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

I. Pendahuluan: Perluasan adalah isu abadi, dan paralel adalah medan perang terakhir

Sistem blockchain telah menghadapi masalah inti perluasan sejak lahir. Jumlah transaksi per detik Bitcoin dan Ethereum (TPS) sangat rendah, jauh di bawah sistem Web2 tradisional. Ini bukan masalah sederhana yang dapat diselesaikan hanya dengan menambah server, melainkan batasan sistemik dalam desain dasar blockchain, yaitu "desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas" yang merupakan dilema tiga.

Selama sepuluh tahun terakhir, teknologi skalabilitas terus berkembang, dari kontroversi skalabilitas Bitcoin hingga sharding Ethereum, dari saluran status, Plasma hingga Rollup dan blockchain modular, seluruh industri telah menjalani jalan skalabilitas yang penuh imajinasi. Rollup sebagai solusi skalabilitas utama saat ini, telah mencapai tujuan peningkatan TPS yang signifikan. Namun, itu belum menyentuh batas "kinerja rantai tunggal" yang sebenarnya di lapisan dasar blockchain, terutama dalam hal eksekusi, masih dibatasi oleh paradigma perhitungan serial dalam rantai yang kuno.

Oleh karena itu, komputasi paralel dalam rantai secara bertahap masuk ke dalam pandangan industri. Berbeda dengan peningkatan skala di luar rantai dan distribusi antar rantai, komputasi paralel dalam rantai berusaha untuk sepenuhnya membangun kembali mesin eksekusi sambil mempertahankan atomisitas rantai tunggal, mengupgrade blockchain dari "eksekusi transaksi secara serial satu per satu" menjadi sistem komputasi dengan tingkat konkurensi tinggi "multi-threading + pipeline + penjadwalan ketergantungan". Ini tidak hanya dapat mencapai peningkatan throughput ratusan kali lipat, tetapi juga dapat menjadi prasyarat kunci untuk ledakan aplikasi kontrak pintar.

Sebenarnya, dalam paradigma komputasi Web2, komputasi satu utas telah lama digantikan oleh pemrograman paralel, penjadwalan asinkron, dan model lainnya. Sedangkan blockchain sebagai sistem komputasi yang lebih primitif dan konservatif, belum sepenuhnya memanfaatkan pemikiran paralel ini. Rantai baru seperti Solana, Sui, Aptos memperkenalkan paralelisme di tingkat arsitektur, membuka eksplorasi ini lebih dulu; sementara proyek seperti Monad, MegaETH lebih lanjut meningkatkan paralelisme di dalam rantai menjadi terobosan yang lebih mendalam, menunjukkan karakteristik yang semakin mendekati sistem operasi modern.

Dapat dikatakan, komputasi paralel bukan hanya merupakan cara untuk mengoptimalkan kinerja, tetapi juga merupakan titik balik dalam paradigma model eksekusi blockchain. Ini menantang pola dasar pelaksanaan kontrak pintar, mendefinisikan ulang logika dasar pemrosesan transaksi. Jika Rollup adalah "memindahkan transaksi untuk dieksekusi di luar rantai", maka paralel di dalam rantai adalah "membangun inti superkomputer di dalam rantai", yang bertujuan untuk memberikan dukungan infrastruktur yang benar-benar berkelanjutan untuk aplikasi Web3 yang asli di masa depan.

Setelah lintasan Rollup menyatu, paralel dalam rantai sedang menjadi variabel penentu dalam kompetisi Layer1 siklus baru. Ini bukan hanya perlombaan teknologi, tetapi juga perang paradigma. Platform eksekusi kedaulatan generasi berikutnya di dunia Web3 kemungkinan akan muncul dari pertarungan paralel dalam rantai ini.

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

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

Rute pertama adalah perluasan on-chain yang paling langsung, yang diwakili oleh praktik seperti peningkatan ukuran blok, pengurangan waktu pembuatan blok, atau peningkatan kapasitas pemrosesan melalui optimasi struktur data dan mekanisme konsensus. Cara ini pernah menjadi sorotan dalam perdebatan perluasan Bitcoin, yang melahirkan fork "blok besar" seperti BCH, BSV, dan juga memengaruhi pemikiran desain dari blockchain publik berkinerja tinggi awal seperti EOS dan NEO. Keuntungan dari rute ini adalah mempertahankan kesederhanaan konsistensi rantai tunggal, mudah dipahami dan diterapkan, tetapi juga sangat rentan terhadap risiko sentralisasi, meningkatnya biaya operasional node, dan meningkatnya kesulitan sinkronisasi, sehingga dalam desain saat ini tidak lagi menjadi solusi inti yang mainstream, melainkan lebih menjadi pelengkap mekanisme lainnya.

Rute kategori kedua adalah perluasan off-chain, diwakili oleh saluran status (State Channels) dan sidechain (Sidechains). Pemikiran dasar dari jalur ini adalah memindahkan sebagian besar aktivitas transaksi ke off-chain, hanya menulis hasil akhir ke dalam main chain, dengan main chain bertindak 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 aplikasinya. Contoh tipikal seperti Lightning Network meskipun memiliki penempatan skenario keuangan yang jelas, namun skala ekosistemnya tetap tidak meledak; sementara beberapa desain berbasis sidechain, seperti Polygon POS, pada throughput tinggi juga mengungkapkan kelemahan yang sulit mewarisi keamanan main chain.

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 memiliki kecepatan implementasi tinggi dan kompatibilitas yang baik, tetapi menghadapi masalah keterlambatan periode tantangan dan mekanisme bukti penipuan; yang terakhir memiliki keamanan yang kuat dan kemampuan kompresi data yang baik, tetapi pengembangannya kompleks dan kurang kompatibel dengan EVM. Baik jenis Rollup mana pun, esensinya adalah mengalihdayakan hak eksekusi, sambil mempertahankan data dan verifikasi di atas rantai utama, mencapai keseimbangan relatif antara desentralisasi dan kinerja tinggi. Pertumbuhan cepat proyek seperti Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet, dll. membuktikan kelayakan rute ini, tetapi juga mengungkapkan ketergantungan yang terlalu kuat pada ketersediaan data (DA), biaya yang masih terlalu tinggi, dan pengalaman pengembangan yang terputus sebagai hambatan jangka menengah.

Kelas keempat adalah arsitektur blockchain modular yang muncul dalam beberapa tahun terakhir, yang diwakili oleh Celestia, Avail, EigenLayer, dan lainnya. Paradigma modular berpendapat bahwa fungsi inti blockchain harus sepenuhnya dipisahkan, dengan beberapa rantai khusus yang menyelesaikan fungsi yang berbeda, kemudian digabungkan menjadi jaringan yang dapat diperluas melalui protokol lintas rantai. Arah ini sangat dipengaruhi oleh arsitektur modular sistem operasi dan ide komposabilitas komputasi awan, dengan keunggulan dalam kemampuan untuk mengganti komponen sistem dengan fleksibel, serta secara signifikan meningkatkan efisiensi pada tahap tertentu ( seperti DA). Namun, tantangannya juga sangat jelas: setelah pemisahan modul, biaya sinkronisasi, validasi, dan saling percaya antar sistem sangat tinggi, ekosistem pengembang sangat terdistribusi, dan tuntutan untuk standar protokol jangka menengah dan panjang serta keamanan lintas rantai jauh lebih tinggi dibandingkan dengan desain rantai tradisional. Model ini pada dasarnya tidak lagi membangun sebuah "rantai", tetapi membangun sebuah "jaringan rantai", yang menempatkan ambang batas yang belum pernah terjadi sebelumnya pada pemahaman dan pemeliharaan arsitektur keseluruhan.

Kategori rute terakhir, yang merupakan objek analisis fokus dalam artikel ini, adalah jalur optimasi komputasi paralel dalam rantai. Berbeda dengan empat kategori sebelumnya yang melakukan "pemisahan horizontal" dari sudut pandang struktur, komputasi paralel menekankan "peningkatan vertikal", yaitu dengan mengubah arsitektur mesin eksekusi di dalam satu rantai untuk mencapai pemrosesan transaksi atom yang bersamaan. Ini memerlukan penulisan ulang logika penjadwalan VM, memperkenalkan analisis ketergantungan transaksi, prediksi konflik status, kontrol derajat paralel, pemanggilan asinkron, dan seluruh 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 multi-core melalui penilaian konflik transaksi berbasis model akun. Sementara proyek generasi baru seperti Monad, Sei, Fuel, MegaETH, dan lainnya, mencoba lebih jauh untuk memperkenalkan eksekusi pipeline, konkurensi optimis, partisi penyimpanan, dan dekoupling paralel sebagai ide-ide mutakhir, 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 menyediakan fleksibilitas komputasi yang cukup untuk eksekusi kontrak pintar yang kompleks, dan merupakan prasyarat teknis penting untuk aplikasi masa depan seperti AI Agent, game rantai besar, dan derivatif frekuensi tinggi.

Melihat lima jalur ekstensi di atas, perbedaan di baliknya sebenarnya adalah kompromi sistematis antara blockchain dalam hal kinerja, komposabilitas, keamanan, dan kompleksitas pengembangan. Rollup unggul dalam outsourcing konsensus dan warisan keamanan, modularitas menonjolkan fleksibilitas struktur dan penggunaan kembali komponen, ekstensi off-chain berusaha mengatasi batasan rantai utama tetapi biaya kepercayaannya sangat tinggi, sedangkan paralel on-chain menekankan peningkatan mendasar dari lapisan eksekusi, berusaha mendekati batas kinerja sistem terdistribusi modern tanpa merusak konsistensi di dalam rantai. Setiap jalur tidak mungkin menyelesaikan semua masalah, tetapi arah-arah ini bersama-sama membentuk gambaran keseluruhan peningkatan paradigma komputasi Web3, serta menyediakan pilihan strategi yang sangat kaya bagi pengembang, arsitek, dan investor.

Seperti halnya sistem operasi dalam sejarah yang beralih dari satu inti ke banyak inti, dan basis data yang berevolusi dari indeks urut menjadi transaksi bersamaan, jalan perluasan Web3 juga akhirnya akan menuju era eksekusi yang sangat paralel. Dalam era ini, kinerja tidak lagi hanya menjadi perlombaan kecepatan rantai, tetapi merupakan manifestasi komprehensif dari filosofi desain dasar, pemahaman arsitektur yang mendalam, kolaborasi perangkat keras dan perangkat lunak, serta kontrol sistem. Dan paralel dalam rantai, mungkin adalah medan perang akhir dari perang jangka panjang ini.

Tiga, Peta Klasifikasi Perhitungan 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 di lapisan struktur, lapisan jaringan, atau lapisan ketersediaan data, komputasi paralel adalah penggalian mendalam di lapisan eksekusi, yang berkaitan dengan logika dasar efisiensi operasi blockchain, menentukan kecepatan respons dan kapasitas pemrosesan sistem blockchain ketika menghadapi transaksi kompleks dengan tingkat konkurensi tinggi dan berbagai jenis. Berdasarkan model eksekusi, dengan meninjau garis keturunan perkembangan 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 hingga halus, merupakan proses pemurnian logika paralel yang terus menerus, serta jalur di mana kompleksitas sistem dan kesulitan penjadwalan terus meningkat.

Paralel tingkat akun yang muncul pertama kali adalah paradigma yang diwakili oleh Solana. 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 kumpulan 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, dengan input dan output yang jelas, terutama program-program dengan jalur yang dapat diprediksi seperti DeFi. Namun, asumsi alaminya adalah akses akun yang dapat diprediksi dan ketergantungan status yang dapat disimpulkan secara statis, yang membuatnya rentan terhadap masalah eksekusi konservatif dan penurunan paralelisme ketika menghadapi perilaku dinamis dari kontrak pintar yang kompleks ( seperti permainan berbasis blockchain, agen AI, dll. Selain itu, ketergantungan silang antar akun juga mengakibatkan keuntungan paralel yang sangat tereduksi dalam beberapa skenario perdagangan frekuensi tinggi. Runtime Solana telah mencapai optimasi tinggi dalam hal ini, tetapi strategi penjadwalan intinya masih terpengaruh oleh batasan granularitas akun.

Berdasarkan model akun, kita lebih lanjut menyempurnakan dengan memasuki tingkat teknis paralelisme berbasis objek. Paralelisme berbasis objek memperkenalkan abstraksi semantik dari sumber daya dan modul, untuk melakukan penjadwalan konkuren berdasarkan unit "objek status" yang lebih halus. Aptos dan Sui adalah penjelajah penting di arah ini, terutama yang terakhir yang melalui sistem tipe linier bahasa Move, mendefinisikan kepemilikan dan variabilitas sumber daya pada saat kompilasi, sehingga memungkinkan kontrol akses sumber daya yang tepat pada waktu eksekusi. Cara ini dibandingkan dengan paralelisme berbasis akun lebih umum dan skalabel, dapat mencakup logika baca tulis status yang lebih kompleks, dan secara alami melayani skenario dengan tingkat heterogenitas tinggi seperti permainan, sosial, dan AI. Namun, paralelisme berbasis objek juga memperkenalkan tingkat kesulitan bahasa yang lebih tinggi dan kompleksitas pengembangan, Move bukanlah pengganti langsung untuk Solidity, biaya peralihan ekosistem yang 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 menjadikan 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 )Transaction DAG( melalui analisis statis atau dinamis, dan bergantung pada penjadwal untuk menjalankan eksekusi paralel. Desain ini memungkinkan sistem untuk memaksimalkan penggalian paralelitas tanpa perlu sepenuhnya memahami struktur status dasar. Monad sangat menarik, karena menggabungkan kontrol paralel optimis )OCC(, penjadwalan pipeline paralel, eksekusi tidak terurut, dan teknologi mesin basis data modern lainnya, membuat eksekusi rantai lebih mendekati pola "penjadwal GPU". Dalam praktiknya, mekanisme ini membutuhkan manajer ketergantungan dan detektor konflik yang sangat kompleks, dan penjadwal itu sendiri mungkin menjadi bottleneck, tetapi