Laporan Penelitian Kedalaman Komputasi Paralel Web3: Jalur Ultimasi untuk Skalabilitas Asli

Pendahuluan: Skalabilitas adalah isu abadi, dan paralelisme adalah medan perang terakhir

Sejak lahirnya sistem blockchain, isu inti tentang skalabilitas telah menjadi tantangan. Bottleneck kinerja Bitcoin dan Ethereum jauh lebih rendah dibandingkan dengan sistem Web2 tradisional. Ini bukan masalah yang bisa diselesaikan hanya dengan menambah server, melainkan berasal dari batasan sistemik dalam desain dasar blockchain - "desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas" yang merupakan dilema tiga sulit.

Selama sepuluh tahun terakhir, kami telah menyaksikan berbagai upaya skalabilitas, dari perselisihan skalabilitas Bitcoin hingga sharding Ethereum, dari saluran status hingga Rollup dan blockchain modular. Rollup sebagai solusi skalabilitas utama saat ini, meskipun telah meningkatkan TPS secara signifikan, namun belum mencapai batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya di lapisan dasar blockchain, terutama di tingkat eksekusi yang masih terbatas oleh komputasi serial di dalam rantai.

Perhitungan paralel dalam rantai semakin menjadi fokus industri. Ini berusaha untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil mempertahankan atomisitas rantai tunggal, mengupgrade blockchain dari "eksekusi transaksi secara serial satu per satu" menjadi sistem konkuren tinggi "multi-threading + pipeline + penjadwalan ketergantungan". Ini tidak hanya dapat membawa peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi fondasi kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Komputasi paralel menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar, mendefinisikan kembali logika dasar pengemasan transaksi, akses status, hubungan panggilan, dan tata letak penyimpanan. Tujuannya bukan hanya untuk meningkatkan throughput, tetapi juga untuk menyediakan dukungan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan bagi aplikasi asli Web3 di masa depan.

Setelah jalur Rollup menjadi semakin homogen, paralel dalam rantai menjadi variabel penentu dalam persaingan Layer1 di siklus baru. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga pertempuran paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan besar akan lahir dari pertempuran paralel dalam rantai ini.

Pemandangan Paradigma Perluasan: Lima Jenis Rute, Masing-Masing Memiliki Fokus Tersendiri

Skalabilitas sebagai salah satu topik yang paling penting, paling berkelanjutan, dan paling sulit dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi utama dalam dekade terakhir. Dimulai dari perselisihan ukuran blok Bitcoin, kompetisi teknologi tentang "bagaimana membuat rantai berjalan lebih cepat", pada akhirnya membagi menjadi lima jalur dasar, masing-masing dengan pendekatan berbeda terhadap hambatan, memiliki filosofi teknologi, kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario aplikasi masing-masing.

Rute kelas pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, dengan praktik yang diwakili seperti meningkatkan ukuran blok, memperpendek waktu blok, atau meningkatkan kemampuan pemrosesan melalui optimasi struktur data dan mekanisme konsensus. Cara ini mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga sangat rentan terhadap risiko sentralisasi, meningkatnya biaya operasi node, dan kesulitan sinkronisasi yang meningkat, sehingga dalam desain saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang mainstream, tetapi lebih menjadi pendamping mekanisme lainnya.

Jenis rute kedua adalah perluasan di luar rantai, yang diwakili oleh saluran status dan sisi rantai. Ide dasar dari jalur ini adalah memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi ke luar rantai, hanya menyimpan hasil akhir di rantai utama, dengan rantai utama berfungsi sebagai lapisan penyelesaian akhir. Meskipun ide ini secara teori dapat memperluas throughput tanpa batas, model kepercayaan dalam transaksi di luar rantai, keamanan dana, kompleksitas interaksi, dan masalah lainnya membatasi penerapannya.

Jenis rute ketiga adalah rute Layer2 Rollup yang paling populer dan banyak diterapkan saat ini. Metode ini mencapai skalabilitas melalui mekanisme eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai. Optimistic Rollup dan ZK Rollup masing-masing memiliki keunggulan: yang pertama cepat dan kompatibilitas tinggi, tetapi ada masalah dengan penundaan periode tantangan dan mekanisme bukti penipuan; yang kedua memiliki keamanan yang kuat dan kemampuan kompresi data yang baik, tetapi pengembangannya kompleks dan kurang kompatibel dengan EVM.

Rute jenis keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, diwakili oleh Celestia, Avail, EigenLayer, dan lainnya. Arah ini mengusulkan untuk memisahkan secara menyeluruh fungsi inti blockchain - eksekusi, konsensus, ketersediaan data, penyelesaian - yang dilakukan oleh beberapa rantai khusus untuk menyelesaikan fungsi yang berbeda, dan kemudian digabungkan menjadi jaringan yang dapat diskalakan melalui protokol lintas rantai.

Kelas terakhir dari jalur adalah jalur optimasi komputasi paralel di dalam rantai. Berbeda dengan empat kelas sebelumnya yang utama melakukan "pemisahan horizontal" dari sisi struktur, komputasi paralel menekankan "peningkatan vertikal", yaitu melalui perubahan arsitektur mesin eksekusi di dalam satu rantai, untuk mencapai pemrosesan konkuren transaksi atomik. Solana adalah salah satu proyek pertama yang mengimplementasikan konsep VM paralel ke dalam sistem tingkat rantai. Sementara proyek generasi baru seperti Monad, Sei, Fuel, MegaETH, dan lainnya, lebih jauh mencoba memperkenalkan eksekusi pipeline, konkuren optimis, pembagian penyimpanan, dan pemisahan paralel sebagai pemikiran mutakhir, untuk membangun inti eksekusi berkinerja tinggi yang mirip dengan CPU modern.

Peta Klasifikasi Perhitungan Paralel: Lima Jalur dari Akun ke Instruksi

Dalam konteks teknologi perluasan blockchain yang terus berkembang, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berdasarkan model eksekusi, meninjau perkembangan garis keturunan teknologi ini, kita dapat menyusun peta klasifikasi komputasi paralel yang jelas, yang secara kasar dapat dibagi menjadi lima jalur teknologi: paralel tingkat akun, paralel tingkat objek, paralel tingkat transaksi, paralel tingkat mesin virtual, dan paralel tingkat instruksi. Lima jalur ini dari granularitas kasar hingga granularitas halus, merupakan proses pemurnian logika paralel yang terus-menerus, serta jalur di mana kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan terus meningkat.

Paradigma akun-level paralel yang muncul pertama kali diwakili oleh Solana. Model ini didasarkan pada desain pemisahan akun-dan-status, dengan menganalisis secara statis kumpulan akun yang terlibat dalam transaksi untuk menentukan apakah ada hubungan konflik. Jika kumpulan akun yang diakses oleh dua transaksi tidak saling tumpang tindih, maka dapat dieksekusi secara bersamaan di beberapa inti. Mekanisme ini sangat cocok untuk menangani transaksi yang terstruktur dengan jelas dan memiliki input-output yang jelas, terutama program dengan jalur yang dapat diprediksi seperti DeFi. Namun, asumsi dasarnya adalah bahwa akses akun dapat diprediksi dan ketergantungan status dapat disimpulkan secara statis, yang membuatnya rentan terhadap eksekusi yang konservatif dan penurunan paralelisme ketika dihadapkan pada kontrak pintar yang kompleks.

Berdasarkan model akun, kita lebih lanjut memperhalus dan memasuki tingkat teknis paralelisme tingkat objek. Paralelisme tingkat objek memperkenalkan abstraksi semantik dari sumber daya dan modul, dengan unit penjadwalan bersamaan yang lebih halus berupa "objek status". Aptos dan Sui adalah penjelajah penting di arah ini, terutama yang terakhir melalui sistem tipe linier bahasa Move, yang mendefinisikan kepemilikan dan variabilitas sumber daya pada saat kompilasi, sehingga memungkinkan kontrol yang tepat terhadap konflik akses sumber daya pada saat runtime. Cara ini dibandingkan dengan paralelisme tingkat akun lebih umum dan dapat diperluas, dapat mencakup logika pembacaan dan penulisan status yang lebih kompleks, dan secara alami melayani skenario dengan derajat heterogenitas tinggi seperti permainan, sosial, dan AI.

Transaksi tingkat lanjutan, adalah arah yang dieksplorasi oleh generasi baru rantai berkinerja tinggi yang diwakili oleh Monad, Sei, dan Fuel. Jalur ini tidak lagi mengambil status atau akun sebagai unit paralel terkecil, melainkan membangun grafik ketergantungan di sekitar seluruh transaksi itu sendiri. Ini menganggap transaksi sebagai unit operasi atom, membangun grafik transaksi melalui analisis statis atau dinamis, dan mengandalkan penjadwal untuk pelaksanaan paralel secara aliran. Desain ini memungkinkan sistem untuk memaksimalkan penggalian paralelitas tanpa perlu sepenuhnya memahami struktur status dasar. Monad khususnya menonjol, menggabungkan kontrol paralel optimis, penjadwalan aliran paralel, dan eksekusi tidak terurut yang merupakan teknologi mesin basis data modern, membuat eksekusi rantai lebih mendekati paradigma "penjadwal GPU".

Dan paralel tingkat mesin virtual, akan mengintegrasikan kemampuan eksekusi bersamaan langsung ke dalam logika penjadwalan instruksi dasar VM, berusaha untuk sepenuhnya mengatasi batasan eksekusi berurutan EVM. MegaETH sebagai "laboratorium mesin virtual super" di dalam ekosistem Ethereum, sedang mencoba untuk meredesain EVM agar mendukung eksekusi kode kontrak pintar secara multithreaded. Di bawahnya, melalui mekanisme pemecahan eksekusi, pemisahan status, dan pemanggilan asinkron, memungkinkan setiap kontrak berjalan secara independen dalam konteks eksekusi yang berbeda, dan dengan bantuan lapisan sinkronisasi paralel untuk memastikan konsistensi akhir.

Kelas jalur terakhir, yaitu paralelisme tingkat instruksi yang paling halus dan dengan hambatan teknis tertinggi. Pemikiran ini berasal dari eksekusi out-of-order dan pipeline instruksi dalam desain CPU modern. Paradigma ini berpendapat, karena setiap kontrak pintar akhirnya dikompilasi menjadi instruksi bytecode, maka sangat mungkin untuk menganalisis penjadwalan dan penataan ulang paralel dari setiap operasi, seperti CPU yang mengeksekusi set instruksi x86. Tim Fuel telah memperkenalkan model eksekusi yang dapat diurutkan ulang di tingkat instruksi dalam FuelVM mereka, dan dalam jangka panjang, begitu mesin eksekusi blockchain mewujudkan prediksi eksekusi dan penataan ulang dinamis dari ketergantungan instruksi, derajat paralelismenya akan mencapai batas teoritis.

Dua Jalur Utama Analisis Mendalam: Monad vs MegaETH

Dalam berbagai jalur evolusi komputasi paralel, dua jalur teknis utama yang paling difokuskan oleh pasar saat ini, yang paling banyak dibicarakan, dan yang narasinya paling lengkap, tanpa diragukan lagi adalah "membangun rantai komputasi paralel dari nol" yang diwakili oleh Monad, serta "revolusi paralel dalam EVM" yang diwakili oleh MegaETH. Kedua hal ini bukan hanya arah penelitian dan pengembangan yang paling banyak diinvestasikan oleh insinyur kriptografi saat ini, tetapi juga simbol paling pasti dari dua kutub dalam kompetisi kinerja komputer Web3 saat ini.

Monad adalah "puritan komputasi" yang sepenuhnya, filosofi desainnya tidak bertujuan untuk kompatibel dengan EVM yang ada, tetapi terinspirasi dari basis data modern dan sistem multi-core berkinerja tinggi, untuk mendefinisikan kembali cara kerja dasar mesin eksekusi blockchain. Sistem teknologi intinya bergantung pada kontrol konkurensi optimis, penjadwalan DAG transaksi, eksekusi urutan acak, pipeline pemrosesan batch, dan mekanisme matang di bidang basis data, dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi rantai hingga tingkat juta TPS. Dalam arsitektur Monad, eksekusi dan pengurutan transaksi sepenuhnya terpisah, sistem terlebih dahulu membangun grafik ketergantungan transaksi, kemudian diserahkan kepada penjadwal untuk eksekusi paralel aliran. Semua transaksi diperlakukan sebagai unit atom transaksi, memiliki kumpulan baca/tulis yang jelas dan snapshot keadaan, penjadwal melakukan eksekusi optimis berdasarkan grafik ketergantungan, dan melakukan rollback dan eksekusi ulang ketika terjadi konflik.

Dan yang lebih penting, Monad tidak menyerah pada interoperabilitas dengan EVM. Ini mendukung pengembang untuk menulis kontrak dengan sintaks Solidity melalui lapisan perantara yang mirip dengan "Bahasa Menengah yang Kompatibel dengan Solidity", sambil melakukan optimasi dan penjadwalan paralel pada mesin eksekusi. Strategi desain "kompatibilitas permukaan, rekonstruksi dasar" ini, membuatnya tetap ramah terhadap pengembang ekosistem Ethereum, sekaligus memaksimalkan potensi eksekusi dasar, merupakan strategi teknis yang khas dari "menelan EVM, lalu merekonstruksinya".

Berbeda dengan sikap "pembangun dunia baru" Monad, MegaETH adalah jenis proyek yang sepenuhnya berlawanan, yang memilih untuk memulai dari dunia Ethereum yang ada, dengan biaya perubahan yang sangat kecil untuk mencapai peningkatan efisiensi eksekusi yang signifikan. MegaETH tidak membatalkan spesifikasi EVM, melainkan berusaha untuk menyisipkan kemampuan pemrosesan paralel ke dalam mesin eksekusi EVM yang ada, menciptakan versi masa depan "EVM multi-inti". Prinsip dasar dari ini adalah melakukan rekonstruksi menyeluruh pada model eksekusi instruksi EVM saat ini, sehingga memungkinkan isolasi tingkat thread, eksekusi asinkron tingkat kontrak, dan deteksi konflik akses status, sehingga memungkinkan beberapa kontrak pintar berjalan secara bersamaan dalam blok yang sama, dan akhirnya menggabungkan perubahan status. Mode ini mengharuskan para pengembang untuk tidak mengubah kontrak Solidity yang ada, dan tidak perlu menggunakan bahasa atau rangkaian alat baru, hanya dengan menerapkan kontrak yang sama yang berada di rantai MegaETH, mereka dapat memperoleh keuntungan kinerja yang signifikan.

Terobosan inti MegaETH terletak pada mekanisme penjadwalan multithreading VM-nya. EVM tradisional mengadopsi model eksekusi single-thread berbasis stack, di mana setiap instruksi dieksekusi secara linier, dan pembaruan status harus terjadi secara sinkron. MegaETH memecahkan pola ini dengan memperkenalkan stack panggilan asinkron dan mekanisme isolasi konteks eksekusi, sehingga memungkinkan eksekusi "konteks EVM bersamaan". Setiap kontrak dapat memanggil logika dirinya sendiri di dalam thread independen, dan semua thread, saat akhirnya menyerahkan status, melakukan deteksi konflik dan konvergensi status secara terintegrasi melalui lapisan sinkronisasi paralel. Mekanisme ini sangat mirip dengan model multithreading JavaScript pada browser modern, yang mempertahankan kepastian perilaku thread utama, sekaligus memperkenalkan mekanisme penjadwalan berkinerja tinggi asinkron di latar belakang.

Yang lebih penting, MegaETH memilih untuk terikat secara mendalam dengan ekosistem Ethereum, dan lokasi utama masa depannya kemungkinan besar adalah pada jaringan EVM L2 Rollup tertentu, seperti Optimism, Base atau