Relatório de Pesquisa Profunda sobre Computação Paralela Web3: O Caminho Supremo para a Expansão Nativa

I. Introdução: A escalabilidade é um tema eterno, e a paralelização é o campo de batalha definitivo

Desde o seu nascimento, os sistemas de blockchain enfrentam o problema central da escalabilidade. O gargalo de desempenho do Bitcoin e do Ethereum é difícil de superar, contrastando fortemente com os sistemas tradicionais da Web2. Não se trata de uma simples questão de aumentar o hardware, mas sim de limitações sistêmicas no design subjacente da blockchain.

Nos últimos dez anos, a indústria tentou várias soluções de escalabilidade, desde a disputa de escalabilidade do Bitcoin até a fragmentação do Ethereum, passando pelos canais de estado até o Rollup. O Rollup, como a solução predominante atual, alcançou um aumento de desempenho através da execução fora da cadeia, mas ainda não atingiu o verdadeiro limite de "desempenho de uma única cadeia" na base da blockchain.

Portanto, a computação paralela dentro da cadeia tornou-se gradualmente o novo foco. Ela tenta reestruturar completamente o mecanismo de execução enquanto mantém a estrutura de uma única cadeia, atualizando a blockchain de um modo de thread única para um sistema de computação de alta concorrência. Isso não só pode trazer um aumento de centenas de vezes na capacidade de processamento, mas também pode se tornar a condição chave para a explosão de aplicações de contratos inteligentes.

Na verdade, o Web2 já adotou modelos de otimização como a programação paralela. A blockchain, como um sistema computacional mais primitivo, nunca conseguiu aproveitar plenamente essas ideias paralelas. Algumas novas blockchains públicas começaram a explorar arquiteturas paralelas, apresentando características cada vez mais próximas dos sistemas operacionais modernos.

Pode-se dizer que a computação paralela não é apenas uma otimização de desempenho, mas sim um ponto de viragem no modelo de execução da blockchain. Ela irá redefinir a lógica básica do processamento de transações, fornecendo uma infraestrutura sustentável para os futuros aplicativos nativos da Web3. Após a convergência dos Rollups, a paralelização on-chain está se tornando um fator decisivo na nova rodada de competição entre Layer1. Isso não é apenas uma corrida tecnológica, mas uma disputa de paradigmas. A próxima geração de plataformas de execução soberana da Web3 provavelmente surgirá dessa luta paralela.

II. Panorama do Paradigma de Escalabilidade: Cinco Tipos de Roteiros, Cada Um com Seu Foco

A escalabilidade, como um tema chave na evolução da tecnologia de blockchain, gerou quase todos os caminhos tecnológicos principais da última década. Esta competição sobre "como fazer a cadeia funcionar mais rápido" acabou por se dividir em cinco grandes rotas básicas, cada uma delas com sua própria filosofia técnica e cenários de aplicação únicos.

A primeira categoria é a expansão on-chain mais direta, como aumentar o tamanho do bloco, encurtar o tempo de criação do bloco, etc. Este método preserva a consistência da cadeia única, mas é suscetível a riscos de centralização, sendo atualmente utilizado principalmente como um suporte para outros mecanismos.

A segunda categoria é a expansão off-chain, representada por canais de estado e sidechains. Ela transfere a maior parte das transações para fora da cadeia, apenas liquidando na cadeia principal. Embora teoricamente possa escalar a capacidade de forma ilimitada, enfrenta problemas como o modelo de confiança.

A terceira categoria é o Layer2 Rollup, que é atualmente o mais popular. Ele alcança escalabilidade por meio da execução off-chain e validação on-chain, equilibrando descentralização e alto desempenho. No entanto, existem também gargalos, como a dependência da disponibilidade de dados.

A quarta categoria é a blockchain modular que surgiu nos últimos anos, desacoplando as funções essenciais da blockchain em diferentes cadeias especializadas. Isso aumentou a flexibilidade, mas também aumentou a complexidade do sistema.

A última categoria é o cálculo paralelo dentro da cadeia, que é alcançado através da alteração da arquitetura do motor de execução para permitir o processamento simultâneo de transações. Isso requer reescrever a lógica de agendamento da VM e introduzir mecanismos de agendamento de sistemas computacionais modernos. Ele tenta se aproximar do limite de desempenho de sistemas modernos sem comprometer a consistência interna da cadeia.

As cinco categorias de caminhos refletem o equilíbrio entre desempenho, combinabilidade, segurança e complexidade na blockchain. Cada solução tem suas vantagens e desvantagens, formando um panorama da atualização do paradigma de computação Web3. O futuro do Web3 provavelmente avançará para uma era de execução altamente paralela, com a paralelização dentro da cadeia podendo tornar-se o campo de batalha final desta guerra de longo prazo.

Três, Mapa de Classificação de Cálculo Paralelo: Os Cinco Principais Caminhos de Conta a Instrução

Na evolução da tecnologia de escalabilidade da blockchain, a computação paralela tornou-se gradualmente o caminho central. A partir do modelo de execução, a computação paralela pode ser dividida em cinco caminhos técnicos: nível de conta, nível de objeto, nível de transação, nível de máquina virtual e nível de instrução. Essas cinco categorias de caminhos, desde o grosso até o fino, refletem a contínua refinamento da lógica paralela e a ascensão da complexidade do sistema.

A paralelização a nível de conta, representada pelo Solana, é baseada no design de desacoplamento de conta-estado, que determina conflitos de transações através de análise estática. É adequada para lidar com transações claramente estruturadas, mas a paralelização pode diminuir em cenários complexos.

A paralelização a nível de objeto é refinada ainda mais, agendando com unidades de "objetos de estado" de granularidade mais fina. Aptos e Sui são exploradores nessa direção, especialmente Sui que implementa controle preciso de recursos através da linguagem Move. Esta abordagem é mais versátil, mas também introduz uma complexidade de desenvolvimento mais alta.

A paralelização a nível de transações é representada por Monad, Sei e Fuel, construindo um gráfico de dependências em torno de toda a transação. Ela trata a transação como uma unidade atômica, executando a execução em pipeline concorrente através de um agendador. Este mecanismo tem teoricamente a maior capacidade de throughput, mas requer uma gestão de dependências extremamente complexa.

A paralelização em nível de máquina virtual incorpora a capacidade de concorrência na base da VM. MegaETH está tentando redesenhar o EVM, suportando a execução concorrente de código de contratos em múltiplas threads. Essa abordagem requer total compatibilidade com o EVM existente, o que representa um grande desafio.

A paralelização a nível de instrução é o caminho de menor granularidade, originando-se do pensamento de design de CPUs modernas. A equipe da Fuel já introduziu um modelo de reordenação de instruções no FuelVM. A longo prazo, isso pode levar a blockchain e design de hardware a novas alturas.

Esses cinco grandes caminhos constituem o espectro de desenvolvimento da computação paralela dentro da cadeia, marcando a transição do modelo de computação em blockchain de um livro-razão tradicional para um ambiente de execução distribuído de alto desempenho. A escolha dos caminhos paralelos por diferentes blockchains públicas determinará o limite de capacidade suportável de seu futuro ecossistema e sua competitividade central.

Quatro, Análise Profunda das Duas Principais Competências: Monad vs MegaETH

Em múltiplos caminhos de computação paralela, Monad e MegaETH representam duas das principais rotas tecnológicas mais comentadas. Elas simbolizam, respetivamente, a competição entre os paradigmas paralelos do "reconstrutivismo" e do "compatibilismo", influenciando profundamente a imaginação do mercado sobre cadeias de alto desempenho.

A Monad adota uma abordagem de "fundamentalismo computacional", inspirando-se em bancos de dados modernos e sistemas de múltiplos núcleos para redefinir o motor de execução da blockchain. Sua tecnologia central inclui controle de concorrência otimista, agendamento de transações em DAG, execução fora de ordem, entre outros, com o objetivo de elevar o desempenho de processamento de transações para a ordem de milhões de TPS. A Monad desacopla completamente a execução e a ordenação de transações, implementando a execução paralela através de um planejador complexo. Embora a implementação técnica seja extremamente complexa, teoricamente pode elevar a taxa de transferência a alturas sem precedentes.

Monad não abandonou a compatibilidade com EVM, suportando o desenvolvimento em Solidity através de uma camada de linguagem intermediária. Esta estratégia de "compatibilidade superficial e reestruturação profunda" preserva a amizade com o ecossistema Ethereum, ao mesmo tempo que maximiza o potencial de execução subjacente. Monad não só pode se tornar uma cadeia soberana de alto desempenho, como também pode se tornar a camada de execução ideal para redes Layer 2, ou até mesmo um "núcleo de alto desempenho plugável" para outras cadeias.

Em comparação, o MegaETH adota uma abordagem mais conservadora, tentando implantar capacidades de paralelismo sobre a base existente do EVM. Ele não derruba a norma do EVM, mas reestrutura o modelo de execução de instruções, introduzindo mecanismos como isolamento de threads e execução assíncrona. Isso permite que os desenvolvedores obtenham melhorias de desempenho sem precisar alterar os contratos existentes, sendo extremamente atraente para o ecossistema Ethereum.

A principal inovação do MegaETH reside no agendamento multithread do VM. Ele introduz uma pilha de chamadas assíncronas e isolamento de contexto de execução, permitindo a execução simultânea de "contextos EVM concorrentes". Este mecanismo é semelhante ao modelo multithread de JavaScript em navegadores modernos, preservando a determinabilidade do thread principal e introduzindo um agendamento assíncrono de alto desempenho. O MegaETH provavelmente será implementado em alguma rede EVM L2, e uma vez amplamente adotado, poderá proporcionar um aumento de desempenho de quase cem vezes sobre a pilha tecnológica existente.

Monad e MegaETH representam duas abordagens de implementação de tecnologias paralelas, refletindo também o clássico confronto entre a "escola de reconstrução" e a "escola de compatibilidade" no desenvolvimento da blockchain. A primeira busca uma ruptura de paradigma, reconstruindo toda a lógica de execução; a segunda busca uma otimização gradual, promovendo melhorias de desempenho com base no respeito pelo ecossistema existente. Ambas têm suas vantagens, atendendo a diferentes grupos de desenvolvedores e visões ecológicas.

Na futura arquitetura de blockchain modular, Monad pode se tornar o módulo de "execução como serviço" do Rollup, enquanto MegaETH pode se tornar o plugin de aceleração de desempenho dos L2s de mainstream. Ambos podem juntos constituir o motor de execução distribuída de alto desempenho do mundo Web3.

Cinco, Oportunidades e Desafios Futuros da Computação Paralela

À medida que a computação paralela passa da teoria à prática, seu potencial está se tornando cada vez mais tangível. Por um lado, novos paradigmas de desenvolvimento e modelos de negócios começam a redefinir "alto desempenho em cadeia", como lógicas de jogos em cadeia mais complexas e ciclos de vida de agentes de IA mais realistas. Por outro lado, a computação paralela traz não apenas melhorias de desempenho, mas também uma transformação estrutural nas fronteiras de conhecimento dos desenvolvedores e nos custos de migração do ecossistema.

Do ponto de vista das oportunidades, a computação paralela primeiro removerá o teto de aplicações. Atualmente, DeFi, jogos e aplicações sociais estão muito limitados por gargalos de estado e custos de Gas, dificultando a suporte a interações de alta frequência. A computação paralela, através de mecanismos como DAG de transações e contextos assíncronos, pode realizar avanços como "motor de jogos on-chain" e "Agente de IA on-chain", promovendo a transição da Web3 de "transação é ativo" para "interação é agente inteligente".

Em segundo lugar, a cadeia de ferramentas para desenvolvedores e a camada de abstração da VM serão remodeladas devido à paralelização. Uma nova geração de estruturas de contratos inteligentes paralelos, compiladores otimizados, depuradores concorrentes e outras ferramentas surgirão rapidamente. Ao mesmo tempo, as blockchains modularizadas oferecem um caminho ideal para a computação paralela, como o Monad sendo inserido como um módulo de execução L2, o MegaETH sendo implantado como uma alternativa ao EVM, em combinação com a Celestia e a EigenLayer para formar uma arquitetura integrada de alto desempenho.

No entanto, a computação paralela também enfrenta muitos desafios. No nível técnico, o principal problema é a garantia de consistência da concorrência de estado e o tratamento de conflitos de transações. O ambiente on-chain tem uma tolerância muito baixa a conflitos de execução, exigindo que o planejador tenha uma capacidade muito forte de construção de gráficos de dependência e previsão de conflitos. Ao mesmo tempo, o modelo de segurança da execução multithread ainda não está completamente estabelecido, com questões como mecanismos de isolamento de estado e novos ataques de reentrada que precisam ser resolvidas.

Os desafios mais ocultos vêm dos níveis ecológicos e mentais. A disposição dos desenvolvedores para migrar para um novo paradigma, a capacidade de dominar métodos de design paralelo e a disposição para sacrificar parte da legibilidade em prol do desempenho, são questões sutis que determinam se a computação paralela pode formar um potencial ecológico. O silêncio de várias blockchains de alto desempenho, mas sem apoio dos desenvolvedores, nos lembra da importância da ecologia. Portanto, os projetos de computação paralela não só devem criar o motor mais poderoso, mas também projetar o caminho de transição ecológica mais suave.

Por fim, o futuro da computação paralela é tanto uma vitória da engenharia de sistemas quanto um teste de design ecológico. Isso nos forçará a repensar a natureza da cadeia: é uma máquina de liquidação descentralizada ou um coordenador de estado em tempo real distribuído globalmente? Se for o último, então a profundidade de estado, concorrência de transações, capacidade de resposta de contratos e outros fatores se tornarão os indicadores centrais que definem o valor da cadeia. E o paradigma de computação paralela que completa essa transição também se tornará o primitivo de infraestrutura mais eficaz em termos de juros compostos neste novo ciclo, podendo constituir um ponto de inflexão no paradigma de computação geral do Web3.

VI. Conclusão: A computação paralela é o melhor caminho para a escalabilidade nativa do Web3?

Em todos os caminhos que exploram os limites de desempenho do Web3, a computação paralela, embora não seja a mais fácil de implementar, pode ser a mais próxima da essência da blockchain. Não é feita através da migração para fora da cadeia ou do sacrifício da descentralização em troca de throughput, mas tenta reestruturar fundamentalmente o modelo de execução, mantendo a atomicidade e a determinística da cadeia. Esta forma de escalabilidade "nativa da cadeia" não só preserva o modelo de confiança central da blockchain, como também reserva uma base de desempenho sustentável para aplicações futuras mais complexas na cadeia.

A dificuldade e o encanto da computação paralela residem na sua estrutura. Se a modularidade reconfigura a "arquitetura da cadeia", então a computação paralela reconfigura a "alma da cadeia". Esta pode não ser uma maneira rápida de obter resultados a curto prazo, mas é provavelmente o único caminho sustentável e correto na evolução a longo prazo do Web3. Estamos a testemunhar uma transição arquitectónica semelhante à mudança de um CPU monocore para um OS multicore/thread, e a forma embrionária de um sistema operativo nativo do Web3 pode estar escondida aqui.