Báo cáo nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường mở rộng bản địa cuối cùng

Một, Mở đầu: Mở rộng là một đề tài vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Hệ thống blockchain từ khi ra đời đã phải đối mặt với vấn đề mở rộng này. Các nút thắt hiệu suất của Bitcoin và Ethereum khó có thể vượt qua, tạo ra sự khác biệt rõ rệt so với các hệ thống Web2 truyền thống. Đây không phải là một vấn đề đơn giản có thể giải quyết bằng cách tăng cường phần cứng, mà là do những hạn chế hệ thống trong thiết kế nền tảng của blockchain.

Trong mười năm qua, ngành công nghiệp đã thử nghiệm nhiều giải pháp mở rộng, từ cuộc tranh cãi về mở rộng Bitcoin đến phân đoạn Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup. Rollup, như một giải pháp chính hiện nay, đã cải thiện hiệu suất thông qua việc thực hiện ngoài chuỗi, nhưng vẫn chưa chạm đến giới hạn thực sự của "hiệu suất chuỗi đơn" trong nền tảng blockchain.

Do đó, tính toán song song trong chuỗi dần trở thành tâm điểm mới. Nó cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn động cơ thực thi trong khi vẫn giữ cấu trúc chuỗi đơn, nâng cấp blockchain từ chế độ đơn luồng lên hệ thống tính toán song song cao. Điều này không chỉ có thể mang lại hàng trăm lần cải thiện thông lượng, mà còn có thể trở thành điều kiện tiên quyết cho sự bùng nổ ứng dụng hợp đồng thông minh.

Trên thực tế, Web2 đã từ lâu áp dụng các mô hình tối ưu hóa như lập trình song song. Blockchain, như một hệ thống tính toán nguyên thủy hơn, vẫn chưa tận dụng đầy đủ những tư tưởng song song này. Một số chuỗi công khai mới nổi đã bắt đầu khám phá kiến trúc song song, thể hiện những đặc điểm ngày càng gần gũi với hệ điều hành hiện đại.

Có thể nói, tính toán song song không chỉ là tối ưu hóa hiệu suất, mà còn là một bước ngoặt trong mô hình thực thi blockchain. Nó sẽ định nghĩa lại logic cơ bản của việc xử lý giao dịch, cung cấp cơ sở hạ tầng bền vững cho các ứng dụng gốc của Web3 trong tương lai. Sau khi Rollup đồng nhất, tính toán song song trong chuỗi đang trở thành yếu tố quyết định trong cuộc cạnh tranh Layer1 mới. Đây không chỉ là một cuộc đua công nghệ, mà còn là một cuộc chiến về mô hình. Nền tảng thực thi chủ quyền thế hệ tiếp theo của Web3 có thể sẽ ra đời từ cuộc đấu tranh song song này.

Hai, Bức tranh toàn cảnh về mô hình mở rộng: Năm loại lộ trình, mỗi loại có trọng tâm khác nhau

Mở rộng, như một chủ đề then chốt trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã thúc đẩy hầu hết tất cả các con đường công nghệ chính trong gần một thập kỷ qua. Cuộc đua "làm thế nào để cho chuỗi chạy nhanh hơn" cuối cùng đã phân hóa thành năm con đường cơ bản, mỗi con đường đều có triết lý kỹ thuật và bối cảnh áp dụng độc đáo của riêng nó.

Loại đầu tiên là mở rộng chuỗi trực tiếp nhất, chẳng hạn như tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Cách này giữ lại tính nhất quán của chuỗi đơn, nhưng dễ tiếp xúc với rủi ro tập trung, hiện nay thường được sử dụng như một cơ chế hỗ trợ cho các cơ chế khác.

Loại thứ hai là mở rộng ngoài chuỗi, đại diện cho kênh trạng thái và chuỗi phụ. Nó chuyển hầu hết các giao dịch sang ngoài chuỗi, chỉ giải quyết trên chuỗi chính. Mặc dù về lý thuyết có khả năng mở rộng thông lượng vô hạn, nhưng gặp phải các vấn đề như mô hình tin cậy.

Loại thứ ba là Layer2 Rollup đang phổ biến nhất hiện nay. Thực hiện mở rộng thông qua thực thi ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi, đạt được sự cân bằng giữa phi tập trung và hiệu suất cao. Tuy nhiên, cũng tồn tại các nút thắt như sự phụ thuộc vào khả năng sử dụng dữ liệu.

Loại thứ tư là blockchain mô-đun mới nổi trong những năm gần đây, tách rời các chức năng cốt lõi của blockchain thành các chuỗi chuyên biệt khác nhau. Điều này cải thiện tính linh hoạt, nhưng cũng làm tăng độ phức tạp của hệ thống.

Loại cuối cùng là tính toán song song trong chuỗi, thông qua việc thay đổi kiến trúc của động cơ thực thi để đạt được xử lý giao dịch đồng thời. Điều này đòi hỏi phải viết lại logic lập lịch VM, đồng thời giới thiệu cơ chế lập lịch của hệ thống máy tính hiện đại. Nó cố gắng tiếp cận giới hạn hiệu suất của hệ thống hiện đại mà không phá vỡ tính nhất quán trong chuỗi.

Năm loại đường dẫn này phản ánh sự cân bằng giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, tính an toàn và độ phức tạp của blockchain. Mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm của nó, cùng nhau tạo thành bức tranh toàn cảnh về việc nâng cấp mô hình tính toán Web3. Trong tương lai, Web3 rất có thể tiến tới kỷ nguyên thực thi song song cao độ, với sự song song trong chuỗi có thể trở thành chiến trường cuối cùng của cuộc chiến dài hạn này.

Ba, Bản đồ phân loại tính toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến lệnh

Trong tiến trình phát triển công nghệ mở rộng blockchain, tính toán song song dần trở thành con đường chính. Xuất phát từ mô hình thực thi, tính toán song song có thể được chia thành năm con đường công nghệ: cấp tài khoản, cấp đối tượng, cấp giao dịch, cấp máy ảo và cấp lệnh. Năm loại con đường này từ thô đến mịn, phản ánh sự tinh chỉnh ngày càng tăng của logic song song và sự gia tăng độ phức tạp của hệ thống.

Song song cấp tài khoản được đại diện bởi Solana, dựa trên thiết kế tách biệt tài khoản - trạng thái, thông qua phân tích tĩnh để xác định xung đột giao dịch. Phù hợp để xử lý các giao dịch có cấu trúc rõ ràng, nhưng trong các tình huống phức tạp, độ song song có thể giảm.

Sự phân cấp song song theo đối tượng được tinh chỉnh hơn nữa, được lập lịch theo đơn vị "đối tượng trạng thái" với độ chi tiết hơn. Aptos và Sui là những người khám phá theo hướng này, đặc biệt là Sui thông qua ngôn ngữ Move để thực hiện kiểm soát tài nguyên chính xác. Cách tiếp cận này mang tính tổng quát hơn, nhưng cũng mang lại độ phức tạp cao hơn trong phát triển.

Song song cấp độ giao dịch được đại diện bởi Monad, Sei, Fuel, xây dựng đồ thị phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch. Nó coi giao dịch là đơn vị nguyên tử, thực hiện luồng song song thông qua bộ lập lịch. Cơ chế này lý thuyết có khả năng thông lượng cao nhất, nhưng cần quản lý phụ thuộc cực kỳ phức tạp.

Song song cấp độ máy ảo sẽ nhúng khả năng đồng thời vào nền tảng VM. MegaETH đang cố gắng thiết kế lại EVM, hỗ trợ thực thi mã hợp đồng đồng thời đa luồng. Cách này cần hoàn toàn tương thích với EVM hiện tại, thách thức rất lớn.

Song song cấp lệnh là con đường có độ phân giải nhỏ nhất, xuất phát từ tư tưởng thiết kế CPU hiện đại. Nhóm Fuel đã bước đầu giới thiệu mô hình tái sắp xếp lệnh trong FuelVM. Về lâu dài, điều này có thể đưa blockchain và thiết kế phần cứng lên một tầm cao mới.

Năm con đường này tạo thành quang phổ phát triển của tính toán song song trong chuỗi, đánh dấu sự chuyển đổi của mô hình tính toán blockchain từ sổ cái truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao. Sự lựa chọn con đường song song của các blockchain công cộng khác nhau sẽ quyết định giới hạn khả năng chịu đựng và năng lực cạnh tranh cốt lõi của hệ sinh thái trong tương lai.

Bốn, Phân tích sâu hai đường đua chính: Monad vs MegaETH

Trong nhiều con đường song song của tính toán, Monad và MegaETH đại diện cho hai hướng công nghệ chính được chú ý nhất. Chúng tượng trưng cho sự cạnh tranh giữa "chủ nghĩa tái cấu trúc" và "chủ nghĩa tương thích", ảnh hưởng sâu sắc đến thị trường về sự tưởng tượng của chuỗi hiệu suất cao.

Monad áp dụng phương pháp "tính toán nguyên tắc" và lấy cảm hứng từ cơ sở dữ liệu hiện đại và hệ thống đa lõi để tái định nghĩa động cơ thực thi blockchain. Công nghệ cốt lõi của nó bao gồm kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực thi không thứ tự, với mục tiêu nâng cao hiệu suất xử lý giao dịch lên đến triệu TPS. Monad hoàn toàn tách biệt thực thi giao dịch và sắp xếp, thực hiện thực thi song song thông qua bộ lập lịch phức tạp. Mặc dù việc thực hiện công nghệ cực kỳ phức tạp, nhưng lý thuyết có thể đưa thông lượng lên mức chưa từng có.

Monad không từ bỏ khả năng tương thích EVM, hỗ trợ phát triển Solidity thông qua lớp ngôn ngữ trung gian. Chiến lược "tương thích bề mặt, tái cấu trúc nền tảng" này không chỉ giữ lại sự thân thiện với hệ sinh thái Ethereum mà còn tối đa hóa tiềm năng thực thi của nền tảng. Monad không chỉ có thể trở thành chuỗi chủ quyền hiệu suất cao, mà còn có thể trở thành lớp thực thi lý tưởng cho mạng Layer 2, thậm chí là "nhân hiệu suất cao có thể cắm vào" cho các chuỗi khác.

So với trước, MegaETH đã chọn một hướng đi bảo thủ hơn, cố gắng triển khai khả năng song song trên nền tảng EVM hiện có. Nó không lật đổ quy chuẩn EVM, mà là tái cấu trúc mô hình thực thi lệnh, giới thiệu cơ chế phân tách luồng, thực thi bất đồng bộ, v.v. Điều này cho phép các nhà phát triển cải thiện hiệu suất mà không cần thay đổi hợp đồng hiện có, rất hấp dẫn đối với hệ sinh thái Ethereum.

Đột phá cốt lõi của MegaETH nằm ở việc lập lịch đa luồng VM. Nó giới thiệu ngăn xếp gọi bất đồng bộ và cách ly ngữ cảnh thực thi, cho phép "ngữ cảnh EVM đồng thời" thực hiện cùng một lúc. Cơ chế này tương tự như mô hình đa luồng JavaScript của trình duyệt hiện đại, vừa giữ lại tính xác định của luồng chính, vừa đưa vào lập lịch bất đồng bộ hiệu suất cao. MegaETH rất có thể sẽ được triển khai trên một mạng EVM L2 nào đó, và một khi được áp dụng rộng rãi, có thể mang lại sự cải thiện hiệu suất gần gấp trăm lần trên công nghệ hiện tại.

Monad và MegaETH đại diện cho hai cách tiếp cận khác nhau trong công nghệ song song, cũng phản ánh sự đối kháng kinh điển giữa "cánh tái cấu trúc" và "cánh tương thích" trong sự phát triển của blockchain. Cái trước theo đuổi sự đột phá về mô hình, tái xây dựng toàn bộ logic thực thi; cái sau theo đuổi tối ưu hóa dần, thúc đẩy hiệu suất trên nền tảng tôn trọng hệ sinh thái hiện có. Cả hai đều có ưu điểm riêng, phục vụ cho các nhóm nhà phát triển và tầm nhìn hệ sinh thái khác nhau.

Trong kiến trúc blockchain mô-đun trong tương lai, Monad có thể trở thành mô-đun "thực thi dưới dạng dịch vụ" của Rollup, trong khi MegaETH có thể trở thành plugin tăng tốc hiệu suất cho L2 phổ biến. Cả hai có thể cùng nhau cấu thành động cơ thực thi phân tán hiệu suất cao cho thế giới Web3.

Năm, Cơ hội và Thách thức Tương lai của Tính toán Song song

Khi tính toán song song từ lý thuyết chuyển sang thực tiễn, tiềm năng của nó đang trở nên ngày càng cụ thể. Một mặt, các mô hình phát triển và mô hình kinh doanh mới bắt đầu được định nghĩa lại xung quanh "hiệu suất cao trên chuỗi", như logic trò chơi chuỗi phức tạp hơn, vòng đời của AI Agent thực tế hơn, v.v. Mặt khác, tính toán song song mang lại không chỉ là sự cải thiện hiệu suất, mà còn là sự chuyển biến cấu trúc về ranh giới nhận thức của các nhà phát triển và chi phí di chuyển hệ sinh thái.

Từ cơ hội nhìn nhận, tính toán song song trước tiên sẽ giải phóng trần ứng dụng. Hiện tại, DeFi, trò chơi, và các ứng dụng xã hội thường bị hạn chế bởi nút thắt trạng thái và chi phí Gas, khó có thể hỗ trợ tương tác tần suất cao. Tính toán song song thông qua DAG giao dịch, ngữ cảnh bất đồng bộ và các cơ chế khác, có thể đạt được những đột phá như "động cơ trò chơi trên chuỗi" và "AI Agent trên chuỗi", thúc đẩy Web3 từ "giao dịch tức là tài sản" tiến đến "tương tác tức là thực thể thông minh" trong một mô hình mới.

Thứ hai, chuỗi công cụ phát triển và lớp trừu tượng VM sẽ được tái cấu trúc nhờ vào việc song song hóa. Các công cụ như khung hợp đồng thông minh song song thế hệ mới, trình biên dịch tối ưu, trình gỡ lỗi đồng thời sẽ nhanh chóng nổi lên. Đồng thời, blockchain mô-đun cung cấp con đường lý tưởng cho tính toán song song, chẳng hạn như Monad được chèn vào L2 như một mô-đun thực thi, MegaETH được triển khai như một thay thế EVM, kết hợp với Celestia và EigenLayer tạo thành kiến trúc tích hợp hiệu suất cao.

Tuy nhiên, tính toán song song cũng đối mặt với nhiều thách thức. Về mặt kỹ thuật, vấn đề cốt lõi nhất là đảm bảo tính nhất quán của trạng thái đồng thời và xử lý xung đột giao dịch. Môi trường trên chuỗi có khả năng chịu đựng xung đột rất thấp, yêu cầu bộ lập lịch phải có khả năng xây dựng đồ thị phụ thuộc và dự đoán xung đột mạnh mẽ. Đồng thời, mô hình an toàn cho thực thi đa luồng vẫn chưa hoàn thiện, như cơ chế cách ly trạng thái, các vấn đề tấn công tái nhập mới cần được giải quyết.

Những thách thức có tính ẩn giấu hơn đến từ cấp độ sinh thái và tâm trí. Các nhà phát triển có sẵn sàng chuyển sang mô hình mới, có thể nắm vững phương pháp thiết kế song song, có sẵn sàng hy sinh một phần khả năng đọc được vì hiệu suất hay không, những vấn đề mềm mại này mới là chìa khóa quyết định xem tính toán song song có thể hình thành tiềm năng sinh thái hay không. Sự im lặng của nhiều chuỗi công khai hiệu suất cao nhưng thiếu sự hỗ trợ của các nhà phát triển trong quá khứ đã nhắc nhở chúng ta về tầm quan trọng của sinh thái. Do đó, các dự án tính toán song song không chỉ cần tạo ra động cơ mạnh nhất, mà còn phải thiết kế lộ trình chuyển tiếp sinh thái nhẹ nhàng nhất.

Cuối cùng, tương lai của tính toán song song vừa là chiến thắng của kỹ thuật hệ thống, vừa là thử thách của thiết kế sinh thái. Nó sẽ buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về bản chất của chuỗi: đó là máy tính phi tập trung hay là bộ điều phối trạng thái phân tán toàn cầu theo thời gian thực? Nếu là cái sau, thì thông lượng trạng thái, đồng thời giao dịch, khả năng phản hồi hợp đồng và các yếu tố khác sẽ trở thành các chỉ số cốt lõi định nghĩa giá trị của chuỗi. Và hoàn thành sự chuyển mình này bằng mô hình tính toán song song sẽ trở thành nguyên lý cơ sở hạ tầng có hiệu ứng lãi kép mạnh mẽ nhất trong chu kỳ mới, có thể tạo thành bước ngoặt cho toàn bộ mô hình tính toán Web3.

Sáu, Kết luận: Tính toán song song, có phải là con đường mở rộng bản địa tốt nhất của Web3?

Trong tất cả các con đường khám phá giới hạn hiệu suất Web3, tính toán song song tuy không phải là cách dễ thực hiện nhất, nhưng có thể gần gũi nhất với bản chất của blockchain. Nó không phải là việc di chuyển ra ngoài chuỗi hoặc hy sinh tính phi tập trung để đổi lấy thông lượng, mà là cố gắng tái cấu trúc mô hình thực thi một cách cơ bản trong khi vẫn giữ nguyên tính nguyên tử và tính xác định của chuỗi. Cách mở rộng "bản địa trên chuỗi" này không chỉ giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain, mà còn dành chỗ cho một nền tảng hiệu suất bền vững cho các ứng dụng trên chuỗi phức tạp hơn trong tương lai.

Điểm khó khăn và sức hấp dẫn của tính toán song song nằm ở cấu trúc của nó. Nếu như việc tái cấu trúc mô-đun là "kiến trúc của chuỗi", thì tính toán song song tái cấu trúc "linh hồn của chuỗi". Đây có thể không phải là con đường tắt mang lại hiệu quả ngay lập tức, nhưng rất có thể là con đường đúng đắn duy nhất bền vững trong sự tiến hóa lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến một sự chuyển mình tương tự như từ CPU đơn nhân sang hệ điều hành đa nhân/đa luồng, và hình mẫu của hệ điều hành gốc Web3 có thể đang ẩn chứa trong điều này.