Laporan Riset Kedalaman Komputasi Paralel Web3: Jalur Akhir untuk Ekspansi Asli

I. Pendahuluan: Skalabilitas adalah tema abadi, paralel adalah medan pertempuran akhir

Sistem blockchain telah menghadapi masalah inti skalabilitas sejak dilahirkan. Bottleneck kinerja Bitcoin dan Ethereum sulit diatasi, jauh di bawah sistem Web2 tradisional. Ini bukan masalah yang dapat diselesaikan hanya dengan menambah perangkat keras, tetapi berasal dari batasan sistemik dalam desain dasar blockchain.

Selama sepuluh tahun terakhir, industri telah mencoba berbagai jalur untuk meningkatkan kapasitas. Dari kontroversi peningkatan kapasitas Bitcoin hingga pemecahan Ethereum, dari saluran status hingga Rollup dan blockchain modular, teknologi peningkatan kapasitas terus berkembang. Rollup sebagai solusi utama saat ini, meningkatkan kinerja sambil mempertahankan keamanan rantai utama. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya dari blockchain, terutama di sisi eksekusi yang masih dibatasi oleh model komputasi serial.

Oleh karena itu, komputasi paralel dalam rantai secara bertahap memasuki pandangan industri. Ini berusaha untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil mempertahankan atomisme rantai tunggal, mengupgrade blockchain menjadi sistem komputasi dengan tingkat konkuren yang tinggi. Ini tidak hanya dapat membawa peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Sebenarnya, perhitungan satu utas telah dihapuskan di bidang Web2, digantikan oleh pemrograman paralel, penjadwalan asinkron, dan model optimasi lainnya. Namun, blockchain sebagai sistem perhitungan yang lebih mendasar dan memiliki tuntutan deterministik yang lebih tinggi, belum sepenuhnya memanfaatkan pemikiran paralel ini. Ini adalah keterbatasan, tetapi juga kesempatan. Generasi baru rantai publik dan proyek sedang melakukan eksplorasi mendalam di bidang ini, berusaha untuk membawa model eksekusi blockchain ke paradigma sistem operasi modern.

Dapat dikatakan, komputasi paralel bukan hanya merupakan cara untuk mengoptimalkan kinerja, tetapi juga merupakan titik balik dalam paradigma model eksekusi blockchain. Ini menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar, mendefinisikan kembali logika dasar pemrosesan transaksi. Tujuannya adalah untuk menyediakan dukungan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan.

Setelah jalur Rollup menyatu, paralel dalam rantai menjadi kunci kompetisi Layer1 di siklus baru. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga persaingan paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan besar akan lahir dari pertarungan paralel dalam rantai ini.

Dua, Panorama Paradigma Ekspansi: Lima Jenis Rute, Masing-Masing Memiliki Fokus Tersendiri

Skalabilitas sebagai salah satu topik paling penting dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi utama dalam dekade terakhir. Kompetisi teknologi tentang "bagaimana membuat blockchain berjalan lebih cepat" pada akhirnya terpecah menjadi lima jalur dasar, di mana setiap jalur memasuki batasan dari sudut yang berbeda, masing-masing memiliki filosofi teknis, tingkat kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario aplikasi yang berbeda.

Jenis pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, seperti meningkatkan ukuran blok, memperpendek waktu blok, dll. Cara ini mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, tetapi mudah menghadapi risiko sentralisasi dan peningkatan biaya node serta batasan sistemik, saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang utama.

Kedua adalah skalabilitas di luar rantai, yang diwakili oleh saluran status dan sisi rantai. Jalur ini memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi ke luar rantai, hanya menulis hasil akhir ke rantai utama. Meskipun secara teori dapat memperluas throughput tanpa batas, masalah model kepercayaan dan keamanan transaksi di luar rantai membatasi penerapannya.

Kelas ketiga adalah jalur Layer2 Rollup yang paling populer saat ini. Ini mencapai skalabilitas melalui mekanisme eksekusi off-chain dan verifikasi on-chain, mencapai keseimbangan antara desentralisasi dan kinerja tinggi. Namun, ini juga mengungkapkan ketergantungan yang terlalu kuat pada ketersediaan data dan biaya yang masih relatif tinggi sebagai hambatan jangka menengah.

Jenis keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir. Ini sepenuhnya memisahkan fungsi inti blockchain, dengan berbagai rantai khusus menyelesaikan fungsi yang berbeda. Arah ini dapat dengan fleksibel mengganti komponen sistem, tetapi memiliki tuntutan yang sangat tinggi terhadap keamanan lintas rantai dan standar protokol.

Kelas terakhir adalah jalur optimasi komputasi paralel dalam rantai. Ini menekankan perubahan arsitektur mesin eksekusi di dalam rantai tunggal, untuk mencapai pemrosesan bersamaan transaksi atomik. Arah ini tidak perlu bergantung pada arsitektur multi-rantai untuk melampaui batasan kinerja, merupakan prasyarat teknologi penting untuk skenario aplikasi kompleks di masa depan.

Melihat lima jenis jalur ini, di baliknya terdapat pertimbangan sistematis antara kinerja, komposabilitas, keamanan, dan kompleksitas pengembangan dalam blockchain. Setiap jalur memiliki kelebihan dan kekurangan, bersama-sama membentuk panorama peningkatan paradigma komputasi Web3, menyediakan berbagai opsi strategis untuk industri.

Seperti dalam sejarah ketika sistem operasi beralih dari satu inti ke multi-inti, jalan perluasan Web3 juga akan menuju era eksekusi yang sangat paralel. Dalam era ini, kinerja bukan lagi sekadar perlombaan kecepatan rantai, tetapi merupakan manifestasi komprehensif dari filosofi desain dasar dan kontrol sistem. Paralel dalam rantai, mungkin merupakan medan pertempuran terakhir dalam perang jangka panjang ini.

Tiga, Peta Klasifikasi Komputasi Paralel: Lima Jalur dari Akun ke Instruksi

Dalam konteks evolusi teknologi skalabilitas blockchain yang terus berkembang, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur utama untuk terobosan kinerja. Dari model eksekusi, kita dapat menyusun peta klasifikasi komputasi paralel yang jelas, yang 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, sekaligus jalur yang semakin meningkat dalam kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan.

Akuntansi tingkat paralel yang pertama kali muncul, 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. Mekanisme ini cocok untuk menangani transaksi yang terstruktur dengan jelas, tetapi ketika menghadapi kontrak pintar yang kompleks, masalah penurunan paralelisme dapat terjadi.

Paralelisme tingkat objek semakin diperhalus, memperkenalkan abstraksi semantik dari sumber daya dan modul. Aptos dan Sui adalah penjelajah penting di arah ini, terutama Sui yang melalui sistem tipe linier bahasa Move, memungkinkan kontrol akses sumber daya yang akurat pada runtime. Pendekatan ini lebih umum dan dapat diperluas, tetapi juga memperkenalkan ambang bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan yang lebih besar.

Paralelisme tingkat transaksi adalah arah yang dieksplorasi oleh generasi baru rantai berkinerja tinggi yang diwakili oleh Monad, Sei, dan Fuel. Jalur ini membangun grafik ketergantungan di sekitar transaksi itu sendiri, membangun grafik transaksi melalui analisis statis atau dinamis, dan bergantung pada penjadwal untuk menjalankan eksekusi aliran secara bersamaan. Mekanisme ini membutuhkan manajer ketergantungan dan detektor konflik yang sangat kompleks, tetapi potensi kapasitas throughputnya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan model akun atau objek.

Paralelisme tingkat mesin virtual secara langsung mengintegrasikan kemampuan eksekusi bersamaan ke dalam logika penjadwalan instruksi dasar VM. MegaETH, sebagai "percobaan mesin virtual super" di dalam ekosistem Ethereum, sedang mencoba mendesain ulang EVM agar mendukung eksekusi kode kontrak pintar yang dilakukan secara multithread. Tantangan terbesar dari pendekatan ini adalah harus sepenuhnya kompatibel dengan semantik perilaku EVM yang ada, sambil merombak seluruh lingkungan eksekusi dan mekanisme Gas.

Kategori terakhir dari jalur adalah paralelisme tingkat instruksi. Pemikirannya berasal dari eksekusi out-of-order dan pipelining instruksi dalam desain CPU modern. Tim Fuel telah memperkenalkan model eksekusi yang dapat di-reorder pada tingkat instruksi dalam FuelVM mereka. Dalam jangka panjang, begitu mesin eksekusi blockchain mencapai eksekusi prediktif dan pengaturan ulang dinamis terhadap ketergantungan instruksi, tingkat paralelismenya akan mencapai batas teoritis.

Secara keseluruhan, akun, objek, transaksi, VM, dan instruksi membentuk spektrum perkembangan komputasi paralel dalam rantai. Dari struktur data statis hingga mekanisme penjadwalan dinamis, dari prediksi akses status hingga pengaturan ulang tingkat instruksi, setiap langkah kemajuan teknologi paralel berarti peningkatan yang signifikan dalam kompleksitas sistem dan ambang pengembangan. Namun, pada saat yang sama, mereka juga menandakan perubahan paradigma dalam model komputasi blockchain, berpindah dari buku besar konsensus sekuens penuh yang tradisional, menuju lingkungan eksekusi terdistribusi yang berkinerja tinggi, dapat diprediksi, dan dapat dijadwalkan. Pilihan jalur paralel dari berbagai rantai publik akan menentukan batas kapasitas ekosistem aplikasi masa depan mereka, serta daya saing inti mereka dalam skenario seperti AI Agent, game berbasis blockchain, dan perdagangan frekuensi tinggi di blockchain.

Empat, Analisis Mendalam Dua Jalur Utama: Monad vs MegaETH

Dalam evolusi komputasi paralel yang memiliki banyak jalur, dua jalur teknologi utama yang paling difokuskan oleh pasar saat ini adalah "membangun rantai komputasi paralel dari nol" yang diwakili oleh Monad, dan "revolusi paralel dalam EVM" yang diwakili oleh MegaETH. Kedua hal ini tidak hanya merupakan arah penelitian dan pengembangan yang paling banyak diinvestasikan oleh insinyur kripto saat ini, tetapi juga merupakan simbol paling pasti dari persaingan kinerja komputer Web3 saat ini. Keduanya masing-masing mewakili sebuah "reformisme" dan sebuah "kompatibilisme" dalam perlombaan paradigma paralel, yang secara mendalam mempengaruhi imajinasi pasar tentang bentuk akhir rantai berkinerja tinggi.

Monad adalah "puritan komputasi" yang sepenuhnya, dengan filosofi desain yang tidak bertujuan untuk kompatibel dengan EVM yang ada, tetapi terinspirasi oleh basis data modern dan sistem multi-inti berkinerja tinggi, untuk mendefinisikan kembali cara kerja dasar dari mesin eksekusi blockchain. Sistem teknologi intinya bergantung pada kontrol konkurensi optimis, penjadwalan DAG transaksi, eksekusi tidak berurutan, pemrosesan batch, dan mekanisme matang lainnya di bidang basis data, bertujuan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi rantai hingga tingkat juta TPS. Dalam arsitektur Monad, eksekusi dan pengurutan transaksi sepenuhnya dipisahkan, sistem terlebih dahulu membangun graf ketergantungan transaksi, lalu diserahkan kepada penjadwal untuk dieksekusi secara paralel. Mekanisme ini secara teknis sangat kompleks, membutuhkan pembangunan tumpukan eksekusi yang mirip dengan pengelola transaksi basis data modern, tetapi secara teori dapat mendorong batas throughput ke tingkat yang belum pernah dibayangkan di dunia rantai saat ini.

Dan yang lebih penting, Monad tidak mengabaikan interoperabilitas dengan EVM. Ini mendukung pengembang untuk menulis kontrak menggunakan sintaks Solidity melalui lapisan perantara yang mirip dengan "Bahasa Perantara yang Kompatibel dengan Solidity", sambil melakukan optimasi dan penjadwalan paralel di mesin eksekusi. Strategi desain "kompatibilitas permukaan, rekonstruksi bawah" ini tidak hanya mempertahankan keramahan terhadap pengembang ekosistem Ethereum, tetapi juga dapat memanfaatkan potensi eksekusi di bawahnya secara maksimal, merupakan strategi teknis yang khas dari "menelan EVM, lalu mendekonstruksinya".

Berbeda dengan sikap "pembangun dunia baru" Monad, MegaETH memilih untuk memulai dari dunia Ethereum yang ada, dengan biaya perubahan yang sangat kecil untuk mencapai peningkatan efisiensi eksekusi yang signifikan. MegaETH tidak menggulingkan spesifikasi EVM, tetapi berusaha untuk menyisipkan kemampuan komputasi paralel ke dalam mesin eksekusi EVM yang ada, menciptakan versi masa depan "EVM multi-inti". Prinsip dasarnya adalah melakukan rekonstruksi menyeluruh terhadap model eksekusi instruksi EVM saat ini, sehingga memungkinkan isolasi tingkat thread, eksekusi asinkron tingkat kontrak, deteksi konflik akses status, dan lain-lain, yang memungkinkan beberapa kontrak pintar berjalan secara bersamaan dalam blok yang sama dan akhirnya menggabungkan perubahan status. Jalur "revolusi konservatif" ini sangat menarik, terutama untuk ekosistem Ethereum L2, karena menyediakan jalur ideal yang tidak memerlukan migrasi sintaksis dan peningkatan kinerja tanpa rasa sakit.

Terobosan inti MegaETH terletak pada mekanisme penjadwalan multithread VM-nya. EVM tradisional menggunakan model eksekusi satu utas berbasis tumpukan, di mana setiap instruksi dieksekusi secara linier, dan pembaruan status harus terjadi secara sinkron. MegaETH memecahkan pola ini dengan memperkenalkan tumpukan pemanggilan asinkron dan mekanisme isolasi konteks eksekusi, sehingga memungkinkan eksekusi "konteks EVM secara bersamaan". Setiap kontrak dapat memanggil logika dirinya sendiri dalam utas yang terpisah, sementara semua utas melakukan deteksi konflik dan konvergensi status secara bersamaan melalui lapisan sinkron paralel saat akhirnya mengajukan status. Mekanisme ini sangat mirip dengan model multithread JavaScript di browser modern, yang mempertahankan determinisme perilaku utas utama, sekaligus memperkenalkan mekanisme penjadwalan berkinerja tinggi secara asinkron di latar belakang.

Dalam arti tertentu, Monad dan MegaETH merupakan dua jalur yang berbeda, bukan hanya dua cara implementasi jalur teknologi paralel, tetapi juga perlawanan klasik antara "reformis" dan "kompatibilis" dalam perkembangan blockchain: yang pertama mengejar terobosan paradigma, membangun kembali semua logika dari mesin virtual hingga manajemen status dasar, untuk mencapai kinerja ekstrem dan fleksibilitas arsitektur; yang kedua mengejar optimasi bertahap, dengan menghormati batasan ekosistem yang ada, mendorong sistem tradisional ke batasnya, sehingga meminimalkan biaya migrasi. Keduanya tidak memiliki keunggulan absolut, tetapi melayani kelompok pengembang dan visi ekosistem yang berbeda. Monad lebih cocok untuk membangun sistem baru dari awal, mengejar throughput maksimum untuk game berbasis blockchain, agen AI, dan rantai eksekusi modular; sedangkan MegaETH lebih cocok untuk proyek L2, proyek DeFi, dan protokol infrastruktur yang ingin meningkatkan kinerja dengan perubahan pengembangan minimal.

Mereka seperti kereta cepat di jalur baru yang sepenuhnya baru,