралелізму всередині EVM". Він обирає реалізацію паралельних можливостей на основі існуючого EVM, впроваджуючи асинхронний виклик стеку та механізм ізоляції контексту виконання. Такий дизайн є більш дружнім до екосистеми Ethereum і може стати плагіном для прискорення продуктивності мережі EVM L2.

Обидва вони представляють різні шляхи паралельних технологій: Monad прагне до парадигмального прориву, відновлюючи всю архітектуру виконання; MegaETH прагне до поступової оптимізації, підвищуючи продуктивність на базі поваги до існуючих екологічних обмежень. Вони орієнтовані на різні групи розробників та екологічні бачення, в майбутньому можуть утворити доповнення в модульній архітектурі блокчейну.

5 Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

Можливості, які паралельні обчислення приносять для Web3, включають:

1. Відкриття верхньої межі застосування, підтримка нових типів застосувань, таких як GameFi, AI Agent тощо, які потребують високочастотної взаємодії на ланцюгу.

2. Сприяти перетворенню парадигми розробки та інструментів, що спричинить появу нового покоління паралельних смарт-контрактних фреймворків.

3. Забезпечення підтримки високопродуктивного виконувального рівня для модульних блокчейнів.

Однак паралельні обчислення також стикаються з викликами:

1. Технічні проблеми забезпечення одночасної узгодженості стану та обробки конфліктів транзакцій.

2. Модель безпеки середовища виконання з багатопоточністю ще не дозріла.

3. Проблема міграції екосистеми розробників та порогу усвідомлення.

Майбутнє паралельних обчислень є не лише перемогою системної інженерії, але й випробуванням екологічного дизайну. Воно переосмислить суть блокчейну, ставши потенційним поворотним моментом обчислювальної парадигми Web3.

Шість, висновок: Чи є паралельні обчислення найкращим шляхом для рідної масштабованості Web3?

Хоча реалізація паралельних обчислень є складною, це може бути найприроднішим шляхом масштабування, що відповідає суті блокчейну. Воно долає продуктивні обмеження, зберігаючи основну модель довіри блокчейну, шляхом реконструкції самої моделі виконання. Цей спосіб масштабування, "природжений у ланцюгу", залишає стійке середовище для продуктивності складних децентралізованих застосувань.

Паралельні обчислення реконструюють "душу ланцюга". Хоча це не є короткочасним шляхом до успіху, це може бути єдиним сталим правильним шляхом у довгостроковій еволюції Web3. Ми стаємо свідками стрибка в архітектурі, подібного до переходу від однопроцесорного ЦП до багатопроцесорної ОС, перші ознаки нативної операційної системи Web3, ймовірно, приховані в цих паралельних експериментах у ланцюгах.