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

I. Pendahuluan: Skalabilitas adalah isu abadi, paralelisme adalah medan perang terakhir

Sistem blockchain selalu menghadapi masalah inti kapasitas yang terbatas. Kemampuan pemrosesan transaksi Bitcoin dan Ethereum terbatas, jauh dari sistem Web2 tradisional. Ini bukan masalah yang bisa diselesaikan hanya dengan menambah perangkat keras, tetapi berasal dari batasan sistemik dalam desain dasar blockchain - "desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas" yang sulit dicapai.

Selama sepuluh tahun terakhir, industri telah mencoba berbagai solusi skalabilitas, dari sengketa skalabilitas Bitcoin hingga sharding Ethereum, dari saluran status, Plasma hingga Rollup dan blockchain modular, dari Layer 2 hingga rekonstruksi Ketersediaan Data. Rollup sebagai solusi skalabilitas utama saat ini, melalui eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai, secara signifikan meningkatkan TPS sambil mempertahankan keamanan. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya dari dasar blockchain, terutama kapasitas throughput blok itu sendiri masih dibatasi oleh paradigma komputasi serial dalam rantai yang sudah lama.

Perhitungan paralel dalam rantai secara bertahap menarik perhatian. Berbeda dengan penskalaan di luar rantai, paralel dalam rantai berusaha untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil mempertahankan atomisitas rantai tunggal, mengupgrade blockchain dari "eksekusi transaksi secara serial satu per satu" menjadi sistem dengan "multithreading + pipelining + penjadwalan ketergantungan" yang sangat bersamaan. Ini tidak hanya dapat mewujudkan peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Sebenarnya, Web2 telah lama menghapus perhitungan satu utas, dan secara umum mengadopsi model optimasi seperti pemrograman paralel dan penjadwalan asinkron. Blockchain sebagai sistem konservatif yang memiliki permintaan deterministik yang sangat tinggi, belum memanfaatkan pemikiran paralel ini sepenuhnya, yang merupakan keterbatasan sekaligus kesempatan. Rantai baru seperti Solana telah lebih dulu memperkenalkan paralelisme, sementara proyek-proyek seperti Monad, MegaETH, dan lainnya semakin menjelajahi mekanisme mendalam seperti eksekusi pipelining dan konkurensi optimis, yang menunjukkan karakteristik yang semakin mendekati sistem operasi modern.

Dapat dikatakan bahwa komputasi paralel bukan hanya optimasi kinerja, tetapi juga perubahan paradigma dalam model eksekusi blockchain. Ini mendefinisikan kembali logika dasar pengemasan transaksi, akses status, dan hubungan pemanggilan. Jika Rollup adalah "memindahkan transaksi untuk dieksekusi di luar rantai", maka paralel di dalam rantai adalah "membangun inti superkomputer di dalam rantai", menyediakan dukungan infrastruktur yang berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan.

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

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

Skalabilitas sebagai salah satu topik paling penting, paling berkelanjutan, dan paling sulit dipecahkan dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi arus utama dalam dekade terakhir. Dimulai dari perselisihan ukuran blok Bitcoin, perlombaan teknologi "bagaimana membuat rantai berjalan lebih cepat", akhirnya terpecah menjadi lima jalur dasar, masing-masing dengan fokus dan skenario aplikasi yang berbeda.

Kelas pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, seperti meningkatkan ukuran blok, mengurangi waktu pembuatan blok, dan sebagainya. Cara ini mempertahankan konsistensi rantai tunggal, mudah dipahami dan diterapkan, tetapi rentan terhadap risiko sentralisasi dan batas biaya node, saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang mainstream.

Kedua adalah perluasan off-chain, yang diwakili oleh saluran status dan sidechain. Pemikiran dasar adalah memindahkan sebagian besar transaksi ke off-chain, hanya menulis hasil akhir ke dalam main chain. Cara ini secara teori dapat memperluas throughput secara tak terbatas, tetapi terdapat masalah kepercayaan dan keamanan, sehingga aplikasinya terbatas.

Kelas ketiga adalah rute Layer2 Rollup yang paling populer saat ini. Melalui eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai, secara signifikan meningkatkan TPS sambil mempertahankan keamanan rantai utama. Optimistic Rollup dan ZK Rollup masing-masing memiliki keunggulan, tetapi juga terdapat ketergantungan pada ketersediaan data, biaya, dan hambatan jangka menengah lainnya.

Kelas keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir. Mengusulkan untuk memisahkan fungsi inti blockchain, dengan beberapa rantai khusus menyelesaikan fungsi yang berbeda. Cara ini fleksibel dan dapat dikombinasikan, tetapi biaya sinkronisasi dan verifikasi antar sistem tinggi, dengan ekosistem pengembangan yang terdistribusi.

Kelas terakhir adalah optimasi perhitungan paralel dalam rantai yang dianalisis dalam artikel ini. Dengan mengubah arsitektur mesin eksekusi, memfasilitasi pemrosesan transaksi secara bersamaan dalam rantai. Ini memerlukan penulisan ulang logika penjadwalan VM dan memperkenalkan serangkaian mekanisme penjadwalan komputer modern. Keuntungannya adalah dapat melampaui batas throughput tanpa bergantung pada arsitektur multi-rantai, memberikan fleksibilitas komputasi yang cukup untuk kontrak pintar yang kompleks.

Lima kategori jalur ini mencerminkan trade-off antara kinerja, komposabilitas, keamanan, dan kompleksitas pengembangan dalam blockchain. Setiap solusi memiliki skenario aplikasinya, bersama-sama membentuk gambaran keseluruhan dari peningkatan paradigma komputasi Web3.

Jalan ekspansi Web3 di masa depan pasti akan menuju era eksekusi yang sangat paralel. Di era ini, kinerja bukan lagi sekadar perlombaan kecepatan, tetapi merupakan representasi komprehensif dari filosofi desain dasar, pemahaman arsitektur yang mendalam, dan kolaborasi perangkat lunak dan perangkat keras. Paralel dalam rantai mungkin menjadi medan perang terakhir dalam perang jangka panjang ini.

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

Dalam evolusi teknologi skalabilitas blockchain, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berbeda dengan penguraian horizontal pada lapisan struktur atau lapisan jaringan, komputasi paralel adalah eksplorasi mendalam pada lapisan eksekusi, yang menentukan kemampuan sistem blockchain untuk memproses transaksi kompleks dengan tingkat konversi tinggi. Dari model eksekusi, dapat disusun 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 halus, adalah proses pemurnian logika paralel, serta proses yang terus meningkatnya kompleksitas sistem.

Akuntansi tingkat paralel yang muncul pertama kali diwakili oleh Solana. Berdasarkan desain pemisahan akun-status, menganalisis kumpulan akun yang terlibat dalam transaksi untuk menentukan hubungan konflik. Cocok untuk menangani transaksi yang terstruktur dengan jelas, tetapi dalam skenario kontrak pintar yang kompleks, tingkat paralel mungkin menurun.

Paralelisme tingkat objek lebih lanjut diperhalus, dengan penjadwalan berdasarkan sumber daya dan modul. Aptos dan Sui adalah penjelajah penting, terutama Sui yang mendefinisikan kepemilikan sumber daya pada waktu kompilasi melalui sistem tipe linier bahasa Move, yang memungkinkan kontrol yang tepat. Metode ini lebih umum, tetapi memperkenalkan ambang bahasa yang lebih tinggi.

Paralelisme tingkat transaksi diwakili oleh Monad, Sei, dan Fuel, membangun grafik ketergantungan di sekitar seluruh transaksi dan menjadwalkan eksekusi. Desain ini memungkinkan untuk memaksimalkan paralelisme tanpa sepenuhnya memahami status dasar. Monad menggabungkan kontrol konkurensi optimis, penjadwalan pipelining, dan teknologi basis data lainnya, membuat eksekusi rantai lebih mendekati "penjadwal GPU".

Paralelisme tingkat mesin virtual mengintegrasikan kemampuan konkuren ke dalam lapisan dasar VM. MegaETH sebagai "eksperimen mesin virtual super" dalam ekosistem Ethereum, mencoba mendesain ulang EVM untuk mendukung eksekusi konkuren multithread. Metode ini memerlukan kompatibilitas penuh dengan EVM yang ada, sekaligus merenovasi seluruh lingkungan eksekusi, yang sangat sulit.

Akhirnya, paralelisme tingkat instruksi mengacu pada eksekusi out-of-order CPU dan desain pipeline instruksi. Tim Fuel telah memperkenalkan model eksekusi yang dapat mengubah urutan instruksi dalam FuelVM. Cara ini mungkin membawa kolaborasi desain antara blockchain dan perangkat keras ke tingkat yang baru, menjadikan blockchain sebagai "komputer terdesentralisasi" yang sebenarnya.

Lima jalur ini membentuk spektrum perkembangan komputasi paralel dalam rantai, menandakan peralihan model komputasi blockchain dari buku besar serial tradisional ke lingkungan eksekusi terdistribusi berkinerja tinggi. Pilihan jalur paralel dari berbagai blockchain publik akan menentukan batas kapasitas ekosistem aplikasi masa depannya dan daya saing intinya.

Empat, Analisis Mendalam Dua Jalur Utama: Monad vs MegaETH

Dua jalur teknologi yang paling banyak diperhatikan saat ini di bidang komputasi paralel adalah "membangun rantai komputasi paralel dari nol" yang diwakili oleh Monad dan "revolusi paralel di dalam EVM" yang diwakili oleh MegaETH. Mereka tidak hanya merupakan arah penelitian dan pengembangan yang paling banyak diinvestasikan oleh para insinyur, tetapi juga mewakili persaingan antara dua paradigma paralel: "rekonstruksionisme" dan "kompatibilisme".

Monad adalah "puritan komputasi" yang sepenuhnya, terinspirasi oleh basis data modern dan sistem multi-core berkinerja tinggi, mendefinisikan ulang mesin eksekusi blockchain. Teknologi inti mencakup kontrol konkuren optimis, penjadwalan transaksi DAG, eksekusi tidak terurut, dan pipeline batch, yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi hingga tingkat juta TPS. Monad sepenuhnya memisahkan eksekusi dan pengurutan transaksi, membangun grafik ketergantungan terlebih dahulu sebelum melakukan eksekusi paralel. Mekanisme ini rumit, tetapi secara teoritis dapat mendorong throughput ke batas ekstrem.

Monad tidak meninggalkan kompatibilitas EVM, mendukung pengembangan Solidity melalui lapisan bahasa perantara, sambil melakukan penjadwalan paralel di tingkat dasar. Strategi "kompatibilitas permukaan, rekonstruksi dasar" ini, tidak hanya mempertahankan keramahan terhadap ekosistem Ethereum, tetapi juga memaksimalkan potensi eksekusi. Di masa depan, Monad mungkin menjadi lapisan eksekusi ideal untuk jaringan Rollup, bahkan menjadi "inti berkinerja tinggi yang dapat dipasang" untuk rantai lainnya.

Sebagai perbandingan, MegaETH memilih untuk mewujudkan paralel di atas dasar Ethereum yang ada. Ini tidak membatalkan spesifikasi EVM, tetapi menanamkan kemampuan paralel ke dalam mesin eksekusi yang ada, menciptakan "multi-core EVM". MegaETH membangun kembali model eksekusi instruksi EVM, memperkenalkan isolasi utas, eksekusi asinkron, deteksi konflik, dan mekanisme lainnya, yang memungkinkan beberapa kontrak berjalan secara bersamaan. Cara ini tidak memerlukan perubahan pada kontrak Solidity yang ada, hanya dengan melakukan penerapan dapat memperoleh peningkatan kinerja.

Terobosan inti MegaETH terletak pada penjadwalan multithreading VM. Ini memperkenalkan tumpukan panggilan asinkron dan isolasi konteks eksekusi, untuk mewujudkan "konteks EVM konkuren" yang dapat dieksekusi secara bersamaan. Setiap kontrak dijalankan dalam thread yang independen, dan akhirnya status diserahkan secara bersamaan melalui lapisan sinkronisasi paralel. Ini mirip dengan model multithreading JavaScript di peramban modern, yang mempertahankan determinisme thread utama, sekaligus memperkenalkan penjadwalan berkinerja tinggi secara asinkron.

MegaETH terikat erat dengan ekosistem Ethereum, dan di masa depan mungkin akan diimplementasikan di salah satu jaringan EVM L2 Rollup. Setelah adopsi massal, dapat mencapai peningkatan kinerja hampir seratus kali lipat pada tumpukan teknologi yang ada, tanpa perlu mengubah semantik kontrak dan mode pengembangan. Ini menjadikannya arah peningkatan yang sangat menarik bagi kaum konservatif EVM.

Monad dan MegaETH mewakili dua implementasi jalur teknologi paralel, juga mencerminkan perlawanan antara "reconstruction faction" dan "compatibility faction" dalam perkembangan blockchain. Yang pertama mengejar terobosan paradigma, membangun kembali semua logika dari VM hingga manajemen status; yang kedua mengejar optimisasi bertahap, mendorong sistem tradisional ke batasnya dengan menghormati ekosistem yang ada. Keduanya memiliki keunggulan masing-masing, melayani kelompok pengembang dan visi ekosistem yang berbeda. Di masa depan, keduanya mungkin akan bersatu dalam arsitektur blockchain modular, bersama-sama membangun mesin eksekusi terdistribusi berkinerja tinggi untuk dunia Web3.

Lima, Peluang dan Tantangan Masa Depan Komputasi Paralel

Seiring dengan peralihan komputasi paralel dari teori ke praktik, potensinya semakin menjadi nyata. Di satu sisi, paradigma pengembangan dan model bisnis baru mulai mendefinisikan ulang "kinerja tinggi di rantai", dari permainan berbasis rantai hingga AI Agent, dari pertukaran data waktu nyata hingga interaksi imersif, semuanya bergerak dari "apakah ini bisa dilakukan" ke "seberapa baik ini dapat dilakukan". Di sisi lain, komputasi paralel tidak hanya membawa peningkatan kinerja, tetapi juga perubahan struktural dalam batas pemahaman pengembang dan biaya migrasi ekosistem. Ini sedang mengandung model dunia baru di atas rantai, yang merupakan revolusi efisiensi eksekusi, serta tempat inovasi struktur produk.

Dari segi peluang, yang paling langsung adalah "pembebasan plafon aplikasi". Saat ini, DeFi, permainan, dan aplikasi sosial sebagian besar dibatasi oleh hambatan status dan biaya Gas, sehingga tidak dapat menampung interaksi frekuensi tinggi. Komputasi paralel diharapkan dapat memecahkan batasan ini, mewujudkan "mesin permainan di blockchain" dan "AI Agent on-chain" serta inovasi lainnya. Pada saat yang sama, alat pengembang dan lapisan abstraksi VM juga akan dibentuk kembali karena paralelisasi, melahirkan generasi baru kerangka kontrak pintar paralel, pengoptimal kompilator, dan debugger bersamaan serta infrastruktur lainnya.

Namun, kemajuan komputasi paralel juga menghadapi banyak tantangan. Masalah teknis inti terletak pada "jaminan konsistensi keadaan yang bersamaan" dan "strategi penanganan konflik transaksi". Lingkungan on-chain berbeda dari database tradisional, memerlukan pembangunan grafik ketergantungan dan kemampuan prediksi konflik yang lebih tepat. Selain itu, model keamanan eksekusi multithread belum sepenuhnya dibangun, seperti isolasi status antar thread, masalah serangan reentry yang baru, dan lainnya masih perlu diselesaikan.

Tantangan yang lebih tersembunyi berasal dari aspek ekologi dan psikologi. Apakah pengembang bersedia untuk beralih ke paradigma baru, apakah mereka dapat menguasai metode desain model paralel, masalah-masalah lunak ini adalah kunci untuk menentukan apakah komputasi paralel dapat membentuk potensi ekologi. Di masa lalu, telah ada beberapa proyek rantai dengan kinerja yang unggul tetapi kurang dukungan pengembang yang terdiam, ini mengingatkan kita: tanpa pengembang, tidak ada ekosistem, tidak ada