Звіт про глибину дослідження паралельних обчислень Web3: остаточний шлях нативного масштабування

Один. Вступ: Розширення є вічною темою, паралельність є фінальною ареною

Блокчейн-системи з моменту свого виникнення стикаються з основною проблемою розширення. Перешкоди в продуктивності біткоїна та ефіру важко подолати, що різко контрастує з традиційними системами Web2. Це не просто питання збільшення апаратного забезпечення, а викликане системними обмеженнями в базовому проектуванні блокчейну.

Протягом останніх десяти років у галузі було випробувано багато варіантів розширення, від суперечок про розширення Bitcoin до шардінгу Ethereum, від каналів стану до Rollup. Rollup, будучи актуальним основним рішенням, досяг підвищення продуктивності через виконання поза ланцюгом, але все ще не торкнувся справжнього максимуму "одноланцюгової продуктивності" на рівні блокчейну.

Тому внутрішні паралельні обчислення поступово стають новим фокусом. Вони намагаються повністю реконструювати виконавчий механізм, зберігаючи при цьому структуру єдиного ланцюга, оновлюючи блокчейн з однониткового режиму до системи високої конкурентності. Це не лише може призвести до підвищення пропускної спроможності в сотні разів, але й може стати ключовою передумовою для вибуху застосувань смарт-контрактів.

Насправді, Web2 вже давно застосовує оптимізаційні моделі, такі як паралельне програмування. Блокчейн як більш первинна обчислювальна система ніколи не зміг повністю використати ці паралельні ідеї. Деякі нові публічні блокчейни почали досліджувати паралельну архітектуру, демонструючи все більше ознак, схожих на сучасні операційні системи.

Можна сказати, що паралельні обчислення — це не лише оптимізація продуктивності, а й знаковий поворот у моделі виконання блокчейнів. Вони переосмислять основну логіку обробки транзакцій, забезпечуючи стійку інфраструктурну підтримку для майбутніх нативних додатків Web3. Після зближення Rollup, паралельність у межах ланцюга стає визначальним фактором нової хвилі конкуренції Layer1. Це не лише технологічні змагання, а й боротьба парадигм. Наступна генерація суверенних платформ виконання Web3, ймовірно, виникне з цієї боротьби паралельності.

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

Розширення як ключова тема еволюції технологій публічних блокчейнів стало каталізатором практично всіх основних технологічних шляхів за останнє десятиліття. Ця гонка "як зробити блокчейн швидшим" зрештою розділилася на п'ять основних напрямків, кожен з яких має свою унікальну технологічну філософію та відповідні сцени використання.

Перший тип - це найбільш прямий спосіб розширення мережі на блокчейні, наприклад, збільшення розміру блоку, скорочення часу видобутку блоку тощо. Цей підхід зберігає однорідність однієї ланцюга, але легко стикається з ризиком централізації, наразі він часто використовується як допоміжний механізм.

Другий тип - це масштабування поза ланцюгом, до якого входять канали зі станом і бічні ланцюги. Він переносить більшість транзакцій за межі ланцюга, лише на головному ланцюгу відбувається розрахунок. Хоча теоретично можливе безмежне розширення пропускної спроможності, проте існують проблеми з моделлю довіри та ін.

Третій тип – це найпопулярніший на сьогодні Layer2 Rollup. Він досягає масштабування через виконання поза ланцюгом і верифікацію в ланцюзі, досягаючи балансу між децентралізацією та високою продуктивністю. Але також існують обмеження, такі як залежність від доступності даних.

Четвертий тип – це модульні блокчейни, які виникли в останні роки, розділяючи основні функції блокчейну на різні спеціалізовані ланцюги. Це підвищує гнучкість, але також збільшує складність системи.

Останній тип - це паралельні обчислення в ланцюзі, які реалізуються шляхом зміни архітектури виконавчого механізму для досягнення одночасної обробки транзакцій. Це вимагає переписування логіки планування VM та впровадження сучасних механізмів планування комп'ютерних систем. Він намагається наблизитися до межі продуктивності сучасних систем, не порушуючи при цьому внутрішню узгодженість ланцюга.

Ці п’ять категорій шляхів відображають компроміси між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю в блокчейні. Кожен з варіантів має свої переваги та недоліки, які разом складають панораму оновлення обчислювальної парадигми Web3. У майбутньому Web3, ймовірно, перейде до ери високої паралельності виконання, де паралельність всередині ланцюга може стати остаточною ареною цієї тривалої війни.

Три. Класифікаційна схема паралельних обчислень: п'ять основних шляхів від облікового запису до команди

В еволюції технологій розширення блокчейн, паралельні обчислення поступово стають основним маршрутом. Виходячи з моделі виконання, паралельні обчислення можна розділити на п'ять технологічних шляхів: на рівні рахунків, на рівні об'єктів, на рівні транзакцій, на рівні віртуальних машин та на рівні інструкцій. Ці п'ять типів шляхів від грубих до тонких частин відображають постійне уточнення паралельної логіки та зростання складності системи.

Рівневий паралелізм облікових записів, представлений Solana, заснований на розділенні облікових записів і станів, здійснює статичний аналіз для визначення конфліктів транзакцій. Підходить для обробки чітко структурованих транзакцій, але в складних сценаріях паралельність може знижуватися.

Об'єктний рівень паралелізму далі уточнюється, плануючи на основі більш дрібногранульних "стан об'єктів". Aptos та Sui є дослідниками в цьому напрямку, особливо Sui реалізує точний контроль ресурсів за допомогою мови Move. Цей підхід є більш універсальним, але також вводить вищу складність розробки.

Паралелізм на рівні транзакцій, представлений Monad, Sei, Fuel, будує граф залежностей навколо всієї транзакції. Він розглядає транзакції як атомарні одиниці, виконуючи паралельне конвеєрне виконання через планувальник. Цей механізм теоретично має найвищу пропускну здатність, але вимагає надзвичайно складного управління залежностями.

Віртуальна машина рівня паралелізму вбудовує можливості паралельності в основу VM. MegaETH намагається перепроектувати EVM, підтримуючи багатопоточне паралельне виконання коду контракту. Цей підхід вимагає повної сумісності з існуючим EVM, що є великим викликом.

Інструкційний рівень паралелізму є найдрібнішим шляхом, що походить від сучасної концепції дизайну ЦП. Команда Fuel вже попередньо впровадила модель перестановки інструкцій у FuelVM. У довгостроковій перспективі це може підвести блокчейн до нових висот у дизайні апаратного забезпечення.

Ці п’ять основних шляхів формують спектр розвитку паралельних обчислень у ланцюгу, що позначає перехід блокчейн-моделі обчислень від традиційної книги обліку до високопродуктивного розподіленого середовища виконання. Вибір паралельних шляхів різних публічних ланцюгів визначить майбутній екологічний межі їхньої спроможності та основні конкурентні переваги.

Чотири, глибоке пояснення двох основних напрямків: Monad проти MegaETH

У багатопоточному паралельному обчисленні Monad і MegaETH представляють дві найбільш обговорювані основні технологічні траєкторії. Вони символізують конкуренцію парадигм "ре-конструктивізму" та "сумісництва", що глибоко впливає на уявлення ринку про високопродуктивні ланцюги.

Monad обирає шлях "обчислювального фундаменталізму", черпаючи натхнення з сучасних баз даних і багатоядерних систем, переосмислюючи виконавчий механізм блокчейну. Його основні технології включають оптимістичний контроль конкурентності, планування транзакційного DAG, виконання в неправильному порядку тощо, мета полягає в тому, щоб підвищити продуктивність обробки транзакцій до рівня мільйонів TPS. Monad повністю розділяє виконання та сортування транзакцій, реалізуючи конвеєрне паралельне виконання за допомогою складного планувальника. Хоча технічна реалізація є надзвичайно складною, теоретично це може підвищити пропускну спроможність до небачених висот.

Monad не відмовився від сумісності з EVM, підтримуючи розробку на Solidity через середній мовний шар. Ця стратегія "поверхнева сумісність, глибока реконструкція" дозволяє зберегти дружелюбність до екосистеми Ethereum і максимізувати потенціал нижнього виконання. Monad може не лише стати високопродуктивним суверенним ланцюгом, але й ідеальним виконавчим шаром для мережі Layer 2, а також "функціональним високопродуктивним ядром" для інших ланцюгів.

У порівнянні з цим, MegaETH обирає більш консервативний підхід, намагаючись вбудувати паралельні можливості в існуючу EVM. Він не скасовує специфікацію EVM, а скоріше реконструює модель виконання інструкцій, впроваджуючи механізми ізоляції потоків, асинхронного виконання тощо. Це дозволяє розробникам отримувати підвищення продуктивності без необхідності змінювати існуючі контракти, що є надзвичайно привабливим для екосистеми Ethereum.

Основний прорив MegaETH полягає в багатопоточному плануванні VM. Він впроваджує асинхронний виклик стеку та ізоляцію контексту виконання, забезпечуючи одночасне виконання "конкурентного EVM контексту". Ця механіка подібна до багатопоточної моделі JavaScript сучасних браузерів, що зберігає визначеність основного потоку і одночасно впроваджує високу продуктивність асинхронного планування. MegaETH, ймовірно, буде реалізований у якійсь EVM L2 мережі, і якщо його буде масово впроваджено, це може забезпечити майже сотенне збільшення продуктивності на існуючому технологічному стеку.

Monad та MegaETH представляють собою два підходи до реалізації паралельних технологій, а також відображають класичний конфлікт між "реформаторами" та "сумісниками" у розвитку блокчейну. Перші прагнуть до парадигмальних зрушень, перебудовуючи всю логіку виконання; другі ж прагнуть до поступової оптимізації, підвищуючи продуктивність на основі поваги до існуючої екосистеми. Обидва підходи мають свої переваги, обслуговуючи різні групи розробників та екосистемні бачення.

У майбутній модульній архітектурі блокчейну Monad може стати модулем "виконання як послуга" для Rollup, а MegaETH може стати плагіном для прискорення продуктивності основних L2. Обидва можуть спільно становити високопродуктивний розподілений виконавчий механізм у світі Web3.

П'ять. Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

З переходом паралельних обчислень з теорії в практику їх потенціал стає все більш конкретним. З одного боку, нові парадигми розробки та бізнес-моделі починають переосмислювати "високу продуктивність на ланцюзі", такі як більш складна логіка ігор на ланцюзі, більш реальний життєвий цикл AI Agent тощо. З іншого боку, паралельні обчислення приносять не лише підвищення продуктивності, але й структурну трансформацію межі сприйняття розробників та витрат на міграцію екосистеми.

З точки зору можливостей, паралельні обчислення перш за все знімуть обмеження застосувань. Наразі DeFi, ігри, соціальні застосування в значній мірі стикаються з обмеженнями стану та витратами на газ, що ускладнює підтримку частих взаємодій. Паралельні обчислення за допомогою механізмів DAG транзакцій, асинхронного контексту тощо можуть реалізувати прориви, такі як "ігровий движок на ланцюгу" та "AI Agent on-chain", що сприятиме переходу Web3 від "транзакції як активу" до "взаємодії як агентів" у нову парадигму.

По-друге, інструментальний ланцюг для розробників та абстрактний рівень ВМ будуть перебудовані завдяки паралелізації. Нове покоління паралельних інтелектуальних контрактних фреймворків, оптимізованих компіляторів, відладчиків паралельних процесів та інших інструментів швидко з'явиться. У той же час, модульний блокчейн забезпечує ідеальний шлях для паралельних обчислень, такі як Monad, вставлений як виконавчий модуль L2, MegaETH, що використовується як заміна EVM, у поєднанні з Celestia та EigenLayer, утворюючи високопродуктивну інтегровану архітектуру.

Однак, паралельні обчислення також стикаються з багатьма викликами. У технологічному плані найголовніша проблема – це гарантія узгодженості стану при паралельному виконанні та обробка конфліктів транзакцій. Ланцюгова середа має дуже низький поріг толерантності до виконуваних конфліктів, що вимагає від диспетчера дуже сильних можливостей будування графів залежностей та прогнозування конфліктів. У той же час, безпечна модель виконання в багатопоточному режимі ще не повністю розроблена, такі проблеми, як механізм ізоляції стану, нові типи повторних атак та інші, потребують термінового вирішення.

Більш приховані виклики походять з екологічної та ментальної сфер. Чи готові розробники перейти до нової парадигми, чи можуть вони опанувати методи паралельного проектування, чи готові вони пожертвувати частиною читабельності заради продуктивності – ці м'які питання є вирішальними для формування екологічного потенціалу паралельних обчислень. Тиша багатьох високопродуктивних, але без підтримки розробників публічних блокчейн-проектів у минулому нагадує нам про важливість екосистеми. Тому проекти паралельних обчислень повинні не лише створити найпотужніший двигун, але й розробити найм'якший шлях екологічного переходу.

Врешті-решт, майбутнє паралельних обчислень є як перемогою системної інженерії, так і випробуванням екологічного дизайну. Це змусить нас переосмислити суть ланцюга: чи є це децентралізованим розрахунковим комп'ютером, чи глобальним розподіленим координаційним станом в реальному часі? Якщо це останнє, тоді пропускна здатність стану, паралелізм транзакцій, здатність контракту реагувати та інші фактори стануть основними показниками, що визначають цінність ланцюга. А здійснення цього переходу парадигми паралельних обчислень також стане найбільш ефективною інфраструктурною примітивою нового циклу, що може стати поворотним моментом для загальної обчислювальної парадигми Web3.

Шість. Висновок: Чи є паралельні обчислення найкращим шляхом для нативного масштабування Web3?

Серед усіх шляхів дослідження меж продуктивності Web3, паралельні обчислення, хоча й не є найпростішими для реалізації, можуть бути найближчими до суті блокчейну. Вони не намагаються досягти пропускної здатності шляхом переміщення поза ланцюгом або жертвуючи децентралізацією, а намагаються кардинально реконструювати модель виконання, зберігаючи атомарність і визначеність ланцюга. Цей вид масштабування, "природний для ланцюга", не лише зберігає основну модель довіри блокчейну, а й залишає стійку базу продуктивності для майбутніх складних застосувань у ланцюзі.

Складність і привабливість паралельних обчислень полягає в їхній структурності. Якщо модульна реконструкція є "архітектурою ланцюга", то паралельні обчислення реконструюють "душу ланцюга". Це, можливо, не є швидким шляхом до короткострокових результатів, але, ймовірно, є єдиним стійким правильним шляхом у довгостроковій еволюції Web3. Ми стаємо свідками стрибка архітектури, схожого на перехід від однопроцесорного ЦП до багатоядерних/потокових ОС, а первісна форма рідної операційної системи Web3, можливо, прихована саме тут.