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

I. Pendahuluan: Skala adalah isu yang abadi, dan paralel adalah medan pertempuran terakhir

Sejak lahirnya Bitcoin, sistem blockchain telah menghadapi masalah inti yaitu skalabilitas. Kemampuan pemrosesan transaksi Bitcoin dan Ethereum terbatas, yang kontras dengan sistem Web2 tradisional. Ini bukan masalah yang bisa diselesaikan hanya dengan menambah perangkat keras, melainkan berasal dari batasan sistemik dalam desain dasar blockchain.

Selama sepuluh tahun terakhir, kami telah menyaksikan banyak naik turunnya solusi skalabilitas. Dari perselisihan skalabilitas Bitcoin hingga visi sharding Ethereum, dari saluran status hingga Rollup, dari Layer 2 hingga blockchain modular, industri telah mengeksplorasi berbagai jalur skalabilitas. Rollup sebagai solusi utama saat ini, meningkatkan TPS sambil mempertahankan keamanan Ethereum. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya dari blockchain, terutama di tingkat eksekusi.

Perhitungan paralel dalam rantai secara bertahap memasuki pandangan industri. Ini mencoba untuk sepenuhnya membangun kembali mesin eksekusi sambil mempertahankan atomisitas rantai tunggal, meng-upgrade blockchain dari "eksekusi transaksi secara berurutan" menjadi sistem konkuren tinggi "multithreading + pipeline + penjadwalan ketergantungan". Ini tidak hanya dapat mewujudkan peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Sebenarnya, di bidang Web2, komputasi satu utas telah lama ditinggalkan. Sementara itu, blockchain sebagai sistem yang memerlukan determinisme yang sangat tinggi, belum sepenuhnya memanfaatkan komputasi paralel. Rantai baru seperti Solana, Sui, dan Aptos memperkenalkan paralelisme di tingkat arsitektur, membuka eksplorasi ini; sementara proyek seperti Monad dan MegaETH lebih lanjut mendorong paralelisme dalam rantai menuju terobosan yang lebih dalam, menunjukkan karakteristik yang semakin mendekati sistem operasi modern.

Dapat dikatakan, komputasi paralel tidak hanya merupakan alat optimasi kinerja, tetapi juga titik balik dalam model eksekusi blockchain. Ini mendefinisikan kembali logika dasar pemrosesan transaksi, menyediakan dukungan infrastruktur yang berkelanjutan untuk aplikasi asli Web3 di masa depan. Setelah persaingan di jalur Rollup semakin mendekati kesamaan, paralel dalam rantai menjadi faktor penentu dalam kompetisi Layer1 yang baru. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga persaingan paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan akan lahir dari pertarungan paralel dalam rantai ini.

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

Skalabilitas sebagai salah satu topik paling penting dalam evolusi teknologi blockchain, telah memunculkan hampir semua jalur teknologi utama yang muncul dan berkembang dalam hampir satu dekade terakhir. Dimulai dari perselisihan ukuran blok Bitcoin, kompetisi teknologi tentang "bagaimana membuat blockchain berjalan lebih cepat", akhirnya terpecah menjadi lima jalur dasar, masing-masing dengan filosofi teknis, tingkat kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario penggunaan yang berbeda.

Kelas pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, seperti meningkatkan ukuran blok, memperpendek waktu pembuatan blok, dll. Cara ini mudah dipahami dan diterapkan, tetapi rentan terhadap risiko sentralisasi dan batasan sistemik lainnya, dan saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang utama.

Kedua adalah skalabilitas off-chain, yang diwakili oleh saluran status dan sidechain. Jalur ini memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi ke off-chain, hanya menuliskan hasil akhir ke main chain. Meskipun secara teori dapat memperluas throughput tanpa batas, masalah model kepercayaan transaksi off-chain, keamanan dana, dan lainnya membatasi aplikasinya.

Kelas ketiga adalah jalur Layer2 Rollup yang paling populer saat ini. Skalabilitas dicapai melalui mekanisme eksekusi off-chain dan verifikasi on-chain. Optimistic Rollup dan ZK Rollup masing-masing memiliki keunggulan, tetapi juga menghadapi beberapa kendala jangka menengah, seperti ketergantungan yang terlalu kuat pada ketersediaan data dan biaya yang masih relatif tinggi.

Jenis keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, seperti Celestia, Avail, dan sebagainya. Ini sepenuhnya memisahkan fungsi inti blockchain, yang dilakukan oleh beberapa rantai khusus untuk menyelesaikan fungsi yang berbeda. Keunggulan arah ini adalah fleksibilitas dalam mengganti komponen sistem, tetapi juga menghadapi tantangan dalam sinkronisasi dan verifikasi antar modul.

Kelas kelima adalah jalur optimasi komputasi paralel dalam rantai, yang juga merupakan objek analisis utama dalam artikel ini. Ini menekankan perubahan arsitektur mesin eksekusi di dalam satu rantai untuk mencapai pemrosesan bersamaan transaksi atomik. Keunggulan inti dari arah ini adalah tidak perlu bergantung pada arsitektur multi-rantai untuk mencapai terobosan batas throughput, sekaligus memberikan fleksibilitas komputasi yang cukup untuk eksekusi kontrak pintar yang kompleks.

Melihat lima jenis jalur perluasan ini, yang tercermin di baliknya adalah kompromi sistematik antara kinerja, komposabilitas, keamanan, dan kompleksitas pengembangan dalam blockchain. Setiap jalur tidak mungkin menyelesaikan semua masalah, tetapi mereka bersama-sama membentuk panorama peningkatan paradigma komputasi Web3. Dan paralel dalam rantai, mungkin menjadi medan perang akhir dalam perang perluasan jangka panjang ini.

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

Dalam proses evolusi teknologi perluasan blockchain, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berdasarkan model eksekusi, kita dapat menyusun peta klasifikasi komputasi paralel yang jelas, yang secara umum dapat 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 granularity kasar hingga halus, merupakan proses pemurnian logika paralel yang terus menerus, serta jalur di mana kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan terus meningkat.

Akuntansi tingkat paralel yang paling awal muncul, diwakili oleh Solana. Model ini didasarkan pada desain pemisahan akun-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 dapat mengalami penurunan derajat paralel saat menghadapi kontrak pintar yang kompleks.

Paralelisme tingkat objek diperhalus lebih lanjut, dengan penjadwalan konkuren berdasarkan unit "objek status" yang lebih halus. Aptos dan Sui adalah penjelajah penting di arah ini. Metode ini lebih umum dan skalabel dibandingkan paralelisme tingkat akun, tetapi juga memperkenalkan ambang bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan.

Paralelisme tingkat transaksi adalah arah yang dieksplorasi oleh generasi baru rantai berkinerja tinggi yang diwakili oleh Monad, Sei, dan Fuel. Ini memandang transaksi sebagai unit operasi atom, membangun grafik transaksi melalui analisis statis atau dinamis, dan bergantung pada penjadwal untuk menjalankan eksekusi aliran secara bersamaan. Mekanisme ini memerlukan manajer ketergantungan dan detektor konflik yang sangat kompleks, tetapi kemampuan throughput potensialnya jauh lebih tinggi daripada model akun atau objek.

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

Jenis terakhir adalah paralelisme tingkat instruksi, yang pemikirannya berasal dari eksekusi out-of-order dan pipelining instruksi dalam desain CPU modern. Tim Fuel telah memperkenalkan model eksekusi yang dapat disusun ulang di tingkat instruksi dalam FuelVM mereka. Cara ini bahkan mungkin membawa kolaborasi desain blockchain dan perangkat keras ke tingkat yang benar-benar baru, menjadikan rantai sebagai "komputer terdesentralisasi" yang sebenarnya.

Secara keseluruhan, lima jalur utama ini membentuk spektrum perkembangan komputasi paralel di dalam blockchain, dari struktur data statis hingga mekanisme penjadwalan dinamis, dari prediksi akses status hingga pengaturan ulang level instruksi, setiap langkah dalam teknologi paralel berarti peningkatan signifikan dalam kompleksitas sistem dan ambang pengembangan. Pilihan jalur paralel yang berbeda dari setiap blockchain juga akan menentukan batas kapasitas ekosistem aplikasi masa depannya, serta daya saing intinya dalam skenario seperti AI Agent, permainan blockchain, dan perdagangan frekuensi tinggi di blockchain.

Empat, Dua Jalur Utama Analisis Mendalam: 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 di dalam EVM" yang diwakili oleh MegaETH. Keduanya bukan 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 teknologinya, tetapi juga pada objek ekosistem yang mereka layani, biaya migrasi, filosofi eksekusi, dan jalur strategis masa depan yang sangat berbeda.

Monad adalah "puritan komputasi" yang sepenuhnya, dengan filosofi desain yang tidak bertujuan untuk kompatibilitas dengan EVM yang ada, melainkan terinspirasi dari database modern dan sistem multi-core berkinerja tinggi, untuk mendefinisikan kembali cara kerja dasar mesin eksekusi blockchain. Sistem teknologi intinya bergantung pada kontrol konkurensi optimis, penjadwalan DAG transaksi, eksekusi tidak terurut, dan mekanisme pipeline batch, bertujuan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi rantai hingga tingkat jutaan TPS. Dalam arsitektur Monad, eksekusi dan pengurutan transaksi sepenuhnya terpisah, sistem pertama-tama membangun grafik ketergantungan transaksi, kemudian diserahkan kepada penjadwal untuk eksekusi paralel bertahap. Semua transaksi dianggap sebagai unit atom transaksi, dengan himpunan baca/tulis yang jelas dan snapshot status, penjadwal melakukan eksekusi optimis berdasarkan grafik ketergantungan, dan melakukan rollback dan eksekusi ulang saat terjadi konflik.

Dan yang lebih penting, Monad tidak menyerah pada interoperabilitas dengan EVM. Ini mendukung pengembang untuk menulis kontrak dengan sintaks Solidity melalui lapisan tengah yang mirip dengan "Bahasa Antar-Muka yang Kompatibel dengan Solidity", sambil melakukan optimasi bahasa tengah dan penjadwalan paralel dalam mesin eksekusi. Strategi desain "kompatibilitas permukaan, rekonstruksi dasar" ini memungkinkan untuk mempertahankan keramahan terhadap pengembang ekosistem Ethereum, sekaligus memaksimalkan potensi eksekusi dasar.

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 membatalkan spesifikasi EVM, tetapi berusaha untuk menanamkan kemampuan komputasi paralel ke dalam mesin eksekusi EVM yang ada, menciptakan versi masa depan "EVM multi-core". Prinsip dasarnya terletak pada rekonstruksi total model eksekusi instruksi EVM saat ini, sehingga memiliki kemampuan isolasi tingkat thread, eksekusi asinkron tingkat kontrak, dan deteksi konflik akses status, yang memungkinkan beberapa kontrak cerdas berjalan secara bersamaan dalam blok yang sama dan akhirnya menggabungkan perubahan status.

Terobosan inti MegaETH terletak pada mekanisme penjadwalan multi-thread VM-nya. EVM tradisional mengadopsi model eksekusi single-thread berbasis stack, di mana setiap instruksi dieksekusi secara linier dan pembaruan status harus terjadi secara sinkron. Sementara itu, MegaETH memecahkan pola ini dengan memperkenalkan stack pemanggilan asinkron dan mekanisme isolasi konteks eksekusi, sehingga memungkinkan eksekusi "konteks EVM bersamaan" secara bersamaan. Setiap kontrak dapat memanggil logika dirinya sendiri dalam thread yang independen, dan semua thread melakukan deteksi konflik dan konvergensi status secara bersamaan melalui lapisan sinkronisasi paralel saat status akhir diserahkan.

Dalam arti tertentu, dua jalur ini, Monad dan MegaETH, bukan hanya dua cara implementasi dari jalur teknologi paralel, tetapi juga pertarungan klasik antara "restrukturisasi" dan "kompatibilitas" dalam jalur pengembangan blockchain: yang pertama mengejar terobosan paradigma, membangun kembali seluruh 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 hingga batas, sehingga meminimalkan biaya migrasi. Keduanya tidak memiliki keunggulan mutlak, tetapi melayani kelompok pengembang dan visi ekosistem yang berbeda.

Lima, Peluang dan Tantangan Masa Depan Komputasi Paralel

Seiring dengan peralihan komputasi paralel dari desain di atas kertas menuju implementasi di blockchain, potensi yang dilepaskannya semakin menjadi nyata dan terukur. Di satu sisi, kita melihat paradigma pengembangan baru dan model bisnis mulai mendefinisikan ulang "kinerja tinggi di blockchain": logika permainan blockchain yang lebih kompleks, siklus hidup AI Agent yang lebih nyata, protokol pertukaran data yang lebih real-time, pengalaman interaksi yang lebih imersif, hingga sistem operasi Super App kolaboratif di blockchain, semua sedang beralih dari "apakah ini bisa dilakukan" menjadi "seberapa baik ini dilakukan". Di sisi lain, yang benar-benar mendorong lompatan komputasi paralel bukan hanya peningkatan linier dalam kinerja sistem, tetapi juga perubahan struktural dalam batas pemahaman pengembang dan biaya migrasi ekosistem.

Pertama-tama, dari segi peluang, keuntungan yang paling langsung adalah "penghapusan langit-langit aplikasi". Saat ini, sebagian besar aplikasi DeFi, permainan, dan sosial terbatas oleh hambatan status, biaya Gas, dan masalah keterlambatan.