Laporan Penelitian Kedalaman Perhitungan Paralel Web3: Jalur Akhir untuk Skalabilitas Asli

I. Pendahuluan: Ekspansi adalah isu abadi, paralel adalah medan pertempuran utama

Sistem blockchain telah menghadapi masalah inti perluasan sejak dilahirkan. Bottleneck kinerja Bitcoin dan Ethereum sulit untuk diatasi, yang kontras tajam dengan dunia Web2 tradisional. Masalah perluasan terbenam dalam desain dasar blockchain, yang tercermin dalam dilema "desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas" yang tidak dapat dicapai sekaligus.

Selama sepuluh tahun terakhir, teknologi penskalaan telah mengalami berbagai iterasi. Dari perang penskalaan Bitcoin hingga shard Ethereum, dari saluran status hingga Rollup, dari Layer 2 hingga rekonstruksi ketersediaan data, industri telah menjelajahi jalan penskalaan yang penuh imajinasi. Rollup sebagai paradigma penskalaan utama saat ini, meningkatkan TPS sambil mempertahankan keamanan Ethereum. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja satu rantai" blockchain yang sebenarnya, terutama di tingkat eksekusi yang masih dibatasi oleh paradigma komputasi serial dalam rantai yang kuno.

Perhitungan paralel dalam rantai secara bertahap memasuki pandangan industri. Ini berusaha untuk sepenuhnya merekonstruksi mesin eksekusi sambil mempertahankan struktur rantai tunggal, mengupgrade blockchain dari "eksekusi transaksi secara serial satu per satu" menjadi sistem konvergensi tinggi "multi-threading + pipeline + penjadwalan ketergantungan". Ini tidak hanya mungkin untuk mencapai peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Komputasi paralel menantang pola dasar eksekusi kontrak pintar, mendefinisikan ulang logika dasar pengemasan transaksi, akses status, hubungan panggilan, dan tata letak penyimpanan. Tujuannya bukan hanya untuk meningkatkan throughput secara sederhana, tetapi untuk memberikan dukungan infrastruktur yang berkelanjutan bagi aplikasi asli Web3 di masa depan.

Setelah jalur Rollup menjadi semakin homogen, paralel dalam rantai kini menjadi variabel penentu dalam persaingan Layer1 di siklus baru. Kinerja tidak lagi hanya "lebih cepat", tetapi apakah dapat mendukung kemungkinan seluruh dunia aplikasi heterogen. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga perebutan paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan besar akan lahir dari pertempuran paralel dalam rantai ini.

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

Ekspansi sebagai salah satu topik paling penting, paling berkelanjutan, dan paling sulit dalam evolusi teknologi blockchain, telah melahirkan hampir semua jalur teknologi utama dalam sepuluh tahun terakhir. Dimulai dari perselisihan ukuran blok Bitcoin, perlombaan teknologi tentang "bagaimana membuat rantai berjalan lebih cepat" ini, akhirnya terpecah menjadi lima jalur dasar, masing-masing dengan pendekatan yang berbeda untuk mengatasi kendala, dengan filosofi teknis, tingkat kesulitan implementasi, model risiko, dan skenario aplikasi masing-masing.

Rute kelas pertama adalah ekspansi on-chain yang paling langsung, dengan praktik yang diwakili seperti peningkatan ukuran blok, pemendekan waktu pembuatan blok, atau peningkatan kemampuan pemrosesan melalui optimasi struktur data dan mekanisme konsensus. Cara ini pernah menjadi fokus dalam perdebatan ekspansi Bitcoin, melahirkan fork "blok besar" seperti BCH dan BSV, dan juga memengaruhi pemikiran desain dari blockchain publik berkinerja tinggi awal seperti EOS dan NEO. Kelebihan dari rute ini adalah mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, yang mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga sangat mudah menyentuh risiko sentralisasi, meningkatnya biaya operasi node, dan meningkatnya kesulitan sinkronisasi, sehingga dalam desain saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang mainstream, melainkan lebih menjadi pasangan pendukung untuk mekanisme lainnya.

Rute kategori kedua adalah perluasan 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 mainchain, dengan mainchain berfungsi sebagai lapisan penyelesaian akhir. Dalam filosofi teknis, ini mendekati pemikiran arsitektur asinkron Web2. Meskipun pemikiran ini secara teoritis dapat memperluas throughput tanpa batas, model kepercayaan transaksi off-chain, keamanan dana, kompleksitas interaksi, dan masalah lainnya membatasi penerapannya. Contoh yang khas adalah Lightning Network yang memiliki penempatan skenario keuangan yang jelas, tetapi ekosistemnya tidak pernah meledak; sementara beberapa desain berbasis sidechain, seperti Polygon POS, sambil memiliki throughput tinggi, juga mengungkapkan kelemahan dalam mewarisi keamanan dari mainchain.

Rute kelas ketiga adalah rute Layer2 Rollup yang paling populer dan paling luas diterapkan saat ini. Metode ini tidak secara langsung mengubah rantai utama itu sendiri, tetapi mencapai skalabilitas melalui mekanisme eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai. Optimistic Rollup dan ZK Rollup memiliki keunggulan masing-masing: yang pertama mencapai kecepatan tinggi dan kompatibilitas tinggi, tetapi menghadapi masalah penundaan periode tantangan dan mekanisme bukti penipuan; yang kedua memiliki keamanan yang kuat dan kemampuan kompresi data yang baik, tetapi pengembangan yang kompleks dan kurang kompatibel dengan EVM. Terlepas dari jenis Rollup yang mana, esensinya adalah mengalihdayakan hak eksekusi, sementara data dan verifikasi tetap berada di atas rantai utama, mencapai keseimbangan relatif antara desentralisasi dan kinerja tinggi. Pertumbuhan cepat proyek seperti Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet membuktikan kelayakan rute ini, tetapi juga mengungkapkan ketergantungan yang terlalu kuat pada ketersediaan data, biaya yang masih cukup tinggi, dan pengalaman pengembangan yang terputus sebagai hambatan jangka menengah.

Jenis rute keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, diwakili oleh Celestia, Avail, EigenLayer, dan lainnya. Paradigma modular berpendapat untuk sepenuhnya memisahkan fungsi inti blockchain, di mana berbagai rantai khusus menyelesaikan fungsi yang berbeda, dan kemudian digabungkan menjadi jaringan yang dapat diperluas melalui protokol lintas rantai. Arah ini sangat dipengaruhi oleh arsitektur modular sistem operasi dan konsep komposabilitas komputasi awan, dengan keunggulan dapat mengganti komponen sistem dengan fleksibel, serta secara signifikan meningkatkan efisiensi pada tahap tertentu. Namun, tantangannya juga sangat jelas: setelah pemisahan modul, biaya sinkronisasi, verifikasi, dan saling percaya antar sistem sangat tinggi, ekosistem pengembang sangat terdistribusi, dan persyaratan untuk standar protokol jangka menengah dan panjang serta keamanan lintas rantai jauh lebih tinggi daripada desain rantai tradisional. Model ini pada dasarnya tidak lagi membangun sebuah "rantai", melainkan membangun sebuah "jaringan rantai", yang menghadirkan batasan yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam pemahaman dan pemeliharaan arsitektur keseluruhan.

Kelas terakhir dari rute, yang juga merupakan objek analisis utama dalam artikel ini, adalah jalur optimasi komputasi paralel di dalam rantai. Berbeda dengan empat kategori sebelumnya yang terutama melakukan "pemisahan horizontal" dari sudut pandang struktur, komputasi paralel menekankan "peningkatan vertikal", yaitu mengubah arsitektur mesin eksekusi di dalam satu rantai untuk mencapai pemrosesan konkuren dari transaksi atom. Ini memerlukan penulisan ulang logika penjadwalan VM, memperkenalkan analisis ketergantungan transaksi, prediksi konflik status, kontrol derajat paralel, pemanggilan asinkron, dan seluruh rangkaian mekanisme penjadwalan sistem komputer modern. Solana adalah salah satu proyek pertama yang menerapkan konsep VM paralel ke dalam sistem tingkat rantai, dengan mencapai eksekusi paralel multikernel melalui penilaian konflik transaksi berbasis model akun. Sementara proyek generasi baru seperti Monad, Sei, Fuel, MegaETH, dan lainnya, lebih lanjut mencoba untuk memperkenalkan eksekusi pipelining, konkurensi optimis, partisi penyimpanan, dan pemisahan paralel, membangun inti eksekusi berkinerja tinggi yang mirip dengan CPU modern. 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, yang merupakan prasyarat teknologi penting untuk aplikasi masa depan seperti AI Agent, game berbasis rantai besar, dan produk derivatif frekuensi tinggi.

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

Dalam konteks evolusi teknologi skalabilitas blockchain, komputasi paralel secara bertahap menjadi jalur inti untuk terobosan kinerja. Berbeda dengan dekoupling horizontal pada lapisan struktur, lapisan jaringan, atau lapisan ketersediaan data, komputasi paralel adalah eksplorasi vertikal di lapisan eksekusi, yang menyangkut logika dasar efisiensi operasi blockchain, menentukan kecepatan respons dan kemampuan pemrosesan sistem blockchain saat menghadapi transaksi kompleks dengan tingkat konversi yang tinggi dan beragam. Dari 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 jalur ini dari granularitas kasar ke granularitas halus, merupakan proses pemurnian logika paralel yang terus-menerus, sekaligus jalur di mana kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan terus meningkat.

Akuntansi tingkat paralel yang pertama kali muncul, diwakili oleh Solana, adalah paradigma ini. Model ini didasarkan pada desain pemisahan akun dan status, dengan menganalisis secara statis kumpulan akun yang terlibat dalam transaksi untuk menentukan apakah ada hubungan konflik. Jika dua transaksi mengakses kumpulan akun yang tidak saling tumpang tindih, maka dapat dieksekusi secara paralel 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 eksekusi konservatif dan penurunan paralelisme ketika menghadapi kontrak pintar yang kompleks. Selain itu, ketergantungan silang antar akun juga menyebabkan keuntungan paralel berkurang secara signifikan dalam beberapa skenario perdagangan frekuensi tinggi. Runtime Solana telah mengimplementasikan optimasi yang tinggi dalam hal ini, tetapi strategi penjadwalan intinya masih terpengaruh oleh batasan granularitas akun.

Berdasarkan model akun, kita semakin memperhalus dan memasuki tingkat teknis paralel objek. Paralel objek memperkenalkan abstraksi semantik sumber daya dan modul, dengan unit penjadwalan konkuren yang lebih halus berupa "objek status". Aptos dan Sui adalah penjelajah penting di arah ini, terutama yang terakhir melalui sistem tipe linier bahasa Move, yang mendefinisikan kepemilikan dan variabilitas sumber daya pada waktu kompilasi, sehingga memungkinkan kontrol akses sumber daya yang akurat pada waktu eksekusi. Metode ini jauh lebih umum dan dapat diperluas dibandingkan dengan paralel tingkat akun, dapat mencakup logika baca/tulis status yang lebih kompleks, dan secara alami melayani skenario dengan heterogenitas tinggi seperti permainan, sosial, dan AI. Namun, paralel objek juga memperkenalkan ambang bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan, Move bukan pengganti langsung Solidity, biaya perpindahan ekosistem sangat tinggi, membatasi kecepatan penyebaran paradigma paralelnya.

Paralelisme tingkat transaksi yang lebih lanjut adalah arah yang dieksplorasi oleh generasi baru rantai berkinerja tinggi yang diwakili oleh Monad, Sei, dan Fuel. Jalur ini tidak lagi menganggap status atau akun sebagai unit paralel terkecil, melainkan membangun grafik ketergantungan di sekitar 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. Desain ini memungkinkan sistem untuk memaksimalkan penggalian paralelisme tanpa perlu sepenuhnya memahami struktur status dasar. Monad sangat menonjol, menggabungkan kontrol konkurensi optimis, penjadwalan jalur paralel, dan eksekusi tidak terurut seperti teknologi mesin basis data modern, membuat eksekusi rantai lebih mendekati paradigma "penjadwal GPU". Dalam praktiknya, mekanisme ini memerlukan pengelola ketergantungan dan detektor konflik yang sangat kompleks, dan penjadwal itu sendiri mungkin menjadi bottleneck, tetapi kemampuan throughput potensialnya jauh lebih tinggi daripada model akun atau objek, menjadi salah satu kekuatan dengan batasan teoretis tertinggi dalam jalur komputasi paralel saat ini.

Dan paralel tingkat mesin virtual, secara langsung mengintegrasikan kemampuan eksekusi bersamaan ke dalam logika penjadwalan instruksi dasar VM, berusaha untuk sepenuhnya melampaui batasan eksekusi berurutan EVM. MegaETH sebagai "eksperimen mesin virtual super" di dalam ekosistem Ethereum, sedang mencoba untuk meredesain EVM agar mendukung eksekusi kode kontrak pintar secara multithreading. Pada dasarnya, melalui eksekusi tersegmentasi, pemisahan status, dan pemanggilan asinkron, memungkinkan setiap kontrak untuk berjalan secara independen dalam konteks eksekusi yang berbeda, dan dengan bantuan lapisan sinkronisasi paralel untuk memastikan konsistensi akhir. Cara ini paling sulit karena harus sepenuhnya kompatibel dengan semantik perilaku EVM yang ada, sekaligus mengubah seluruh lingkungan eksekusi dan mekanisme Gas, agar ekosistem Solidity dapat bertransisi dengan lancar ke dalam kerangka paralel. Tantangan ini tidak hanya berkaitan dengan kedalaman tumpukan teknologi, tetapi juga melibatkan tingkat penerimaan struktur politik Ethereum L1 terhadap perubahan protokol besar. Namun jika berhasil, MegaETH berpotensi menjadi "revolusi prosesor multi inti" di bidang EVM.

Kelas terakhir dari jalur, yaitu paralelisme tingkat instruksi yang paling halus dan memiliki batasan teknis tertinggi. Pemikirannya berasal dari eksekusi out-of-order dan pipeline instruksi dalam desain CPU modern. Paradigma ini beranggapan bahwa, karena setiap kontrak pintar pada akhirnya dikompilasi menjadi instruksi bytecode, maka dapat sepenuhnya dijadwalkan dan disusun ulang secara paralel seperti CPU yang menjalankan set instruksi x86. Tim Fuel telah memperkenalkan model eksekusi yang dapat disusun ulang di tingkat instruksi dalam FuelVM mereka, dan dalam jangka panjang, setelah mesin eksekusi blockchain mewujudkan prediksi eksekusi dan penyusunan ulang dinamis dari ketergantungan instruksi, tingkat paralelisme akan mencapai batas teoritis. Cara ini bahkan mungkin membawa desain kolaboratif antara blockchain dan perangkat keras ke tingkat yang benar-benar baru, menjadikan rantai sebagai "komputer terdesentralisasi" yang sebenarnya, bukan hanya "buku besar terdistribusi". Tentu saja, jalur ini...