Toàn cảnh tính toán song song Web3: Khám phá năm mô hình từ cấp tài khoản đến cấp lệnh

Bức tranh toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng bản địa tốt nhất?

Một, bối cảnh phát triển của tính toán song song trong lĩnh vực blockchain

"Tam giác không thể" của blockchain ( "an toàn", "phi tập trung", "khả năng mở rộng" ) tiết lộ sự đánh đổi thiết yếu trong thiết kế hệ thống blockchain, tức là các dự án blockchain rất khó để đạt được "an toàn tuyệt đối, mọi người đều có thể tham gia, xử lý nhanh chóng" cùng một lúc. Đối với chủ đề vĩnh cửu "khả năng mở rộng", hiện tại các giải pháp mở rộng blockchain chủ đạo trên thị trường được phân loại theo mô hình, bao gồm:

  • Thực hiện mở rộng nâng cao: Tăng cường khả năng thực thi tại chỗ, chẳng hạn như song song, GPU, đa nhân
  • Tăng khả năng mở rộng cách ly trạng thái: Phân tách trạng thái theo chiều ngang/Shard, chẳng hạn như phân đoạn, UTXO, nhiều mạng con
  • Mở rộng kiểu thuê ngoài chuỗi: đưa việc thực thi ra ngoài chuỗi, chẳng hạn như Rollup, Coprocessor, DA
  • Mở rộng kiểu giải cấu trúc: mô-đun hóa kiến trúc, hoạt động hợp tác, ví dụ như chuỗi mô-đun, bộ sắp xếp chia sẻ, Rollup Mesh
  • Mở rộng đồng thời không đồng bộ: Mô hình Actor, cách ly tiến trình, dựa trên tin nhắn, ví dụ như tác nhân, chuỗi bất đồng bộ đa luồng

Các giải pháp mở rộng blockchain bao gồm: tính toán song song trong chuỗi, Rollup, phân mảnh, mô-đun DA, cấu trúc mô-đun, hệ thống Actor, nén chứng minh zk, kiến trúc Stateless, v.v., bao phủ nhiều cấp độ như thực thi, trạng thái, dữ liệu, cấu trúc, là một hệ thống mở rộng hoàn chỉnh "hợp tác đa tầng, kết hợp mô-đun". Bài viết này sẽ tập trung giới thiệu phương thức mở rộng chủ yếu dựa trên tính toán song song.

Tính toán song song trong chuỗi (intra-chain parallelism), chú trọng đến việc thực hiện song song các giao dịch/lệnh bên trong khối. Theo cơ chế song song, phương pháp mở rộng có thể được chia thành năm loại lớn, mỗi loại đại diện cho những nhu cầu hiệu suất khác nhau, mô hình phát triển và triết lý kiến trúc, lần lượt độ mịn của các hạt song song ngày càng nhỏ, cường độ song song ngày càng cao, độ phức tạp của việc lập lịch cũng ngày càng cao, độ phức tạp lập trình và độ khó thực hiện cũng ngày càng cao.

  • Mức tài khoản song song ( Mức tài khoản ): Đại diện cho dự án Solana
  • Đối tượng cấp độ song song (Object-level): đại diện cho dự án Sui
  • Song song cấp giao dịch (Transaction-level): Đại diện cho dự án Monad, Aptos
  • Gọi cấp/ Micro VM song song (Call-level / MicroVM): Đại diện cho dự án MegaETH
  • Song song chỉ thị ( Instruction-level ): Đại diện cho dự án GatlingX

Mô hình bất đồng bộ song song ngoài chuỗi, với hệ thống thông minh Actor (Agent / Actor Model ) làm đại diện, chúng thuộc về một kiểu tính toán song song khác, như một hệ thống tin nhắn xuyên chuỗi/bất đồng bộ ( mô hình không đồng bộ chuỗi ), mỗi Agent như là một "tiến trình thông minh độc lập" hoạt động song song với tin nhắn bất đồng bộ, dựa trên sự kiện, không cần lập lịch đồng bộ, các dự án tiêu biểu có AO, ICP, Cartesi, v.v.

Các giải pháp mở rộng mà chúng ta đều quen thuộc như Rollup hoặc phân đoạn thuộc về cơ chế đồng thời cấp hệ thống, không phải là tính toán song song trong chuỗi. Chúng thực hiện việc mở rộng thông qua "chạy song song nhiều chuỗi/miền thực thi" chứ không phải nâng cao độ song song bên trong một khối/ máy ảo đơn lẻ. Các giải pháp mở rộng như vậy không phải là trọng tâm của bài viết này, nhưng chúng tôi vẫn sẽ sử dụng chúng để so sánh sự khác biệt về ý tưởng kiến trúc.

Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng bản địa tốt nhất?

Hai, chuỗi tăng cường song song EVM: Đột phá giới hạn hiệu suất trong sự tương thích

Kiến trúc xử lý tuần tự của Ethereum đã trải qua nhiều vòng thử nghiệm mở rộng như phân đoạn, Rollup, kiến trúc mô-đun, nhưng vẫn chưa có bước đột phá cơ bản nào trong việc tăng cường khả năng xử lý của tầng thực thi. Tuy nhiên, EVM và Solidity vẫn là nền tảng hợp đồng thông minh có cơ sở phát triển và năng lực hệ sinh thái mạnh mẽ nhất hiện nay. Do đó, chuỗi tăng cường song song EVM đang trở thành hướng đi quan trọng trong quá trình mở rộng mới, vừa đảm bảo tính tương thích của hệ sinh thái vừa nâng cao hiệu suất thực thi. Monad và MegaETH là hai dự án tiêu biểu nhất trong hướng đi này, lần lượt xây dựng kiến trúc xử lý song song EVM hướng tới các kịch bản có tính đồng thời cao và khả năng xử lý cao.

Phân tích cơ chế tính toán song song của Monad

Monad là một chuỗi khối Layer1 hiệu suất cao được thiết kế lại cho máy ảo Ethereum (EVM), dựa trên khái niệm song song cơ bản (Pipelining), thực hiện đồng bộ hóa không đồng bộ ở lớp đồng thuận (Asynchronous Execution) và thực thi song song lạc quan ở lớp thực thi (Optimistic Parallel Execution). Ngoài ra, ở lớp đồng thuận và lưu trữ, Monad đã giới thiệu các giao thức BFT hiệu suất cao (MonadBFT) và hệ thống cơ sở dữ liệu chuyên dụng (MonadDB), thực hiện tối ưu hóa từ đầu đến cuối.

Pipelining: Cơ chế thực thi song song nhiều giai đoạn

Pipelining là khái niệm cơ bản của việc thực hiện song song Monad, tư tưởng cốt lõi là chia quy trình thực hiện blockchain thành nhiều giai đoạn độc lập và xử lý các giai đoạn này song song, hình thành kiến trúc đường ống ba chiều, mỗi giai đoạn chạy trên các luồng hoặc nhân độc lập, thực hiện xử lý đồng thời qua các khối, cuối cùng đạt được hiệu quả tăng cường thông lượng và giảm độ trễ. Các giai đoạn này bao gồm: đề xuất giao dịch (Propose) đạt được sự đồng thuận (Consensus) thực hiện giao dịch (Execution) và gửi khối (Commit).

Thực thi không đồng bộ: đồng thuận - thực hiện tách rời không đồng bộ

Trong chuỗi truyền thống, sự đồng thuận và thực thi giao dịch thường là quy trình đồng bộ, mô hình tuần tự này hạn chế nghiêm trọng khả năng mở rộng hiệu suất. Monad đã đạt được sự đồng thuận không đồng bộ, thực thi không đồng bộ và lưu trữ không đồng bộ thông qua "thực thi không đồng bộ". Giảm đáng kể thời gian khối ( thời gian khối ) và độ trễ xác nhận, làm cho hệ thống linh hoạt hơn, quy trình xử lý chi tiết hơn và tỷ lệ sử dụng tài nguyên cao hơn.

Thiết kế cốt lõi:

  • Quá trình đồng thuận ( lớp đồng thuận ) chỉ chịu trách nhiệm sắp xếp giao dịch, không thực thi logic hợp đồng.
  • Thực thi quá trình ( tầng thực thi ) sẽ được kích hoạt bất đồng bộ sau khi đồng thuận hoàn tất.
  • Sau khi đồng thuận hoàn tất, ngay lập tức vào quy trình đồng thuận khối tiếp theo, không cần chờ hoàn thành thực thi.

Thực thi song song lạc quan:乐观并行执行

Ethereum truyền thống sử dụng mô hình tuần tự nghiêm ngặt để thực hiện giao dịch, nhằm tránh xung đột trạng thái. Trong khi đó, Monad áp dụng chiến lược "thực thi song song lạc quan", giúp tăng tốc độ xử lý giao dịch một cách đáng kể.

Cơ chế thực hiện:

  • Monad sẽ thực hiện tất cả các giao dịch một cách lạc quan và song song, giả sử hầu hết các giao dịch không có xung đột trạng thái.
  • Chạy đồng thời một "(Conflict Detector)" để giám sát xem các giao dịch có truy cập cùng một trạng thái ( hay không, chẳng hạn như xung đột đọc/ghi ).
  • Nếu phát hiện xung đột, các giao dịch xung đột sẽ được tuần tự hóa và thực hiện lại, đảm bảo tính chính xác của trạng thái.

Monad đã chọn con đường tương thích: giảm thiểu thay đổi quy tắc EVM, trong quá trình thực thi thông qua việc hoãn ghi trạng thái, phát hiện xung đột động để thực hiện song song, giống như một phiên bản hiệu suất cao của Ethereum, độ trưởng thành tốt dễ dàng thực hiện di chuyển hệ sinh thái EVM, là bộ tăng tốc song song cho thế giới EVM.

Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng bản địa tốt nhất?

Phân tích cơ chế tính toán song song của MegaETH

Khác với định vị L1 của Monad, MegaETH được định vị là một lớp thực thi song song hiệu suất cao, tương thích với EVM và có thể hoạt động như một chuỗi công khai L1 độc lập, cũng như một lớp tăng cường thực thi trên Ethereum (Execution Layer) hoặc thành phần mô-đun. Mục tiêu thiết kế cốt lõi của nó là phân tách logic tài khoản, môi trường thực thi và trạng thái thành các đơn vị tối thiểu có thể lập lịch độc lập, nhằm đạt được khả năng thực thi đồng thời cao trong chuỗi và phản hồi độ trễ thấp. Sự đổi mới chính mà MegaETH đưa ra là: kiến trúc Micro-VM + State Dependency DAG(đồ thị phụ thuộc trạng thái có hướng không chu trình) và cơ chế đồng bộ mô-đun, cùng nhau xây dựng một hệ thống thực thi song song hướng tới "luồng trong chuỗi".

Micro-VM(máy ảo vi mô)kiến trúc: tài khoản chính là luồng

MegaETH đã giới thiệu mô hình thực thi "mỗi tài khoản một máy ảo vi mô (Micro-VM)", biến môi trường thực thi thành "đa luồng", cung cấp đơn vị cách ly tối thiểu cho lập lịch song song. Các VM này giao tiếp với nhau thông qua tin nhắn bất đồng bộ (Asynchronous Messaging), thay vì gọi đồng bộ, cho phép nhiều VM có thể thực thi độc lập, lưu trữ độc lập, tự nhiên song song.

State Dependency DAG: Cơ chế lập lịch dựa trên đồ thị phụ thuộc

MegaETH đã xây dựng một hệ thống lập lịch DAG dựa trên mối quan hệ truy cập trạng thái tài khoản, hệ thống duy trì một đồ thị phụ thuộc toàn cầu (Dependency Graph) theo thời gian thực, mỗi giao dịch sẽ mô hình hóa các tài khoản bị thay đổi và các tài khoản được đọc thành mối quan hệ phụ thuộc. Các giao dịch không có xung đột có thể được thực hiện song song trực tiếp, trong khi các giao dịch có mối quan hệ phụ thuộc sẽ được lập lịch theo thứ tự topo hoặc bị hoãn. Đồ thị phụ thuộc đảm bảo tính nhất quán trạng thái và không ghi trùng trong quá trình thực hiện song song.

Thực thi bất đồng bộ và cơ chế gọi lại

B

Tóm lại, MegaETH đã phá vỡ mô hình máy trạng thái đơn luồng EVM truyền thống, thực hiện đóng gói vi máy ảo dựa trên tài khoản, thông qua đồ thị phụ thuộc trạng thái để thực hiện lập lịch giao dịch, và sử dụng cơ chế thông báo bất đồng bộ thay thế cho ngăn xếp gọi đồng bộ. Đây là một nền tảng tính toán song song được thiết kế lại từ "cấu trúc tài khoản → kiến trúc lập lịch → quy trình thực thi" trên mọi phương diện, cung cấp một cách tiếp cận mới mang tính mẫu mực cho việc xây dựng hệ thống chuỗi trên hiệu suất cao thế hệ tiếp theo.

MegaETH đã chọn con đường tái cấu trúc: hoàn toàn trừu tượng hóa tài khoản và hợp đồng thành VM độc lập, giải phóng tiềm năng song song cực đại thông qua lập lịch thực thi không đồng bộ. Về lý thuyết, giới hạn song song của MegaETH cao hơn, nhưng cũng khó kiểm soát độ phức tạp, giống như một hệ điều hành phân tán siêu cấp dưới triết lý của Ethereum.

Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng bản địa tốt nhất?

Thiết kế của Monad và MegaETH đều khác biệt lớn so với phân đoạn (Sharding): phân đoạn cắt ngang chuỗi khối thành nhiều chuỗi con độc lập (phân đoạn Shards), mỗi chuỗi con chịu trách nhiệm một phần giao dịch và trạng thái, phá vỡ giới hạn của chuỗi đơn trong việc mở rộng ở tầng mạng; trong khi đó, Monad và MegaETH đều duy trì tính toàn vẹn của chuỗi đơn, chỉ mở rộng theo chiều ngang ở tầng thực thi, tối ưu hóa thực thi song song cực hạn bên trong chuỗi đơn để vượt qua hiệu suất. Cả hai đại diện cho hai hướng trong con đường mở rộng chuỗi khối: tăng cường theo chiều dọc và mở rộng theo chiều ngang.

Bản đồ toàn cảnh về lĩnh vực tính toán song song Web3: Giải pháp mở rộng gốc tốt nhất?

Các dự án tính toán song song như Monad và MegaETH chủ yếu tập trung vào tối ưu hóa thông lượng, với mục tiêu chính là nâng cao TPS trên chuỗi, thông qua việc thực hiện trì hoãn (Deferred Execution) và kiến trúc vi máy (Micro-VM) để thực hiện xử lý song song ở cấp giao dịch hoặc cấp tài khoản. Trong khi đó, Pharos Network là một mạng blockchain L1 toàn diện và mô-đun, cơ chế tính toán song song lõi của nó được gọi là "Rollup Mesh". Kiến trúc này hỗ trợ môi trường đa máy ảo (EVM và Wasm) thông qua sự hợp tác giữa mạng chính và mạng xử lý đặc biệt (SPNs), và tích hợp các công nghệ tiên tiến như bằng chứng không kiến thức (ZK), môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE).

Phân tích cơ chế tính toán song song Rollup Mesh:

  1. Xử lý đường ống bất đồng bộ trong toàn bộ vòng đời (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos đã tách rời các giai đoạn của giao dịch ( như đồng thuận, thực thi, lưu trữ ) và áp dụng phương thức xử lý bất đồng bộ, cho phép mỗi giai đoạn có thể thực hiện độc lập và song song, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể.
  2. Thực thi song song hai máy ảo (Dual VM Parallel Execution): Pharos hỗ trợ hai môi trường máy ảo EVM và WASM, cho phép các nhà phát triển chọn môi trường thực thi phù hợp theo nhu cầu. Kiến trúc hai máy ảo này không chỉ nâng cao tính linh hoạt của hệ thống, mà còn cải thiện khả năng xử lý giao dịch thông qua thực thi song song.
  3. Xử lý đặc biệt mạng (SPNs): SPNs là thành phần then chốt trong kiến trúc Pharos, tương tự như mạng con mô-đun, được thiết kế đặc biệt để xử lý các loại nhiệm vụ hoặc ứng dụng cụ thể. Thông qua SPNs, Pharos có thể thực hiện phân bổ tài nguyên động và xử lý nhiệm vụ song song, từ đó tăng cường khả năng mở rộng và hiệu suất của hệ thống.
  4. Đồng thuận mô-đun và cơ chế đặt lại (Modular Consensus & Restaking): Pharos đã giới thiệu một cách linh hoạt
Xem bản gốc
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
  • Phần thưởng
  • 9
  • Chia sẻ
Bình luận
0/400
ShibaSunglassesvip
· 07-17 12:01
An toàn không phải chỉ đổ lỗi cho zero knowledge sao
Xem bản gốcTrả lời0
IntrovertMetaversevip
· 07-17 11:53
Đừng nói chuyên môn, chỉ muốn bán coin mà thôi.
Xem bản gốcTrả lời0
BuyHighSellLowvip
· 07-15 00:56
đồ ngốc một số một tham gia lướt sóng trực tuyến
Xem bản gốcTrả lời0
MEV_Whisperervip
· 07-14 14:59
người theo lệnh long không có tác dụng, sharding mới là giải pháp mở rộng cuối cùng
Xem bản gốcTrả lời0
LiquidityWitchvip
· 07-14 14:57
Tầng 2 tôi chỉ tin celer
Xem bản gốcTrả lời0
GasFeeBarbecuevip
· 07-14 14:55
Cảm giác layer2 không thể hoạt động được.
Xem bản gốcTrả lời0
SandwichDetectorvip
· 07-14 14:46
Lại lại lại mở rộng rồi? Khi nào mới kết thúc?
Xem bản gốcTrả lời0
NftCollectorsvip
· 07-14 14:41
Tính toán song song trên chuỗi thực chất giống như bản chất của nghệ thuật, đều đang theo đuổi sự hòa hợp giữa sự thanh lịch và vĩnh cửu. Rất đồng tình với phân tích khung này.
Xem bản gốcTrả lời0
MemeCuratorvip
· 07-14 14:33
Phân mảnh cái này chơi chán rồi phải không?
Xem bản gốcTrả lời0
Xem thêm
  • Ghim
Giao dịch tiền điện tử mọi lúc mọi nơi
qrCode
Quét để tải xuống ứng dụng Gate
Cộng đồng
Tiếng Việt
  • 简体中文
  • English
  • Tiếng Việt
  • 繁體中文
  • Español
  • Русский
  • Français (Afrique)
  • Português (Portugal)
  • Bahasa Indonesia
  • 日本語
  • بالعربية
  • Українська
  • Português (Brasil)