Глибина дослідження паралельних обчислень Web3: кінцевий шлях нативного масштабування

Одне. Вступ: Розширення є вічною темою, паралельність - остаточне поле битви

Блокчейн-системи з моменту свого виникнення стикаються з ключовою проблемою масштабування. Продуктивнісні обмеження біткоїна та ефіру важко подолати, що яскраво контрастує з традиційними системами Web2. Це не питання простого збільшення кількості серверів, а наслідок системних обмежень у базовому дизайні блокчейну.

Протягом останніх десяти років галузь пережила кілька спроб масштабування: від суперечок щодо масштабування Bitcoin до шардінгу Ethereum, від стану каналів до Rollup. Rollup, як нинішнє основне рішення для масштабування, хоча й підвищив TPS, все ще не досягнув справжнього максимуму "однокомплектної продуктивності" блокчейну.

Паралельні обчислення в ланцюгу поступово виходять на передній план. Вони намагаються повністю перебудувати виконавчий двигун, зберігаючи атомарність одного ланцюга, оновлюючи блокчейн із "однопотокового режиму" до "системи високої конкурентності обчислень". Це не тільки може забезпечити сотні разів підвищення пропускної спроможності, але й може стати ключем до вибуху застосувань смарт-контрактів.

Насправді, Web2 вже давно широко використовує паралельне програмування, асинхронне планування та інші оптимізаційні моделі. А блокчейн, як більш консервативна обчислювальна система, так і не зміг повністю використати ці ідеї. Нові ланцюги, такі як Solana, першими впровадили паралельність, тоді як проекти, такі як Monad, MegaETH, далі досліджують механізми конвеєрного виконання, оптимістичної паралельності та інші.

Можна сказати, що паралельні обчислення — це не лише оптимізація продуктивності, а й парадигмальний поворот у моделі виконання блокчейну. Вони переосмислюють основну логіку, таку як упакування транзакцій, доступ до стану та інше. Якщо Rollup — це "перенесення виконання за межі ланцюга", то паралельність у ланцюзі — це "будівництво ядра суперкомп'ютера", що забезпечує стійку інфраструктуру для майбутніх додатків Web3.

Після зближення в секторі Rollup, паралельна обробка в межах ланцюга стає вирішальним фактором у конкуренції Layer1 нового циклу. Це не лише технологічна гонка, а й боротьба за парадигми. Наступне покоління платформ суверенного виконання в світі Web3, швидше за все, виникне з цієї боротьби.

Два. Панорама парадигми розширення: п'ять типів маршрутів, кожен з яких має свої акценти

Розширення як основна тема еволюції технологій публічних ланцюгів сприяло появі майже всіх основних технологічних шляхів за останнє десятиліття. Ця гонка "зробити ланцюг швидшим" врешті-решт розділилася на п'ять основних напрямків, кожен з яких має свої акценти:

1. Масштабування в ланцюгу: безпосереднє збільшення розміру блоку, скорочення часу блокування тощо. Легко реалізується, але підвищує ризики централізації, наразі часто використовується як допоміжне рішення.

2. Розширення поза ланцюгом: такі як канали стану, бічні ланцюги. Можуть суттєво підвищити пропускну здатність, але стикаються з проблемами довірчої моделі, безпеки коштів тощо.

3. Layer2 Rollup: Найбільш популярне рішення для масштабування на сьогодні. Масштабування реалізується через виконання поза ланцюгом та верифікацію на ланцюзі.

4. Модульний блокчейн: розділення основних функцій блокчейну, виконуваних кількома спеціалізованими ланцюгами, які виконують різні функції. Гнучкий, але підвищує витрати на синхронізацію між системами.

5. Паралельність в ланцюзі: шляхом зміни архітектури виконавчого двигуна реалізується паралельна обробка транзакцій в ланцюзі. Необхідно переписати логіку планування ВМ, впровадити сучасний механізм планування комп'ютерів.

Ці п'ять категорій шляхів відображають компроміс між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю в блокчейні. Кожне рішення має свої переваги та недоліки, що разом формують панораму оновлення обчислювальної парадигми Web3.

Три. Класифікаційна карта паралельних обчислень: п’ять основних шляхів від облікового запису до інструкції

Паралельні обчислення як глибока оптимізація виконавчого рівня можуть бути поділені на п'ять технічних шляхів:

1. Рівень облікового запису паралельність: на прикладі Solana, базуючись на розділенні облікового запису та стану, визначається, чи існують конфлікти між транзакціями.

2. Об'єктний рівень паралелізму: такі як Aptos та Sui, вводять концепцію "об'єктів стану" для більш тонкого управління.

3. Рівень паралелізму транзакцій: такі як Monad, Sei, навколо всієї транзакції будують граф залежностей, виконуючи паралельні потоки.

4. Паралелізм на рівні віртуальної машини: наприклад, MegaETH, вбудовує можливості паралелізму в логіку планування інструкцій на рівні віртуальної машини.

5. Інструкційний рівень паралельності: використовуючи концепцію сучасних ЦП з неупорядкованим виконанням, проводити аналіз розподілу та паралельного переставляння для кожної операції.

Ці п’ять типів шляхів від грубої до тонкої градації відображають уточнення паралельної логіки та збільшення складності системи. Вони позначають перехід моделі обчислень блокчейну від традиційної консенсусної книги до високопродуктивного розподіленого середовища виконання.

Чотири, детальний аналіз двох основних напрямків: Monad проти MegaETH

Поточні ринкові акценти зосереджені на двох основних технологічних напрямках: Monad та MegaETH.

Monad використовує маршрут "реформістського" підходу, черпаючи натхнення з сучасних систем бази даних, радикально переосмислюючи виконавчий механізм блокчейну. Його основні технології включають оптимістичний контроль паралелізму, планування транзакцій DAG тощо, з метою досягнення мільйонів TPS. Monad зберігає сумісність з Solidity, реалізуючи "поверхневу сумісність, глибоку реконструкцію" через проміжний мовний шар.

MegaETH йде шляхом "сумісності", намагаючись інтегрувати паралельні можливості на основі існуючого EVM. Він не змінює синтаксис Solidity, а перебудовує модель виконання інструкцій EVM, вводячи ізоляцію на рівні потоків, асинхронне виконання та інші механізми. Такий підхід є більш дружнім до екосистеми Ethereum і має перспективи першочергового впровадження в L2 Rollup.

Обидва вони представляють собою два підходи до паралельних технологій: Monad прагне до парадигмального прориву, MegaETH прагне до поступової оптимізації. Вони відповідно підходять для різних груп розробників та екологічних візій, у майбутньому можуть утворити взаємодоповнюючість у модульній архітектурі блокчейнів.

5 Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

Паралельні обчислення відкрили нові можливості для Web3:

1. Зняття стелі застосування: стають можливими ігри на ланцюгу з високою частотою взаємодії, реальні AI-агенти тощо.

2. Перепроектування розробницьких парадигм: паралельне мислення змінить моделі проектування смарт-контрактів, породжуючи нові інструментальні набори.

3. Модульна співпраця: Паралельні обчислення можуть формувати високопродуктивну архітектуру з іншими модульними компонентами (, такими як Celestia, EigenLayer ).

Проте, паралельні обчислення також стикаються з багатьма викликами:

1. Технічні проблеми: гарантія узгодженості стану, стратегії обробки конфліктів тощо все ще потребують прориву.

2. Загроза безпеці: нові вектори атак, що виникають в багатопоточному середовищі, потребують реагування.

3. Екологічна міграція: готовність розробників адаптуватися до нової парадигми є ключовою.

4. Поріг усвідомлення: як знизити поріг використання паралельних обчислень є ключем до їх популяризації.

Шість. Висновок: Паралельні обчислення — це найкращий шлях для нативного масштабування Web3?

Хоча реалізація паралельних обчислень є складною, це може бути найближчим до суті блокчейну шляхом масштабування. Воно в основному реконструює модель виконання, зберігаючи при цьому основну модель довіри блокчейну. Цей спосіб масштабування, "рідний для ланцюга", залишає стійкий простір для продуктивності для складних застосувань у майбутньому.

Ми стаємо свідками переходу від однопроцесорних до багатопроцесорних ОС. Паралельні обчислення реконструюють не лише "архітектуру ланцюга", а й "душу ланцюга". Хоча це не є короткостроковим шляхом до успіху, це, мабуть, єдиний стійкий правильний відповідь у тривалому еволюційного процесі Web3. Можливо, форма нативної операційної системи Web3 вже прихована у цих паралельних експериментах у ланцюгах.