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

Satu, Pendahuluan: Skalabilitas adalah masalah abadi, dan paralelisme adalah medan perang yang utama.

Sejak kelahiran Bitcoin, sistem blockchain telah menghadapi masalah inti yang tidak bisa dihindari: skalabilitas. Bitcoin memproses kurang dari 10 transaksi per detik, dan Ethereum juga kesulitan untuk menembus batas kinerja puluhan TPS, yang terasa sangat berat jika dibandingkan dengan dunia Web2 tradisional. Yang lebih penting, ini bukan masalah sederhana yang bisa diselesaikan hanya dengan menambah server, melainkan batasan sistemik yang tertanam dalam desain dasar blockchain.

Selama sepuluh tahun terakhir, kita telah menyaksikan banyak upaya ekspansi yang datang dan pergi. Dari perdebatan ekspansi Bitcoin hingga visi fragmentasi Ethereum, dari saluran status, Plasma hingga Rollup dan blockchain modular, dari eksekusi off-chain Layer 2 hingga rekonstruksi struktural Data Availability, seluruh industri telah melintasi jalan ekspansi yang penuh imajinasi. Rollup sebagai paradigma ekspansi yang paling diterima saat ini, telah mencapai tujuan peningkatan TPS yang signifikan sambil mengurangi beban pada rantai utama. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya di level dasar blockchain, terutama di tingkat eksekusi yang masih dibatasi oleh paradigma komputasi serial dalam rantai yang sudah lama ada.

Oleh karena itu, komputasi paralel dalam rantai secara bertahap memasuki pandangan industri. Berbeda dengan perluasan di luar rantai dan distribusi lintas rantai, komputasi paralel dalam rantai berusaha untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil menjaga atomisitas rantai tunggal, dengan mengacu pada pemikiran sistem operasi modern dan desain CPU, untuk meningkatkan blockchain dari "eksekusi transaksi secara serial satu per satu" dalam mode thread tunggal, menjadi sistem komputasi dengan "multithreading + pipelining + penjadwalan ketergantungan" yang sangat bersamaan. Ini tidak hanya mungkin untuk mencapai peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Dapat dikatakan bahwa komputasi paralel bukan hanya "metode optimisasi kinerja", tetapi juga titik balik dalam paradigma model eksekusi blockchain. Ini menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar, mendefinisikan kembali logika dasar pengemasan transaksi, akses status, hubungan pemanggilan, dan tata letak penyimpanan. Jika Rollup adalah "memindahkan transaksi untuk dieksekusi di luar rantai", maka paralel dalam rantai adalah "membangun inti superkomputer di dalam rantai", tujuannya bukan sekadar meningkatkan throughput, tetapi memberikan dukungan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan.

Setelah jalur Rollup semakin homogen, paralel dalam rantai secara diam-diam menjadi variabel penentu dalam kompetisi Layer1 di siklus baru. Kinerja tidak lagi hanya tentang "lebih cepat", tetapi tentang kemungkinan untuk mendukung seluruh dunia aplikasi heterogen. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga pertarungan paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan besar akan lahir dari pertarungan paralel dalam rantai ini.

Dua, Peta Panorama Paradigma Ekspansi: Lima jenis rute, masing-masing memiliki fokus.

Skalabilitas sebagai salah satu topik paling penting, paling berkelanjutan, dan paling sulit dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi utama yang muncul dan berkembang selama hampir satu dekade terakhir. Dimulai dengan perselisihan ukuran blok Bitcoin, perlombaan teknologi tentang "bagaimana membuat rantai berjalan lebih cepat" ini akhirnya terpecah menjadi lima jalur dasar, di mana masing-masing jalur memasuki kendala dari sudut yang berbeda, dengan filosofi teknis, tingkat kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario aplikasi masing-masing.

Jenis rute pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, dengan praktik yang diwakili seperti meningkatkan ukuran blok, memperpendek waktu pembuatan blok, atau meningkatkan kapasitas pemrosesan melalui optimisasi struktur data dan mekanisme konsensus. Cara ini mempertahankan kesederhanaan konsistensi single chain, mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga mudah menghadapi risiko sentralisasi, peningkatan biaya operasional node, dan peningkatan kesulitan sinkronisasi, sehingga dalam desain saat ini tidak lagi menjadi solusi inti arus utama, melainkan lebih menjadi kombinasi pendukung bagi mekanisme lainnya.

Rute jenis kedua adalah skalabilitas off-chain, yang diwakili oleh saluran status dan sidechain. Pemikiran dasar dari jalur ini adalah memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi ke off-chain, hanya menuliskan hasil akhir ke dalam rantai utama, dengan rantai utama berfungsi sebagai lapisan penyelesaian akhir. Meskipun pemikiran ini secara teori dapat memperluas throughput tanpa batas, model kepercayaan transaksi off-chain, keamanan dana, kompleksitas interaksi, dan masalah lainnya membatasi penerapannya.

Rute kelas ketiga adalah rute Layer2 Rollup yang saat ini paling populer dan paling banyak diterapkan. Metode ini mencapai skalabilitas melalui mekanisme eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai. Optimistic Rollup dan ZK Rollup masing-masing memiliki keunggulan, tetapi keduanya menghadapi batasan jangka menengah seperti ketergantungan yang terlalu kuat terhadap ketersediaan data, biaya yang masih cukup tinggi, dan pengalaman pengembangan yang terputus.

Jenis rute keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir. Paradigma modular mendorong pemisahan total fungsi inti blockchain, di mana berbagai rantai khusus menyelesaikan fungsi yang berbeda, kemudian digabungkan menjadi jaringan yang dapat diperluas melalui protokol lintas rantai. Keunggulan arah ini adalah dapat dengan fleksibel mengganti komponen sistem, dan secara signifikan meningkatkan efisiensi di bagian tertentu. Namun tantangannya juga sangat jelas: setelah pemisahan modul, biaya sinkronisasi, verifikasi, dan saling percaya antar sistem sangat tinggi, dan ekosistem pengembang sangat terdispersi.

Kelas terakhir dari rute adalah jalur optimasi komputasi paralel dalam rantai. Komputasi paralel menekankan "peningkatan vertikal", yaitu di dalam satu rantai dengan mengubah arsitektur mesin eksekusi, untuk mencapai pemrosesan bersamaan transaksi atomik. Ini memerlukan penulisan ulang logika penjadwalan VM, memperkenalkan analisis ketergantungan transaksi, prediksi konflik status, kontrol paralelisme, pemanggilan asinkron, dan seluruh mekanisme penjadwalan sistem komputer modern. Keunggulan inti dari arah ini adalah tidak perlu bergantung pada arsitektur multi-rantai untuk mencapai terobosan batas throughput, sementara memberikan fleksibilitas komputasi yang cukup untuk pelaksanaan kontrak pintar yang kompleks, merupakan prasyarat teknologi penting untuk aplikasi masa depan seperti AI Agent, permainan rantai besar, dan derivatif frekuensi tinggi.

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

Dalam konteks evolusi teknologi penskalaan blockchain, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berdasarkan model eksekusi, meninjau perkembangan garis keturunan teknologi ini, kita dapat menyusun peta klasifikasi komputasi paralel yang jelas, yang secara garis besar dapat dibagi menjadi lima jalur teknologi: paralel tingkat akun, paralel tingkat objek, paralel tingkat transaksi, paralel tingkat mesin virtual, dan paralel tingkat instruksi. Lima kategori jalur ini dari granularitas kasar hingga granularitas halus, merupakan proses pemurnian logika paralel yang terus menerus, serta jalur yang terus meningkat dalam kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan.

Paralelisme tingkat akun yang muncul paling awal adalah paradigma yang diwakili oleh suatu platform perdagangan. Model ini didasarkan pada desain pemisahan akun-status, dengan menganalisis secara statis himpunan akun yang terlibat dalam transaksi untuk menentukan apakah ada hubungan konflik. Jika himpunan akun yang diakses oleh dua transaksi tidak saling tumpang tindih, maka dapat dieksekusi secara bersamaan di beberapa inti. Mekanisme ini sangat cocok untuk menangani transaksi yang terstruktur dengan jelas dan memiliki input-output yang jelas, terutama program dengan jalur yang dapat diprediksi seperti DeFi. Namun, asumsi alaminya adalah bahwa akses akun dapat diprediksi dan ketergantungan status dapat disimpulkan secara statis, yang membuatnya rentan terhadap pelaksanaan yang konservatif dan penurunan paralelisme ketika menghadapi kontrak pintar yang kompleks.

Berdasarkan model akun, kita masuk ke tingkat teknis paralelisme tingkat objek. Paralelisme tingkat objek memperkenalkan abstraksi semantik dari sumber daya dan modul, melakukan penjadwalan bersamaan berdasarkan "objek status" yang lebih halus. Beberapa proyek mendefinisikan kepemilikan dan variabilitas sumber daya pada waktu kompilasi melalui sistem tipe linier dari bahasa Move, sehingga memungkinkan kontrol akses sumber daya yang tepat pada waktu berjalan. Cara ini lebih umum dan dapat diperluas dibandingkan dengan paralelisme tingkat akun, dapat mencakup logika pembacaan dan penulisan status yang lebih kompleks, dan secara alami melayani skenario dengan heterogenitas tinggi seperti permainan, sosial, dan AI. Namun, paralelisme tingkat objek juga memperkenalkan ambang bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan, biaya perpindahan ekosistem yang tinggi, membatasi kecepatan penyebaran paradigma paralelismenya.

Paralelisme tingkat transaksi yang lebih lanjut adalah arah yang dieksplorasi oleh rantai generasi baru dengan kinerja tinggi. Jalur ini tidak lagi menjadikan status atau akun sebagai unit paralel terkecil, melainkan membangun grafik ketergantungan di sekitar keseluruhan transaksi itu sendiri. Ini menganggap transaksi sebagai unit operasi atom, membangun grafik transaksi melalui analisis statis atau dinamis, dan bergantung pada penjadwal untuk menjalankan aliran paralel secara bersamaan. Desain ini memungkinkan sistem untuk memaksimalkan eksploitasi paralelisme tanpa perlu memahami sepenuhnya struktur status dasar. Beberapa proyek menggabungkan kontrol paralel optimis, penjadwalan aliran paralel, dan eksekusi tidak berurutan, serta teknologi mesin basis data modern lainnya, membuat eksekusi rantai lebih mendekati paradigma "penjadwal GPU". Dalam praktiknya, mekanisme ini memerlukan manajer ketergantungan dan detektor konflik yang sangat kompleks, dan penjadwal itu sendiri mungkin menjadi kendala, tetapi kemampuan throughput potensialnya jauh lebih tinggi daripada model akun atau objek, menjadikannya sebagai salah satu kekuatan dengan batas teori tertinggi dalam jalur komputasi paralel saat ini.

Dan pararelisme pada tingkat mesin virtual, akan menyematkan kemampuan eksekusi bersamaan langsung ke dalam logika penjadwalan instruksi dasar VM, berusaha untuk sepenuhnya melampaui batasan eksekusi urutan EVM. Beberapa proyek sebagai "eksperimen mesin virtual super" di dalam ekosistem Ethereum sedang mencoba merancang ulang EVM agar mendukung eksekusi kode kontrak pintar secara multithread. Di tingkat dasar, melalui mekanisme eksekusi tersegmentasi, pemisahan status, dan panggilan asinkron, memungkinkan setiap kontrak berjalan secara independen dalam konteks eksekusi yang berbeda, dan dengan bantuan lapisan sinkronisasi paralel untuk memastikan konsistensi akhir. Tantangan terbesar dari pendekatan ini adalah bahwa ia harus sepenuhnya kompatibel dengan semantik perilaku EVM yang ada sambil mengubah seluruh lingkungan eksekusi dan mekanisme Gas, agar ekosistem dapat bertransisi dengan lancar ke kerangka kerja paralel. Tantangannya bukan hanya tumpukan teknologi yang sangat dalam, tetapi juga melibatkan masalah penerimaan struktur politik Ethereum L1 terhadap perubahan protokol yang signifikan. Tetapi jika berhasil, ini bisa menjadi "revolusi prosesor multi-core" di bidang EVM.

Kelas terakhir dari jalur, yaitu paralelisme tingkat instruksi yang paling halus dan dengan ambang teknis tertinggi. Pemikirannya berasal dari eksekusi yang tidak teratur dan pipeline instruksi dalam desain CPU modern. Paradigma ini berpendapat bahwa, karena setiap kontrak pintar akhirnya dikompilasi menjadi instruksi bytecode, maka sangat mungkin untuk menganalisis penjadwalan dan mengatur ulang setiap operasi secara paralel seperti CPU yang mengeksekusi set instruksi x86. Beberapa proyek telah secara awal memperkenalkan model eksekusi yang dapat diatur ulang pada tingkat instruksi di dalam VM mereka, dan dalam jangka panjang, begitu mesin eksekusi blockchain merealisasikan prediksi eksekusi dan pengaturan ulang dinamis berdasarkan ketergantungan instruksi, tingkat paralelismenya akan mencapai batas teoretis. Cara ini bahkan mungkin mendorong desain kolaboratif antara blockchain dan perangkat keras ke tingkat baru yang sepenuhnya, menjadikan rantai sebagai "komputer terdesentralisasi" yang sebenarnya, dan bukan hanya "buku besar terdistribusi". Tentu saja, jalur ini saat ini masih dalam tahap teori dan percobaan, mekanisme penjadwalan dan verifikasi keamanan terkait belum matang, tetapi ini menunjukkan batas akhir dari komputasi paralel di masa depan.

Empat, Dua Jalur Utama yang Dalam: Monad vs MegaETH

Dalam evolusi komputasi paralel melalui berbagai jalur, dua jalur teknologi utama yang saat ini menjadi fokus utama pasar, paling banyak dibicarakan, dan memiliki narasi paling lengkap, tanpa diragukan lagi adalah "membangun rantai komputasi paralel dari nol" yang diwakili oleh Monad, serta "revolusi paralel di dalam EVM" yang diwakili oleh MegaETH. Kedua jalur ini tidak hanya merupakan arah penelitian dan pengembangan yang paling banyak diinvestasikan oleh insinyur kripto saat ini, tetapi juga merupakan simbol dua kutub yang paling pasti dalam kompetisi kinerja komputer Web3 saat ini. Perbedaan antara keduanya tidak hanya terletak pada titik awal dan gaya arsitektur teknologi, tetapi juga pada objek ekosistem yang mereka layani, biaya migrasi, filosofi eksekusi, dan jalur strategi masa depan yang sangat berbeda. Keduanya mewakili sebuah "rekonstruksionisme" dan sebuah "kompatibilisme" dalam perlombaan paradigma paralel, yang secara mendalam mempengaruhi imajinasi pasar tentang bentuk akhir dari rantai berkinerja tinggi.

Monad adalah "puritan komputasi" yang sepenuhnya, dan filosofi desainnya bukan untuk kompatibel dengan EVM yang ada, tetapi terinspirasi dari database modern dan sistem multi-core berkinerja tinggi, untuk mendefinisikan kembali cara kerja dasar mesin eksekusi blockchain. Sistem teknologi inti ini bergantung pada kontrol konkurensi optimis, penjadwalan DAG transaksi, eksekusi tidak terurut, dan mekanisme matang lainnya di bidang database, bertujuan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi rantai hingga tingkat juta TPS. Dalam arsitektur Monad, eksekusi dan pengurutan transaksi sepenuhnya dipisahkan, sistem pertama-tama membangun graf ketergantungan transaksi, kemudian diserahkan kepada penjadwal untuk dieksekusi secara paralel dalam aliran. Semua transaksi diperlakukan sebagai unit atomik transaksi.