チェーン外非同期並列モデルは、Actorエージェントシステム)Agent / Actor Model(を代表とし、別の並列計算のパラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム)非ブロック同期モデル(として、各エージェントは独立して動作する"エージェントプロセス"として、非同期メッセージ、イベント駆動、同期スケジューリングを必要としない並列方式であり、代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。
双仮想マシン並行実行(Dual VM Parallel Execution): PharosはEVMとWASMの2つの仮想マシン環境をサポートしており、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにしています。この双VMアーキテクチャは、システムの柔軟性を高めるだけでなく、並行実行を通じて取引処理能力を向上させます。
Web3の並列計算の全景：アカウントレベルから命令レベルまでの五つのパラダイムの探求
Web3の並列計算分野の全景図：ネイティブスケーリングの最適なソリューションは？
一、ブロックチェーン分野における並列計算の発展背景
ブロックチェーンの"不可能な三角形"("安全性"、"非中央集権"、"スケーラビリティ")は、ブロックチェーンシステム設計における本質的なトレードオフを明らかにしています。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは"極限の安全性、誰もが参加可能、高速処理"を同時に実現することが難しいのです。"スケーラビリティ"という永遠のテーマに関して、現在市場に出ている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムに応じて分類されており、以下のようになります:
ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、チェーン内並列計算、Rollup、シャーディング、DA モジュール、モジュール型構造、アクターシステム、zk 証明圧縮、Stateless アーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレベルをカバーし、「多層協調、モジュール統合」の完全なスケーリングシステムを形成しています。本稿では、並列計算を主流とするスケーリング手法に重点を置いて紹介します。
チェーン内並行計算 (intra-chain parallelism)、ブロック内部の取引/命令の並行実行に注目します。並行メカニズムに基づいて、そのスケーラビリティの方法は5つの大きなカテゴリに分けられ、それぞれが異なる性能追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並行粒度は次第に細かくなり、並行強度は高まり、スケジューリングの複雑さも増し、プログラミングの複雑性と実装の難易度も高くなります。
チェーン外非同期並列モデルは、Actorエージェントシステム)Agent / Actor Model(を代表とし、別の並列計算のパラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム)非ブロック同期モデル(として、各エージェントは独立して動作する"エージェントプロセス"として、非同期メッセージ、イベント駆動、同期スケジューリングを必要としない並列方式であり、代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。
私たちがよく知っているRollupやシャーディングのスケーリングソリューションは、システムレベルの並行メカニズムに属し、チェーン内の並列計算には属しません。これらは「複数のチェーン/実行ドメインを並行して実行する」ことによってスケーリングを実現しており、単一のブロック/仮想マシン内部の並行性を向上させるものではありません。このようなスケーリングソリューションは本記事の主な議論の焦点ではありませんが、私たちは依然としてそれをアーキテクチャの概念の類似性の比較に使用します。
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次に、EVM は並列拡張チェーンであり、互換性の性能境界を突破します
イーサリアムのシリアル処理アーキテクチャは、これまでにシャーディング、ロールアップ、モジュラーアーキテクチャなど、多くの拡張試行を経て発展してきましたが、実行層のスループットボトルネックは依然として根本的な突破を果たしていません。しかし同時に、EVMとSolidityは現在、最も開発者基盤とエコシステムのポテンシャルを持つスマートコントラクトプラットフォームです。したがって、EVM系の並列強化チェーンはエコシステムの互換性と実行パフォーマンスの向上を両立させる重要な道筋として、新たな拡張の進化の重要な方向になっています。MonadとMegaETHは、この方向において最も代表的なプロジェクトであり、それぞれ遅延実行と状態分解から出発し、高並行性・高スループットシナリオに向けたEVM並列処理アーキテクチャを構築しています。
) Monadの並列計算メカニズム解析
Monadは、Ethereum Virtual Machine ###EVM(のために再設計された高性能のLayer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理)Pipelining(という基本的な並行の概念に基づいています。コンセンサス層では非同期実行)Asynchronous Execution(、実行層では楽観的並行実行)Optimistic Parallel Execution(を実現しています。さらに、コンセンサス層とストレージ層において、Monadはそれぞれ高性能のBFTプロトコル)MonadBFT(と専用のデータベースシステム)MonadDB(を導入し、エンドツーエンドの最適化を実現しています。
パイプライン: 多段階パイプライン並列実行メカニズム
パイプライニングはモナドの並行実行の基本概念であり、その核心的な考え方はブロックチェーンの実行プロセスを複数の独立したフェーズに分割し、これらのフェーズを並行処理することによって立体的なパイプラインアーキテクチャを形成することです。各フェーズは独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを超えた並行処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、遅延を低下させる効果を達成します。これらのフェーズには、取引提案)提案(、コンセンサス達成)コンセンサス(、取引実行)実行(、そしてブロック提出)コミット(が含まれます。
非同期実行: コンセンサス - 実行の非同期デカップリング
従来のブロックチェーンでは、取引のコンセンサスと実行は通常同期プロセスであり、この直列モデルは性能の拡張を著しく制限します。Monadは「非同期実行」によって、コンセンサス層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。ブロック時間)と確認遅延を大幅に削減し、システムの弾力性を高め、処理プロセスをより細分化し、リソースの利用率を向上させます。
コアデザイン:
Optimistic Parallel Execution: オプティミスティック並列実行
従来のイーサリアムは取引実行に厳格なシリアルモデルを採用して状態の競合を避けています。一方、Monadは「楽観的な並行実行」戦略を採用し、取引処理速度を大幅に向上させています。
実行メカニズム:
Monadは互換性のあるパスを選択しました: EVMルールをできるだけ変更せず、実行中に状態の書き込みを遅延させ、動的に競合を検出することで並行処理を実現します。よりパフォーマンス指向のEthereumに似ており、成熟度が高く、EVMエコシステムの移行が容易です。これはEVMの世界における並行アクセラレーターです。
( MegaETH の並列計算メカニズムの解析
Monadとは異なるL1の位置付けのMegaETHは、EVM互換のモジュラー高性能並行実行層として位置付けられており、独立したL1パブリックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化層)Execution Layer###またはモジュラーコンポーネントとしても機能します。その核心設計目標は、アカウントロジック、実行環境、状態を隔離して解構し、独立してスケジューリング可能な最小単位にすることで、チェーン内の高並行実行と低遅延応答能力を実現することです。MegaETHが提唱する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG(有向無環状態依存グラフ)およびモジュラー同期メカニズムを通じて、「チェーン内スレッド化」に向けた並行実行システムを共に構築することです。
Micro-VM(マイクロ仮想マシン)アーキテクチャ: アカウントはスレッドです
MegaETHは"各アカウントに1つのマイクロ仮想マシン(Micro-VM)"の実行モデルを導入し、実行環境を"スレッド化"し、並列スケジューリングのための最小隔離単位を提供します。これらのVMは、非同期メッセージ通信(Asynchronous Messaging)を介して通信し、同期呼び出しではなく、多数のVMが独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並列処理されます。
状態依存DAG:依存関係グラフ駆動のスケジューリングメカニズム
MegaETHは、アカウントの状態アクセス関係に基づいたDAGスケジューリングシステムを構築しました。このシステムは、グローバル依存グラフ(Dependency Graph)をリアルタイムで維持し、各取引がどのアカウントを変更し、どのアカウントを読み取るかをすべて依存関係としてモデル化します。競合のない取引は直接並行して実行でき、依存関係のある取引はトポロジカル順序に従って逐次または遅延してスケジュールされます。依存グラフは、並行実行プロセスにおける状態の一貫性と非重複書き込みを保証します。
非同期実行とコールバックメカニズム
MegaETHは、アクターモデルの非同期メッセージングと同様に、非同期プログラミングパラダイムの上に構築されており、従来のEVMシリアルコールの問題を解決します。 コントラクト呼び出しは非同期(非再帰的な実行)であり、コントラクト A -> B -> C が呼び出されると、各呼び出しはブロッキング待機なしで非同期になります。 呼び出し履歴は、非同期呼び出しグラフ(Call Graph)に展開されます。 トランザクション処理 = 非同期グラフの走査 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリング。
要するに、MegaETHは従来のEVM単一スレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位で微小仮想機械の封装を実現し、状態依存グラフを通じて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージメカニズムで同期呼び出しスタックを置き換えています。これは「アカウント構造 → スケジューリングアーキテクチャ → 実行フロー」の全次元で再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代の高性能オンチェーンシステムを構築するためのパラダイムレベルの新しいアイデアを提供します。
MegaETHは再構築パスを選択しました: アカウントとコントラクトを独立したVMに完全に抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列潜在能力を解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さの制御が難しく、Ethereumの理念に基づくスーパー分散型オペレーティングシステムのようです。
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MonadとMegaETHのデザイン理念は、分片(Sharding)とは大きく異なります: 分片はブロックチェーンを横方向に切り分け、複数の独立したサブチェーン(分片Shards)を形成し、各サブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を実現します。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を保ちながら、実行層での横方向の拡張を行い、単一チェーン内部での極限並行実行最適化により性能を突破します。両者はブロックチェーン拡張パスにおける縦の強化と横の拡張の2つの方向を代表しています。
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MonadとMegaETHなどの並列計算プロジェクトは、スループットの最適化に主に焦点を当て、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標として、(Deferred Execution)と(Micro-VM)アーキテクチャを通じて、トランザクションレベルまたはアカウントレベルの並列処理を実現しています。一方、Pharos NetworkはモジュラーでフルスタックのL1ブロックチェーンネットワークであり、その核心となる並列計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャは、メインネットと特別な処理ネットワーク(SPNs)の協調作業を通じて、複数の仮想マシン環境(EVMとWasm)をサポートし、ゼロ知識証明(ZK)や信頼できる実行環境(TEE)などの先進技術を統合しています。
ロールアップ メッシュ並列計算解析: