تقرير بحثي عن العمق في الحوسبة المتوازية في Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي
المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية
منذ نشأة نظام blockchain، واجهت هذه المشكلة الأساسية المتعلقة بالتوسع. تعتبر قيود الأداء في Bitcoin و Ethereum أقل بكثير من أنظمة Web2 التقليدية. هذه ليست مشكلة يمكن حلها ببساطة عن طريق إضافة خوادم، بل تنبع من القيود النظامية في تصميم blockchain الأساسي - "صعوبة التوازن بين اللامركزية، والأمان، وقابلية التوسع".
على مدار عشر سنوات، شهدنا عددًا لا يحصى من محاولات التوسع، من صراع توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup وسلاسل الكتل المودولية. على الرغم من أن Rollup كحل توسيع رئيسي حاليًا قد حقق زيادة كبيرة في TPS، إلا أنه لم يصل إلى الحد الأقصى الحقيقي لأداء "سلسلة واحدة" في الطبقة الأساسية للبلوكشين، لا سيما أن الطبقة التنفيذية لا تزال مقيدة بالحساب التسلسلي داخل السلسلة.
أصبح الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تدريجياً محور تركيز الصناعة. إنه يحاول إعادة بناء محرك التنفيذ بشكل جذري مع الحفاظ على ذرة السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات بالتتابع" إلى "نظام عالي التزامن يعتمد على تعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى تحسينات في معدل نقل البيانات بمئات المرات، بل قد يصبح أيضًا الأساس الرئيسي لانتشار تطبيقات العقود الذكية.
تتحدي الحسابات المتوازية النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، وتعاد تعريف المنطق الأساسي لتجميع المعاملات، والوصول إلى الحالة، وعلاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. هدفها ليس فقط تحسين الإنتاجية، بل أيضًا توفير دعم بنية تحتية مستدامة حقًا لتطبيقات Web3 الأصلية في المستقبل.
بعد أن أصبحت المسارات في Rollup متجانسة، أصبحت المعالجة المتوازية داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. هذه ليست مجرد مسابقة تقنية، بل هي معركة على النماذج. من المحتمل أن يتم ولادة الجيل القادم من منصات التنفيذ السيادية في عالم Web3 من هذه المواجهة في المعالجة المتوازية داخل السلسلة.
خريطة نمط التوسع: خمس طرق، كل منها له تركيزه الخاص
تعتبر التوسعة واحدة من أهم وأطول المواضيع التي يصعب حلها في تطور تقنيات السلاسل العامة، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع مسارات التكنولوجيا الرئيسية تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية حول "كيفية جعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" من صراع حجم الكتلة في البيتكوين، وأدت في النهاية إلى تفرع خمسة مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار من زوايا مختلفة الاختناق، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، وسيناريوهات الاستخدام.
النوع الأول من المسارات هو توسيع السلسلة على الإنترنت بشكل مباشر، ويتمثل ذلك في زيادة حجم الكتل، وتقليل وقت إنتاج الكتل، أو من خلال تحسين هياكل البيانات وآليات الإجماع لزيادة القدرة على المعالجة. يحتفظ هذا الأسلوب ببساطة التوافق في السلسلة الواحدة، مما يجعله سهل الفهم والنشر، ولكنه أيضًا عرضة لمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وزيادة صعوبة المزامنة، مما يمثل حدودًا نظامية. لذلك، لم يعد يعتبر الحل الأساسي السائد في تصاميم اليوم، بل أصبح أكثر تكاملًا كدعم لآليات أخرى.
النوع الثاني من المسارات هو توسيع خارج السلسلة، وتمثيله هو قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية لهذه المسارات هي نقل معظم أنشطة التداول إلى خارج السلسلة، وكتابة النتائج النهائية فقط على السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة تسوية نهائية. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تمتد نظريًا بلا حدود في السعة، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات خارج السلسلة، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعلات، وغيرها من المشكلات تحد من استخدامها.
النوع الثالث من المسارات هو المسار الأكثر شعبية والأكثر انتشارًا حاليًا وهو مسار Layer2 Rollup. يتم تحقيق التوسع من خلال تنفيذ خارج السلسلة والتحقق داخل السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا خاصة: الأول يحقق سرعة عالية وتوافق مرتفع، ولكن هناك مشكلات تتعلق بفترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال؛ بينما الثاني يتمتع بأمان قوي وقدرة جيدة على ضغط البيانات، لكنه معقد في التطوير ويفتقر إلى التوافق مع EVM.
النوع الرابع من المسارات هو بنية blockchain المعيارية التي ظهرت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia و Avail و EigenLayer. تدعو هذه الاتجاهات إلى فصل الوظائف الأساسية لل blockchain - التنفيذ، الإجماع، توفر البيانات، التسوية - بشكل كامل، بحيث تقوم سلاسل متخصصة متعددة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم تجميعها بواسطة بروتوكولات عبر السلاسل لتشكيل شبكة قابلة للتوسع.
آخر نوع من المسارات هو مسار تحسين الحساب المتوازي داخل السلسلة. على عكس الأنواع الأربعة السابقة التي تركز بشكل رئيسي على "التقسيم الأفقي" من منظور هيكلي، فإن الحساب المتوازي يركز على "الترقية الرأسية"، أي من خلال تغيير بنية محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة، لتحقيق المعالجة المتزامنة للمعاملات الذرية. سولانا هي من أوائل المشاريع التي قامت بتطبيق مفهوم VM المتوازي على مستوى النظام السلسلي. بينما تحاول المشاريع من الجيل الجديد مثل Monad وSei وFuel وMegaETH، الذهاب خطوة أبعد من خلال إدخال تنفيذ متسلسل، تزامن متفائل، تقسيم التخزين، وفك ارتباط متوازي، لبناء نواة تنفيذ عالية الأداء شبيهة بالـ CPU الحديثة.
خريطة تصنيف الحوسبة المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى التعليمات
في سياق التطور المستمر لتقنيات توسيع نطاق blockchain، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي لاختراق الأداء. بدءًا من نموذج التنفيذ، وبمراجعة تطور هذا السلالة التكنولوجية، يمكننا تنظيم خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى خمسة مسارات تقنية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملات، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه المسارات الخمسة تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي ليست فقط عملية مستمرة لتفصيل المنطق المتوازي، بل أيضًا مسار يتصاعد فيه تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.
أول ظهور للتوازي على مستوى الحسابات هو النموذج الذي تمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم فك الارتباط بين الحسابات والحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعات الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تضارب. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان لا تتداخل، يمكن تنفيذها بشكل متزامن على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة للغاية لمعالجة المعاملات ذات الهيكل الواضح والمدخلات والمخرجات الواضحة، خاصةً برامج DeFi وغيرها من المسارات القابلة للتنبؤ. لكن فرضيتها الطبيعية هي أن الوصول إلى الحسابات قابل للتنبؤ، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه بشكل ثابت، مما يجعلها تواجه مشاكل في التنفيذ الحذر وانخفاض التوازي عند مواجهة عقود ذكية معقدة.
استنادًا إلى نموذج الحساب، نتعمق في مستوى التقنية المتوازية على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريداً دلالياً للموارد والوحدات، حيث يتم جدولة التزامن بوحدات "كائنات الحالة" ذات الدقة الأكثر. تعد Aptos وSui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصة الأخير الذي من خلال نظام الأنواع الخطية للغة Move، يقوم بتعريف ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في تعارض الوصول إلى الموارد في وقت التنفيذ. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنة بالتوازي على مستوى الحساب، حيث يمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة الحالة الأكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي مشاهد ذات درجة عالية من التباين مثل الألعاب، الشبكات الاجتماعية، والذكاء الاصطناعي.
العمق في مستوى المعاملات هو الاتجاه الذي تستكشفه الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء، مثل Monad وSei وFuel. لم يعد هذا الطريق يعتبر الحالة أو الحساب كأصغر وحدة توازي، بل يبني مخطط الاعتماد حول المعاملة التجارية نفسها. ينظر إلى المعاملة كعملية ذرية، من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي لبناء مخطط المعاملات، ويعتمد على المجدول لتنفيذ التدفق المتوازي. يسمح هذا التصميم للنظام بتحقيق أقصى استفادة من التوازي دون الحاجة إلى فهم كامل لهيكل الحالة الأساسية. Monad مميز بشكل خاص، حيث يجمع بين التحكم المتفائل في التوازي، جدولة التدفق المتوازي، والتنفيذ غير المرتب، وهي تقنيات حديثة لمحركات قواعد البيانات، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نموذج "مجند GPU".
وأما التوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يدمج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية، ساعيًا لتحقيق اختراق كامل للقيود الثابتة لتنفيذ تسلسل EVM. MegaETH، باعتبارها "تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام الإيثيريوم البيئي، تحاول من خلال إعادة تصميم EVM دعم تنفيذ العقود الذكية عبر خيوط متعددة متزامنة. يتم ذلك على المستوى الأساسي من خلال آليات التنفيذ المجزأ، والفصل بين الحالات، والاستدعاءات غير المتزامنة، مما يسمح لكل عقد بالتشغيل المستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ومع الاستفادة من طبقة المزامنة المتوازية لضمان التناسق النهائي.
آخر نوع من المسارات، أي المسار الأكثر دقة والأعلى من حيث عتبة التقنية، هو التوازي على مستوى التعليمات. تستند فكرته إلى التنفيذ غير المتسق في تصميمات وحدة المعالجة المركزية الحديثة وخط أنابيب التعليمات. تفترض هذه الفلسفة أنه نظرًا لأن كل عقدة ذكية تُترجم في النهاية إلى تعليمات بايت، فمن الممكن تمامًا جدولة وتحليل كل عملية وإعادة ترتيبها بشكل متوازي كما هو الحال مع تنفيذ مجموعة تعليمات x86 بواسطة وحدة المعالجة المركزية. لقد أدخل فريق Fuel بالفعل نموذج تنفيذ قابل لإعادة الترتيب على مستوى التعليمات في FuelVM، وعلى المدى الطويل، بمجرد أن تحقق محركات تنفيذ سلسلة الكتل تنفيذًا متنبئًا و ديناميكيًا يعتمد على التعليمات، ستصل درجة التوازي إلى الحد الأقصى النظري.
تحليل عميق للمسارين الرئيسيين: Monad vs MegaETH
في المسارات المتعددة لتطور الحوسبة المتوازية، فإن خطي التقنية الرئيسيين الأكثر تركيزًا والأعلى صوتًا والأكثر اكتمالًا في السرد في السوق الحالية، هما بلا شك "بناء سلسلة الحوسبة المتوازية من الصفر" الذي يمثله Monad و"ثورة الحوسبة المتوازية داخل EVM" الذي يمثله MegaETH. هذان الاتجاهان ليسا فقط الأكثر كثافة من حيث استثمار مهندسي التشفير الحاليين في البحث والتطوير، بل هما أيضًا الرمزان الأكثر تحديدًا في سباق أداء الكمبيوترات في Web3.
Monad هو "المؤمن المطلق" بالبرمجة، فلسفة تصميمه ليست بهدف التوافق مع EVM الحالي، بل تستلهم من قواعد البيانات الحديثة وأنظمة النوى المتعددة عالية الأداء، لإعادة تعريف طريقة التشغيل الأساسية لمحرك تنفيذ blockchain. يعتمد نظام التكنولوجيا الأساسي له على التحكم بالتوازي المتفائل، جدولة DAG للمعاملات، التنفيذ غير المرتب، ومعالجة الدفعات، وهي آليات ناضجة في مجال قواعد البيانات، وتهدف إلى رفع أداء معالجة المعاملات في الشبكة إلى مستوى مليون TPS. في بنية Monad، يتم فصل تنفيذ المعاملات وترتيبها تمامًا، حيث يقوم النظام أولاً بإنشاء رسم بياني للاعتماد على المعاملات، ثم يتم تسليمه إلى المجدول لإجراء التنفيذ المتوازي. تُعتبر جميع المعاملات وحدات ذرية للمعاملات، ولديها مجموعات قراءة وكتابة واضحة ولقطات حالة، حيث يقوم المجدول بالتنفيذ المتفائل بناءً على رسم بياني الاعتماد، وعند حدوث تعارض يتم التراجع وإعادة التنفيذ.
وأهم ما في الأمر هو أن Monad لم تتخل عن التوافق مع EVM. إنها تدعم المطورين لكتابة العقود بلغة Solidity من خلال طبقة وسيطة مشابهة لـ"لغة وسيطة متوافقة مع Solidity"، بينما تقوم بتحسين اللغة الوسيطة وجدولة التوازي في محرك التنفيذ. هذه الاستراتيجية التصميمية "توافق سطحي، وإعادة بناء تحتية" تجعلها تحتفظ بصداقتها لمطوري نظام الإيثيريوم، وفي الوقت نفسه تطلق أقصى إمكانات التنفيذ الأساسية، وهي استراتيجية تقنية نموذجية لـ"ابتلاع EVM، ثم إعادة بنائه".
على عكس موقف "بناة العالم الجديد" من Monad، يعتبر MegaETH نوعًا مختلفًا تمامًا من المشاريع، حيث يختار الانطلاق من العالم الحالي للإيثيريوم لتحقيق زيادة كبيرة في كفاءة التنفيذ بتكلفة تغيرات طفيفة للغاية. لا يقوم MegaETH بإلغاء معيار EVM، بل يسعى لدمج القدرة على الحوسبة المتوازية في محرك تنفيذ EVM الحالي، ليصنع نسخة مستقبلية "EVM متعددة النواة". تعتمد المبادئ الأساسية على إعادة هيكلة شاملة لنموذج تنفيذ تعليمات EVM الحالي، مما يمنحها القدرة على العزل على مستوى الخيوط، والتنفيذ غير المتزامن على مستوى العقود، واكتشاف تعارضات الوصول إلى الحالة، مما يسمح بتشغيل العديد من العقود الذكية في نفس الكتلة في وقت واحد، ودمج تغييرات الحالة في النهاية. يتطلب هذا النموذج من المطورين عدم الحاجة إلى تغيير العقود الحالية بلغة Solidity، ولا يتطلب استخدام لغات أو أدوات جديدة، بل من خلال نشر نفس العقود على سلسلة MegaETH، يمكنهم الحصول على فوائد أداء كبيرة.
تتمثل الاختراقات الأساسية في MegaETH في آلية جدولة متعددة الخيوط لـ VM الخاصة بها. يستخدم EVM التقليدي نموذج تنفيذ خيطي أحادي قائم على المكدس، حيث يتم تنفيذ كل تعليمة بشكل خطي، ويجب أن تحدث تحديثات الحالة بشكل متزامن. ومع ذلك، تقوم MegaETH بكسر هذه النمط، حيث أدخلت آلية استدعاء غير متزامن وعزل سياق التنفيذ، مما يتيح تنفيذ "سياقات EVM المتزامنة" في وقت واحد. يمكن لكل عقدة استدعاء منطقتها المنطقية في خيط مستقل، وعندما يتم تقديم الحالة النهائية، يتم إجراء كشف التعارض والتقارب على الحالة من خلال طبقة مزامنة متوازية. تشبه هذه الآلية كثيرًا نموذج الخيوط المتعددة لـ JavaScript في المتصفحات الحديثة، حيث تحتفظ بتحديد سلوك الخيط الرئيسي، بينما تقدم آلية جدولة عالية الأداء غير متزامنة في الخلفية.
الأهم من ذلك، اختار MegaETH الربط بعمق مع نظام إيثريوم البيئي، ومن المحتمل أن تكون نقطة هبوطه الرئيسية في المستقبل على شبكة EVM L2 Rollup معينة، مثل Optimism أو Base أو
شاهد النسخة الأصلية
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
تسجيلات الإعجاب 8
أعجبني
8
5
مشاركة
تعليق
0/400
TokenDustCollector
· 07-30 08:30
هل فهمت السلسلة مرة أخرى من الاستفادة من الاتجاهات؟
شاهد النسخة الأصليةرد0
OfflineNewbie
· 07-30 08:30
كيف أن كل من يقوم بتوسيع السعة يصبح أكثر تعقيدًا من الآخر
شاهد النسخة الأصليةرد0
SnapshotLaborer
· 07-30 08:28
مرة أخرى، هل علينا توسيع السعة؟ إن صنع العجلات لا يتوقف أبدًا.
شاهد النسخة الأصليةرد0
GweiTooHigh
· 07-30 08:09
تدور بسرعة كبيرة جدًا، حتى أن L2 لا تستطيع المواكبة.
استكشاف خمسة مسارات للحوسبة المتوازية في Web3: الحل النهائي للتوسع الأصلي
تقرير بحثي عن العمق في الحوسبة المتوازية في Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي
المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية
منذ نشأة نظام blockchain، واجهت هذه المشكلة الأساسية المتعلقة بالتوسع. تعتبر قيود الأداء في Bitcoin و Ethereum أقل بكثير من أنظمة Web2 التقليدية. هذه ليست مشكلة يمكن حلها ببساطة عن طريق إضافة خوادم، بل تنبع من القيود النظامية في تصميم blockchain الأساسي - "صعوبة التوازن بين اللامركزية، والأمان، وقابلية التوسع".
على مدار عشر سنوات، شهدنا عددًا لا يحصى من محاولات التوسع، من صراع توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup وسلاسل الكتل المودولية. على الرغم من أن Rollup كحل توسيع رئيسي حاليًا قد حقق زيادة كبيرة في TPS، إلا أنه لم يصل إلى الحد الأقصى الحقيقي لأداء "سلسلة واحدة" في الطبقة الأساسية للبلوكشين، لا سيما أن الطبقة التنفيذية لا تزال مقيدة بالحساب التسلسلي داخل السلسلة.
أصبح الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تدريجياً محور تركيز الصناعة. إنه يحاول إعادة بناء محرك التنفيذ بشكل جذري مع الحفاظ على ذرة السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات بالتتابع" إلى "نظام عالي التزامن يعتمد على تعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى تحسينات في معدل نقل البيانات بمئات المرات، بل قد يصبح أيضًا الأساس الرئيسي لانتشار تطبيقات العقود الذكية.
تتحدي الحسابات المتوازية النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، وتعاد تعريف المنطق الأساسي لتجميع المعاملات، والوصول إلى الحالة، وعلاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. هدفها ليس فقط تحسين الإنتاجية، بل أيضًا توفير دعم بنية تحتية مستدامة حقًا لتطبيقات Web3 الأصلية في المستقبل.
بعد أن أصبحت المسارات في Rollup متجانسة، أصبحت المعالجة المتوازية داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. هذه ليست مجرد مسابقة تقنية، بل هي معركة على النماذج. من المحتمل أن يتم ولادة الجيل القادم من منصات التنفيذ السيادية في عالم Web3 من هذه المواجهة في المعالجة المتوازية داخل السلسلة.
خريطة نمط التوسع: خمس طرق، كل منها له تركيزه الخاص
تعتبر التوسعة واحدة من أهم وأطول المواضيع التي يصعب حلها في تطور تقنيات السلاسل العامة، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع مسارات التكنولوجيا الرئيسية تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية حول "كيفية جعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" من صراع حجم الكتلة في البيتكوين، وأدت في النهاية إلى تفرع خمسة مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار من زوايا مختلفة الاختناق، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، وسيناريوهات الاستخدام.
النوع الأول من المسارات هو توسيع السلسلة على الإنترنت بشكل مباشر، ويتمثل ذلك في زيادة حجم الكتل، وتقليل وقت إنتاج الكتل، أو من خلال تحسين هياكل البيانات وآليات الإجماع لزيادة القدرة على المعالجة. يحتفظ هذا الأسلوب ببساطة التوافق في السلسلة الواحدة، مما يجعله سهل الفهم والنشر، ولكنه أيضًا عرضة لمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وزيادة صعوبة المزامنة، مما يمثل حدودًا نظامية. لذلك، لم يعد يعتبر الحل الأساسي السائد في تصاميم اليوم، بل أصبح أكثر تكاملًا كدعم لآليات أخرى.
النوع الثاني من المسارات هو توسيع خارج السلسلة، وتمثيله هو قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية لهذه المسارات هي نقل معظم أنشطة التداول إلى خارج السلسلة، وكتابة النتائج النهائية فقط على السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة تسوية نهائية. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تمتد نظريًا بلا حدود في السعة، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات خارج السلسلة، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعلات، وغيرها من المشكلات تحد من استخدامها.
النوع الثالث من المسارات هو المسار الأكثر شعبية والأكثر انتشارًا حاليًا وهو مسار Layer2 Rollup. يتم تحقيق التوسع من خلال تنفيذ خارج السلسلة والتحقق داخل السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا خاصة: الأول يحقق سرعة عالية وتوافق مرتفع، ولكن هناك مشكلات تتعلق بفترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال؛ بينما الثاني يتمتع بأمان قوي وقدرة جيدة على ضغط البيانات، لكنه معقد في التطوير ويفتقر إلى التوافق مع EVM.
النوع الرابع من المسارات هو بنية blockchain المعيارية التي ظهرت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia و Avail و EigenLayer. تدعو هذه الاتجاهات إلى فصل الوظائف الأساسية لل blockchain - التنفيذ، الإجماع، توفر البيانات، التسوية - بشكل كامل، بحيث تقوم سلاسل متخصصة متعددة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم تجميعها بواسطة بروتوكولات عبر السلاسل لتشكيل شبكة قابلة للتوسع.
آخر نوع من المسارات هو مسار تحسين الحساب المتوازي داخل السلسلة. على عكس الأنواع الأربعة السابقة التي تركز بشكل رئيسي على "التقسيم الأفقي" من منظور هيكلي، فإن الحساب المتوازي يركز على "الترقية الرأسية"، أي من خلال تغيير بنية محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة، لتحقيق المعالجة المتزامنة للمعاملات الذرية. سولانا هي من أوائل المشاريع التي قامت بتطبيق مفهوم VM المتوازي على مستوى النظام السلسلي. بينما تحاول المشاريع من الجيل الجديد مثل Monad وSei وFuel وMegaETH، الذهاب خطوة أبعد من خلال إدخال تنفيذ متسلسل، تزامن متفائل، تقسيم التخزين، وفك ارتباط متوازي، لبناء نواة تنفيذ عالية الأداء شبيهة بالـ CPU الحديثة.
خريطة تصنيف الحوسبة المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى التعليمات
في سياق التطور المستمر لتقنيات توسيع نطاق blockchain، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي لاختراق الأداء. بدءًا من نموذج التنفيذ، وبمراجعة تطور هذا السلالة التكنولوجية، يمكننا تنظيم خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى خمسة مسارات تقنية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملات، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه المسارات الخمسة تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي ليست فقط عملية مستمرة لتفصيل المنطق المتوازي، بل أيضًا مسار يتصاعد فيه تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.
أول ظهور للتوازي على مستوى الحسابات هو النموذج الذي تمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم فك الارتباط بين الحسابات والحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعات الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تضارب. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان لا تتداخل، يمكن تنفيذها بشكل متزامن على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة للغاية لمعالجة المعاملات ذات الهيكل الواضح والمدخلات والمخرجات الواضحة، خاصةً برامج DeFi وغيرها من المسارات القابلة للتنبؤ. لكن فرضيتها الطبيعية هي أن الوصول إلى الحسابات قابل للتنبؤ، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه بشكل ثابت، مما يجعلها تواجه مشاكل في التنفيذ الحذر وانخفاض التوازي عند مواجهة عقود ذكية معقدة.
استنادًا إلى نموذج الحساب، نتعمق في مستوى التقنية المتوازية على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريداً دلالياً للموارد والوحدات، حيث يتم جدولة التزامن بوحدات "كائنات الحالة" ذات الدقة الأكثر. تعد Aptos وSui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصة الأخير الذي من خلال نظام الأنواع الخطية للغة Move، يقوم بتعريف ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في تعارض الوصول إلى الموارد في وقت التنفيذ. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنة بالتوازي على مستوى الحساب، حيث يمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة الحالة الأكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي مشاهد ذات درجة عالية من التباين مثل الألعاب، الشبكات الاجتماعية، والذكاء الاصطناعي.
العمق في مستوى المعاملات هو الاتجاه الذي تستكشفه الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء، مثل Monad وSei وFuel. لم يعد هذا الطريق يعتبر الحالة أو الحساب كأصغر وحدة توازي، بل يبني مخطط الاعتماد حول المعاملة التجارية نفسها. ينظر إلى المعاملة كعملية ذرية، من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي لبناء مخطط المعاملات، ويعتمد على المجدول لتنفيذ التدفق المتوازي. يسمح هذا التصميم للنظام بتحقيق أقصى استفادة من التوازي دون الحاجة إلى فهم كامل لهيكل الحالة الأساسية. Monad مميز بشكل خاص، حيث يجمع بين التحكم المتفائل في التوازي، جدولة التدفق المتوازي، والتنفيذ غير المرتب، وهي تقنيات حديثة لمحركات قواعد البيانات، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نموذج "مجند GPU".
وأما التوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يدمج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية، ساعيًا لتحقيق اختراق كامل للقيود الثابتة لتنفيذ تسلسل EVM. MegaETH، باعتبارها "تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام الإيثيريوم البيئي، تحاول من خلال إعادة تصميم EVM دعم تنفيذ العقود الذكية عبر خيوط متعددة متزامنة. يتم ذلك على المستوى الأساسي من خلال آليات التنفيذ المجزأ، والفصل بين الحالات، والاستدعاءات غير المتزامنة، مما يسمح لكل عقد بالتشغيل المستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ومع الاستفادة من طبقة المزامنة المتوازية لضمان التناسق النهائي.
آخر نوع من المسارات، أي المسار الأكثر دقة والأعلى من حيث عتبة التقنية، هو التوازي على مستوى التعليمات. تستند فكرته إلى التنفيذ غير المتسق في تصميمات وحدة المعالجة المركزية الحديثة وخط أنابيب التعليمات. تفترض هذه الفلسفة أنه نظرًا لأن كل عقدة ذكية تُترجم في النهاية إلى تعليمات بايت، فمن الممكن تمامًا جدولة وتحليل كل عملية وإعادة ترتيبها بشكل متوازي كما هو الحال مع تنفيذ مجموعة تعليمات x86 بواسطة وحدة المعالجة المركزية. لقد أدخل فريق Fuel بالفعل نموذج تنفيذ قابل لإعادة الترتيب على مستوى التعليمات في FuelVM، وعلى المدى الطويل، بمجرد أن تحقق محركات تنفيذ سلسلة الكتل تنفيذًا متنبئًا و ديناميكيًا يعتمد على التعليمات، ستصل درجة التوازي إلى الحد الأقصى النظري.
تحليل عميق للمسارين الرئيسيين: Monad vs MegaETH
في المسارات المتعددة لتطور الحوسبة المتوازية، فإن خطي التقنية الرئيسيين الأكثر تركيزًا والأعلى صوتًا والأكثر اكتمالًا في السرد في السوق الحالية، هما بلا شك "بناء سلسلة الحوسبة المتوازية من الصفر" الذي يمثله Monad و"ثورة الحوسبة المتوازية داخل EVM" الذي يمثله MegaETH. هذان الاتجاهان ليسا فقط الأكثر كثافة من حيث استثمار مهندسي التشفير الحاليين في البحث والتطوير، بل هما أيضًا الرمزان الأكثر تحديدًا في سباق أداء الكمبيوترات في Web3.
Monad هو "المؤمن المطلق" بالبرمجة، فلسفة تصميمه ليست بهدف التوافق مع EVM الحالي، بل تستلهم من قواعد البيانات الحديثة وأنظمة النوى المتعددة عالية الأداء، لإعادة تعريف طريقة التشغيل الأساسية لمحرك تنفيذ blockchain. يعتمد نظام التكنولوجيا الأساسي له على التحكم بالتوازي المتفائل، جدولة DAG للمعاملات، التنفيذ غير المرتب، ومعالجة الدفعات، وهي آليات ناضجة في مجال قواعد البيانات، وتهدف إلى رفع أداء معالجة المعاملات في الشبكة إلى مستوى مليون TPS. في بنية Monad، يتم فصل تنفيذ المعاملات وترتيبها تمامًا، حيث يقوم النظام أولاً بإنشاء رسم بياني للاعتماد على المعاملات، ثم يتم تسليمه إلى المجدول لإجراء التنفيذ المتوازي. تُعتبر جميع المعاملات وحدات ذرية للمعاملات، ولديها مجموعات قراءة وكتابة واضحة ولقطات حالة، حيث يقوم المجدول بالتنفيذ المتفائل بناءً على رسم بياني الاعتماد، وعند حدوث تعارض يتم التراجع وإعادة التنفيذ.
وأهم ما في الأمر هو أن Monad لم تتخل عن التوافق مع EVM. إنها تدعم المطورين لكتابة العقود بلغة Solidity من خلال طبقة وسيطة مشابهة لـ"لغة وسيطة متوافقة مع Solidity"، بينما تقوم بتحسين اللغة الوسيطة وجدولة التوازي في محرك التنفيذ. هذه الاستراتيجية التصميمية "توافق سطحي، وإعادة بناء تحتية" تجعلها تحتفظ بصداقتها لمطوري نظام الإيثيريوم، وفي الوقت نفسه تطلق أقصى إمكانات التنفيذ الأساسية، وهي استراتيجية تقنية نموذجية لـ"ابتلاع EVM، ثم إعادة بنائه".
على عكس موقف "بناة العالم الجديد" من Monad، يعتبر MegaETH نوعًا مختلفًا تمامًا من المشاريع، حيث يختار الانطلاق من العالم الحالي للإيثيريوم لتحقيق زيادة كبيرة في كفاءة التنفيذ بتكلفة تغيرات طفيفة للغاية. لا يقوم MegaETH بإلغاء معيار EVM، بل يسعى لدمج القدرة على الحوسبة المتوازية في محرك تنفيذ EVM الحالي، ليصنع نسخة مستقبلية "EVM متعددة النواة". تعتمد المبادئ الأساسية على إعادة هيكلة شاملة لنموذج تنفيذ تعليمات EVM الحالي، مما يمنحها القدرة على العزل على مستوى الخيوط، والتنفيذ غير المتزامن على مستوى العقود، واكتشاف تعارضات الوصول إلى الحالة، مما يسمح بتشغيل العديد من العقود الذكية في نفس الكتلة في وقت واحد، ودمج تغييرات الحالة في النهاية. يتطلب هذا النموذج من المطورين عدم الحاجة إلى تغيير العقود الحالية بلغة Solidity، ولا يتطلب استخدام لغات أو أدوات جديدة، بل من خلال نشر نفس العقود على سلسلة MegaETH، يمكنهم الحصول على فوائد أداء كبيرة.
تتمثل الاختراقات الأساسية في MegaETH في آلية جدولة متعددة الخيوط لـ VM الخاصة بها. يستخدم EVM التقليدي نموذج تنفيذ خيطي أحادي قائم على المكدس، حيث يتم تنفيذ كل تعليمة بشكل خطي، ويجب أن تحدث تحديثات الحالة بشكل متزامن. ومع ذلك، تقوم MegaETH بكسر هذه النمط، حيث أدخلت آلية استدعاء غير متزامن وعزل سياق التنفيذ، مما يتيح تنفيذ "سياقات EVM المتزامنة" في وقت واحد. يمكن لكل عقدة استدعاء منطقتها المنطقية في خيط مستقل، وعندما يتم تقديم الحالة النهائية، يتم إجراء كشف التعارض والتقارب على الحالة من خلال طبقة مزامنة متوازية. تشبه هذه الآلية كثيرًا نموذج الخيوط المتعددة لـ JavaScript في المتصفحات الحديثة، حيث تحتفظ بتحديد سلوك الخيط الرئيسي، بينما تقدم آلية جدولة عالية الأداء غير متزامنة في الخلفية.
الأهم من ذلك، اختار MegaETH الربط بعمق مع نظام إيثريوم البيئي، ومن المحتمل أن تكون نقطة هبوطه الرئيسية في المستقبل على شبكة EVM L2 Rollup معينة، مثل Optimism أو Base أو