تقرير بحث عميق حول الحوسبة المتوازية Web3: الطريق النهائي للتوسع الأصلي

واحد، المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية

منذ ظهور البيتكوين، واجه نظام البلوك تشين مشكلة جوهرية لا يمكن تجنبها: التوسع. البيتكوين يعالج أقل من 10 معاملات في الثانية، كما أن الإيثريوم يجد صعوبة في تجاوز عائق الأداء الذي يتمثل في عشرات TPS، مما يجعله يبدو ثقيلًا بشكل خاص مقارنةً بعالم Web2 التقليدي. والأهم من ذلك، أن هذه ليست مجرد مسألة زيادة عدد الخوادم، بل هي قيود نظامية متجذرة في التصميم الأساسي للبلوك تشين.

على مدار السنوات العشر الماضية، شهدنا صعود وسقوط العديد من محاولات التوسع. من صراع توسيع البيتكوين إلى رؤية تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة وPlasma إلى Rollup وسلاسل الكتل المودولية، ومن التنفيذ خارج السلسلة Layer 2 إلى إعادة هيكلة توفر البيانات، سلكت الصناعة بأكملها طريقًا مليئًا بالخيال للتوسع. يُعتبر Rollup كأكثر أنماط التوسع قبولًا حاليًا، حيث حقق هدفًا كبيرًا في زيادة TPS مع تخفيف عبء السلسلة الرئيسية. لكنه لم يتطرق إلى الحدود الحقيقية "لأداء السلسلة الواحدة" في البلوكشين، لا سيما في جانب التنفيذ الذي لا يزال مقيدًا بتقنية الحساب التسلسلي القديمة داخل السلسلة.

لذلك، بدأت الحسابات المتوازية داخل السلسلة تدخل تدريجياً إلى رؤية الصناعة. بخلاف توسيع السلسلة خارجياً والتوزيع عبر السلاسل، تحاول الحسابات المتوازية داخل السلسلة إعادة بناء محرك التنفيذ تماماً مع الحفاظ على ذرة السلسلة الفردية، مسترشدة بأفكار أنظمة التشغيل الحديثة وتصميم وحدات المعالجة المركزية، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات واحدة تلو الأخرى" في نمط خيط واحد إلى "نظام حساب عالي التزامن + خطوط أنابيب + جدولة اعتماد". هذا لا يمكن أن يحقق فقط زيادة في القدرة على معالجة المعاملات بمئات المرات، ولكنه قد يصبح أيضاً الشرط الأساسي لانتشار تطبيقات العقود الذكية.

يمكن القول إن الحوسبة المتوازية ليست فقط "وسيلة لتحسين الأداء"، بل هي نقطة تحول في نموذج تنفيذ blockchain. إنها تتحدى النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، وتعاد تعريف المنطق الأساسي لتجميع المعاملات، والوصول إلى الحالة، وعلاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. إذا كان Rollup هو "نقل المعاملات إلى التنفيذ خارج السلسلة"، فإن الحوسبة المتوازية داخل السلسلة هي "بناء نواة حوسبة فائقة على السلسلة"، وهدفها ليس ببساطة زيادة الإنتاجية، بل تقديم بنية تحتية مستدامة حقًا لدعم التطبيقات الأصلية في Web3 في المستقبل.

بعد أن أصبحت مسارات Rollup متجانسة تدريجياً، بدأ التوازي داخل السلسلة في التحول إلى متغير حاسم في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. لم تعد الأداء تعني "الأسرع" فقط، بل إمكانية دعم عالم تطبيقات غير متجانس بالكامل. هذه ليست مجرد مسابقة تقنية، بل هي معركة من أجل النموذج. من المحتمل أن تنشأ المنصة التنفيذية السيادية من الجيل التالي في عالم Web3 من هذه المعركة للتوازي داخل السلسلة.

٢. صورة شاملة لنموذج التوسع: خمسة مسارات، كل منها يركز على جانب معين

تعتبر التوسعة واحدة من أهم وأصعب المواضيع التي تواجه تطور تقنيات السلاسل العامة، حيث أدت إلى ظهور وتطور جميع المسارات التقنية الرئيسية تقريبًا خلال العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية حول "كيفية جعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" من صراع حجم الكتلة في البيتكوين، وانتهت بتفريخ خمس مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار نقطة الاختناق من زاوية مختلفة، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، والسيناريوهات المناسبة.

النوع الأول من الطرق هو التوسع المباشر على السلسلة، تمثيل الأساليب مثل زيادة حجم الكتلة، تقصير وقت إنشاء الكتل، أو من خلال تحسين هيكل البيانات وآلية الإجماع لزيادة القدرة على المعالجة. تحتفظ هذه الطريقة ببساطة تماسك السلسلة الواحدة، مما يسهل فهمها ونشرها، لكنها أيضًا عرضة لمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وصعوبة التزامن، وغيرها من الحدود النظامية. لذلك، لم يعد هذا التصميم اليوم هو الحل الرئيسي السائد، بل أصبح أكثر تكاملًا مع آليات أخرى.

النوع الثاني من المسارات هو التوسع خارج السلسلة، وتمثيله هو قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية وراء هذا النوع من المسارات هي نقل معظم أنشطة التداول إلى خارج السلسلة، مع كتابة النتائج النهائية فقط في السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة تسوية نهائية. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تتوسع نظريًا بلا حدود، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات الخارجية، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعلات، وغيرها من القضايا تحد من تطبيقها.

النوع الثالث من المسار هو الأكثر شعبية وانتشارًا حاليًا وهو مسار Layer2 Rollup. يتم تحقيق التوسع من خلال تنفيذ خارجي والتحقق على السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا لكل منهما، لكنهما تواجهان قيودًا متوسطة الأجل تتمثل في الاعتماد القوي على توفر البيانات، وارتفاع التكاليف، وتجربة تطوير مفككة.

النوع الرابع من المسارات هو هيكلية سلسلة الكتل المودولارية التي نشأت في السنوات الأخيرة. تدعو باراديمي المودولار إلى فصل الوظائف الأساسية لسلسلة الكتل تمامًا، حيث تقوم سلاسل متخصصة متعددة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم دمجها في شبكة قابلة للتوسع من خلال بروتوكولات عبر السلاسل. تكمن ميزة هذا الاتجاه في القدرة على استبدال مكونات النظام بمرونة، وزيادة الكفاءة بشكل كبير في مراحل معينة. لكن التحديات واضحة جدًا أيضًا: بعد فصل المودولات، تكون تكاليف التزامن والتحقق والثقة المتبادلة بين الأنظمة مرتفعة للغاية، كما أن بيئة المطورين مجزأة للغاية.

آخر نوع من المسارات هو مسار تحسين الحوسبة المتوازية داخل السلسلة. تركز الحوسبة المتوازية على "الترقية الرأسية"، أي من خلال تغيير بنية محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة لتحقيق المعالجة المتزامنة للمعاملات الذرية. يتطلب ذلك إعادة كتابة منطق جدولة VM، وإدخال تحليل الاعتماد على المعاملات، وتوقع تعارض الحالة، والتحكم في مستوى التوازي، والاستدعاء غير المتزامن، وما إلى ذلك من مجموعة كاملة من آليات جدولة أنظمة الكمبيوتر الحديثة. تكمن الميزة الأساسية في هذا الاتجاه في أنه لا يحتاج إلى الاعتماد على بنية متعددة السلاسل لتحقيق اختراق حدود السعة، بينما يوفر في الوقت نفسه مرونة حسابية كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة، وهو شرط تقني مهم لتطبيقات مثل الوكلاء الذكاء الاصطناعي، والألعاب الكبيرة عبر السلسلة، والمشتقات عالية التردد.

ثلاثة، خريطة تصنيف الحوسبة المتوازية: من الحسابات إلى التعليمات خمسة مسارات رئيسية

في سياق تطور تقنيات توسيع البلوكشين، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار المركزي لتحقيق الأداء العالي. من نموذج التنفيذ، عند مراجعة مسار تطور هذه التقنية، يمكننا رسم خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريباً إلى خمس مسارات تقنية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملة، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه الفئات الخمس من المسارات تتراوح من الدقة الخشنة إلى الدقة الدقيقة، وهي ليست فقط عملية مستمرة لتفصيل المنطق المتوازي، بل أيضاً مسار يتصاعد فيه تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.

أول ظهور للتوازي على مستوى الحسابات هو نموذج يمثل منصة تداول معينة. يعتمد هذا النموذج على تصميم مفصول بين الحسابات والحالات، من خلال تحليل ثابت لمجموعة الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تعارض. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان لا تتداخل، يمكن تنفيذها بالتوازي على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة جداً لمعالجة المعاملات ذات الهيكل المحدد والمدخلات والمخرجات الواضحة، خاصةً البرامج ذات المسارات القابلة للتنبؤ مثل DeFi. لكن الافتراض الطبيعي هنا هو أن الوصول إلى الحسابات يمكن التنبؤ به، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه بشكل ثابت، مما يجعلها تواجه مشاكل في التنفيذ الحذر وانخفاض التوازي عند التعامل مع العقود الذكية المعقدة.

على أساس نموذج الحساب، قمنا بمزيد من التخصيص، وندخل إلى مستوى التقنية المتوازية على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريدًا دلاليًا للموارد والوحدات، ويقوم بجدولة متزامنة بناءً على "كائنات الحالة" ذات الدقة الأعلى. بعض المشاريع تحدد ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة من خلال نظام الأنواع الخطية في لغة Move، مما يسمح بالتحكم الدقيق في نزاعات الوصول إلى الموارد أثناء التشغيل. هذه الطريقة، مقارنة بالتوازي على مستوى الحساب، أكثر عمومية وقابلية للتوسع، ويمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة الحالة الأكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي السيناريوهات ذات التنوع العالي مثل الألعاب، والشبكات الاجتماعية، والذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، فإن التوازي على مستوى الكائنات يقدم أيضًا عتبة لغوية أعلى وتعقيدًا في التطوير، وتكلفة التبديل في النظام البيئي مرتفعة، مما يقيّد سرعة انتشار نموذجها المتوازي.

إن المعالجة المتوازية على مستوى المعاملات، هي الاتجاه الذي تستكشفه سلسلة الجيل الجديد عالية الأداء. لم يعد هذا المسار يعتبر الحالة أو الحساب كأصغر وحدة معالجة متوازية، بل يقوم ببناء رسم بياني للاعتماد حول المعاملة نفسها. يتم اعتبار المعاملة كوحدة عملية ذرية، من خلال بناء رسم بياني للمعاملات عبر التحليل الثابت أو الديناميكي، والاعتماد على المجدول لتنفيذ متوازي. يسمح هذا التصميم للنظام بتعظيم الاستفادة من المعالجة المتوازية دون الحاجة إلى فهم كامل لبنية الحالة الأساسية. بعض المشاريع تجمع بين التحكم المتوازي المتفائل، جدولة خطوط الأنابيب المتوازية، والتنفيذ غير المتسلسل، مثل تقنيات محركات قواعد البيانات الحديثة، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نموذج "مجدول GPU". في الممارسة العملية، تتطلب هذه الآلية مديري اعتماد معقدين للغاية وكاشفي تعارض، وقد يصبح المجدول نفسه عنق الزجاجة، لكن قدرتها المحتملة على المعالجة تفوق بكثير نموذج الحسابات أو الكائنات، مما يجعلها واحدة من القوى الأكثر نظرية في مجال الحوسبة المتوازية.

في حين أن التوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يقوم بإدماج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية، ساعيًا لتحقيق突破 شامل للقيود الثابتة لتنفيذ تسلسل EVM. تحاول بعض المشاريع، كجزء من "تجارب الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام إيثيريوم البيئي، إعادة تصميم EVM لدعمه تنفيذ عقود ذكية متعددة الخيوط بشكل متزامن. يتم ذلك من خلال آليات مثل التنفيذ المتقطع، وفصل الحالة، والاستدعاءات غير المتزامنة، مما يسمح لكل عقد بالعمل بشكل مستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ويعتمد على طبقة التزامن المتوازي لضمان التناسق النهائي. تكمن أصعب جوانب هذه الطريقة في أنها يجب أن تتوافق تمامًا مع السلوك الدلالي الحالي لـ EVM، بينما تعيد تشكيل بيئة التنفيذ بأكملها وآلية الغاز، مما يسمح بالنقل السلس للنظام البيئي إلى إطار العمل المتوازي. التحدي هنا ليس فقط في عمق التقنية، بل يشمل أيضًا درجة قبول الهيكل السياسي لإيثيريوم L1 للتغييرات الكبيرة في البروتوكول. ولكن إذا تم النجاح، فقد يصبح هذا "ثورة المعالجات المتعددة النوى" في مجال EVM.

آخر نوع من المسارات، وهو الأكثر دقة وأعلى عتبة تقنية، هو التوازي على مستوى التعليمات. تستمد هذه الفكرة من التنفيذ غير المتسلسل وخط أنابيب التعليمات في تصميم وحدات المعالجة المركزية الحديثة. يعتبر هذا النموذج أنه بما أن كل عقدة ذكية يتم تجميعها في النهاية إلى تعليمات بايت، فمن الممكن تمامًا أن يتم جدولة كل عملية وتحليلها وإعادة ترتيبها بشكل متوازي مثل تنفيذ مجموعة تعليمات x86 بواسطة وحدة المعالجة المركزية. وقد أدخلت بعض المشاريع بالفعل نموذج تنفيذ قابل لإعادة ترتيب التعليمات في VM الخاصة بها، وعلى المدى الطويل، بمجرد أن تحقق محركات تنفيذ البلوكشين تنفيذًا متوقعًا ديناميكيًا وإعادة ترتيب اعتماد التعليمات، ستصل درجة التوازي إلى الحد النظري. قد تدفع هذه الطريقة حتى تصميم البلوكشين المتعاون مع الأجهزة إلى مستوى جديد تمامًا، مما يجعل السلسلة "حاسوبًا لامركزيًا" حقيقيًا، وليس مجرد "دفتر أستاذ موزع". بالطبع، لا يزال هذا المسار في المرحلة النظرية والتجريبية حاليًا، ولم تتطور آليات الجدولة والتحقق من الأمان ذات الصلة بعد، لكنها تشير إلى الحدود النهائية للحوسبة المتوازية في المستقبل.

أربعة، تحليل عميق للمسارين الرئيسيين: Monad مقابل MegaETH

في مسارات متعددة تطور الحوسبة المتوازية، لا شك أن المسارين الرئيسيين الأكثر تركيزًا في السوق، والأكثر صدىً، والأكثر اكتمالًا في السرد، هما "بناء سلسلة الحوسبة المتوازية من الصفر" التي تمثلها Monad، و"ثورة الحوسبة المتوازية داخل EVM" التي تمثلها MegaETH. هذان المساران ليسا فقط اتجاهات البحث والتطوير التي يستثمر فيها مهندسو البروتوكولات المشفرة بكثافة، بل هما أيضًا رموز قطبية الأكثر تأكيدًا في سباق أداء الحواسيب في Web3. الاختلاف بينهما لا يكمن فقط في نقطة انطلاق الهيكلية الفنية وأسلوبها، بل أيضًا في الكائنات البيئية التي تخدمها، وتكاليف التحويل، وفلسفة التنفيذ، والمسارات الاستراتيجية المستقبلية المختلفة تمامًا. كل منهما يمثل نمطًا متوازٍ من "إعادة البناء" و"التوافق"، ويؤثر بشكل عميق على تصور السوق لشكل السلاسل عالية الأداء النهائي.

Monad هو "المؤمن المطلق" بحسابات البرمجة، فلسفة تصميمه ليست بغرض التوافق مع EVM الموجود، بل تستلهم من قواعد البيانات الحديثة والأنظمة متعددة النوى عالية الأداء، لإعادة تعريف الطريقة التي تعمل بها محركات تنفيذ blockchain على المستوى الأساسي. يعتمد نظامه التكنولوجي الأساسي على التحكم المتفائل في التزامن، جدولة DAG للمعاملات، التنفيذ العشوائي، وأنابيب المعالجة الدفعة، وهي آليات ناضجة في مجال قواعد البيانات، بهدف رفع أداء معالجة المعاملات في السلسلة إلى مستوى مليون TPS. في بنية Monad، يتم فصل تنفيذ وترتيب المعاملات تمامًا، حيث يقوم النظام أولاً ببناء رسم بياني اعتماد المعاملات، ثم يتم تسليمه إلى المجدول لتنفيذ متوازي في خط الأنابيب. يتم اعتبار جميع المعاملات كوحدات ذرية للمعاملات.