Informe de investigación en profundidad sobre el cálculo paralelo en Web3: el camino definitivo para la escalabilidad nativa
I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo
Desde su nacimiento, los sistemas de blockchain han enfrentado el problema central de la escalabilidad. Los cuellos de botella en el rendimiento de Bitcoin y Ethereum son difíciles de superar, lo que contrasta marcadamente con el mundo tradicional de Web2. El problema de la escalabilidad está profundamente incrustado en el diseño subyacente de la blockchain, reflejando la dificultad de lograr simultáneamente "descentralización, seguridad y escalabilidad".
En la última década, la tecnología de escalado ha pasado por múltiples iteraciones. Desde la guerra de escalado de Bitcoin hasta el sharding de Ethereum, desde los canales de estado hasta Rollup, desde Layer 2 hasta la reconstrucción de la disponibilidad de datos, la industria ha explorado un camino de escalado lleno de imaginación. Rollup, como el paradigma de escalado principal en la actualidad, mejora el TPS mientras mantiene la seguridad de Ethereum. Sin embargo, no ha tocado el verdadero límite de "rendimiento de una sola cadena" de la blockchain, especialmente en el nivel de ejecución, que todavía está limitado por este antiguo paradigma de cálculo en serie dentro de la cadena.
El cálculo paralelo dentro de la cadena está comenzando a entrar en la visión de la industria. Intenta reconstruir completamente el motor de ejecución mientras mantiene una estructura de cadena única, actualizando la blockchain de "ejecución de transacciones en serie" a un sistema de alta concurrencia de "múltiples hilos + canalización + programación de dependencias". Esto no solo podría lograr un aumento en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en un requisito clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.
El cálculo paralelo desafía el patrón fundamental de ejecución de contratos inteligentes, redefiniendo la lógica básica de empaquetado de transacciones, acceso a estados, relaciones de llamada y disposición de almacenamiento. Su objetivo no es simplemente aumentar el rendimiento, sino proporcionar un soporte de infraestructura sostenible para las futuras aplicaciones nativas de Web3.
Después de que la competencia en la pista de Rollup se haya vuelto homogénea, la paralelización en la cadena está convirtiéndose en una variable decisiva en la competencia de Layer1 del nuevo ciclo. El rendimiento ya no se trata solo de "más rápido", sino de la posibilidad de sostener un mundo de aplicaciones heterogéneas en su totalidad. Esto no es solo una carrera técnica, sino una lucha por paradigmas. La próxima generación de plataformas de ejecución soberana en el mundo Web3 probablemente nacerá de esta lucha por la paralelización en la cadena.
II. Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco rutas, cada una con su enfoque
La escalabilidad, como uno de los temas más importantes, continuos y difíciles de abordar en la evolución de la tecnología de las cadenas públicas, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todas las rutas tecnológicas principales en la última década. Comenzando con la disputa sobre el tamaño de los bloques de Bitcoin, esta competencia técnica sobre "cómo hacer que la cadena funcione más rápido" ha dado lugar a cinco rutas básicas, cada una de las cuales aborda el cuello de botella desde diferentes ángulos, con su propia filosofía técnica, dificultad de implementación, modelo de riesgo y escenarios de aplicación.
La primera categoría de rutas es la escalabilidad en cadena más directa, representando prácticas como aumentar el tamaño del bloque, acortar el tiempo de creación de bloques, o mejorar la capacidad de procesamiento a través de la optimización de estructuras de datos y mecanismos de consenso. Este enfoque se convirtió en el centro de atención en la disputa por la escalabilidad de Bitcoin, dando lugar a bifurcaciones del "bloque grande" como BCH y BSV, e influyó en la línea de diseño de cadenas de bloques de alto rendimiento en sus primeras etapas, como EOS y NEO. Las ventajas de este tipo de ruta son que conservan la simplicidad de la consistencia de una sola cadena, son fáciles de entender y desplegar, pero también son propensas a riesgos de centralización, aumento de los costos de operación de nodos, dificultad en la sincronización y otros límites sistémicos. Por lo tanto, en el diseño actual ya no es una solución central y principal, sino que se ha convertido más en un complemento auxiliar para otros mecanismos.
La segunda categoría de rutas es la escalabilidad fuera de la cadena, representada por los canales de estado y las cadenas laterales. La idea básica de este tipo de rutas es trasladar la mayor parte de la actividad de transacciones fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal, donde la cadena principal actúa como la capa de liquidación final. Desde la filosofía técnica, se asemeja al pensamiento de arquitectura asíncrona de Web2. Aunque esta idea teóricamente puede escalar indefinidamente el rendimiento, los problemas del modelo de confianza de las transacciones fuera de la cadena, la seguridad de los fondos y la complejidad de la interacción limitan su aplicación. Un ejemplo típico es la red Lightning, que aunque tiene una clara ubicación en el escenario financiero, su escala ecológica nunca ha explotado; mientras que múltiples diseños basados en cadenas laterales, como Polygon POS, han expuesto la desventaja de que la seguridad de la cadena principal es difícil de heredar, a pesar de un alto rendimiento.
La tercera ruta es la ruta de Layer2 Rollup, que es la más popular y la más ampliamente desplegada en la actualidad. Este enfoque no cambia directamente la cadena principal, sino que logra la escalabilidad a través de la ejecución fuera de la cadena y la verificación en la cadena. Optimistic Rollup y ZK Rollup tienen sus propias ventajas: el primero es rápido y altamente compatible, pero enfrenta problemas de retraso en el período de desafío y en el mecanismo de prueba de fraude; el segundo es seguro, tiene una buena capacidad de compresión de datos, pero es complejo de desarrollar y carece de compatibilidad con EVM. Independientemente del tipo de Rollup, su esencia es externalizar el derecho de ejecución, mientras mantiene los datos y la verificación en la cadena principal, logrando un equilibrio relativo entre descentralización y alto rendimiento. El rápido crecimiento de proyectos como Arbitrum, Optimism, zkSync y StarkNet demuestra la viabilidad de esta ruta, pero también expone problemas a medio plazo como la fuerte dependencia de la disponibilidad de datos, tarifas aún altas y una experiencia de desarrollo fragmentada.
La cuarta categoría de rutas es la arquitectura de blockchain modular que ha surgido en los últimos años, representada por Celestia, Avail, EigenLayer, entre otros. El paradigma modular aboga por desacoplar completamente las funciones centrales de la blockchain, permitiendo que múltiples cadenas especializadas realicen diferentes funciones, y luego se combinen en una red escalable a través de protocolos cross-chain. Esta dirección está profundamente influenciada por la arquitectura modular de sistemas operativos y la idea de composibilidad en la computación en la nube, y su ventaja radica en la capacidad de reemplazar componentes del sistema de manera flexible, así como en la mejora significativa de la eficiencia en etapas específicas. Sin embargo, sus desafíos son igualmente evidentes: después del desacoplamiento modular, los costos de sincronización, verificación y confianza mutua entre sistemas son extremadamente altos, el ecosistema de desarrolladores está sumamente fragmentado, y los requisitos para estándares de protocolos a medio y largo plazo y la seguridad cross-chain son mucho más altos que en el diseño de cadenas tradicionales. Este modelo, en esencia, ya no construye una "cadena", sino que construye una "red de cadenas", lo que plantea un umbral sin precedentes para la comprensión y operación de la arquitectura general.
La última categoría de rutas, que es el objeto de análisis central en este artículo, es la ruta de optimización de cálculo en paralelo dentro de la cadena. A diferencia de las cuatro categorías anteriores que se enfocan en "divisiones horizontales" desde una perspectiva estructural, el cálculo en paralelo enfatiza "mejoras verticales", es decir, a través de cambios en la arquitectura del motor de ejecución dentro de una única cadena, se logra el procesamiento concurrente de transacciones atomizadas. Esto requiere reescribir la lógica de programación de la máquina virtual (VM), introducir análisis de dependencia de transacciones, predicción de conflictos de estado, control de paralelismo, llamadas asíncronas y todo un conjunto de mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos. Solana fue uno de los primeros proyectos en implementar el concepto de VM en paralelo a nivel de cadena, logrando la ejecución paralela multicore a través de la evaluación de conflictos de transacciones basada en un modelo de cuentas. Nuevos proyectos de generación como Monad, Sei, Fuel, MegaETH, entre otros, están intentando aún más introducir ideas de vanguardia como la ejecución en pipeline, concurrencia optimista, partición de almacenamiento y desacoplamiento paralelo, construyendo un núcleo de ejecución de alto rendimiento similar a una CPU moderna. La ventaja central de esta dirección es que permite romper los límites de rendimiento sin depender de una arquitectura de múltiples cadenas, al mismo tiempo que proporciona suficiente flexibilidad computacional para la ejecución de contratos inteligentes complejos, siendo un requisito técnico importante para aplicaciones futuras como agentes de IA, juegos en cadena de gran escala y derivados de alta frecuencia.
Tres, Mapa de clasificación de computación paralela: cinco grandes caminos desde la cuenta hasta la instrucción
En el contexto de la evolución continua de la tecnología de escalado en blockchain, el cálculo paralelo se ha convertido gradualmente en la ruta central para la superación del rendimiento. A diferencia del desacoplamiento horizontal en la capa estructural, la capa de red o la capa de disponibilidad de datos, el cálculo paralelo es una excavación en profundidad en la capa de ejecución, que se refiere a la lógica de nivel más básico que afecta la eficiencia operativa de la blockchain, determinando la velocidad de respuesta y la capacidad de procesamiento de un sistema blockchain frente a alta concurrencia y transacciones complejas de múltiples tipos. Partiendo del modelo de ejecución, al revisar la trayectoria de desarrollo de esta serie de tecnologías, podemos trazar un mapa claro de clasificación del cálculo paralelo, que se puede dividir aproximadamente en cinco rutas tecnológicas: paralelismo a nivel de cuenta, paralelismo a nivel de objeto, paralelismo a nivel de transacción, paralelismo a nivel de máquina virtual y paralelismo a nivel de instrucción. Estas cinco rutas, desde un grado de grosor a uno más fino, son tanto un proceso de refinamiento continuo de la lógica paralela como una ruta de complejidad del sistema y dificultad de programación en constante aumento.
La paralelización a nivel de cuentas que apareció primero es el paradigma representado por Solana. Este modelo se basa en un diseño desacoplado de cuenta-estado, que, a través del análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en las transacciones, determina si existen relaciones de conflicto. Si los conjuntos de cuentas accedidos por dos transacciones no se superponen, se pueden ejecutar concurrentemente en múltiples núcleos. Este mecanismo es muy adecuado para manejar transacciones con estructuras claras y entradas y salidas definidas, especialmente programas con rutas predecibles como DeFi. Sin embargo, su suposición inherente es que el acceso a las cuentas es predecible y que la dependencia del estado puede ser inferida estáticamente, lo que puede llevar a una ejecución conservadora y a una disminución de la paralelización cuando se enfrenta a contratos inteligentes complejos. Además, las dependencias cruzadas entre cuentas también reducen significativamente los beneficios de la paralelización en ciertos escenarios de comercio de alta frecuencia. El runtime de Solana ya ha logrado una alta optimización en este aspecto, pero su estrategia de programación central aún se ve afectada por la granularidad de las cuentas.
Sobre la base del modelo de cuentas, nos adentramos en un nivel técnico de paralelismo a nivel de objeto. El paralelismo a nivel de objeto introduce una abstracción semántica de recursos y módulos, realizando la programación concurrente en unidades de "objetos de estado" de mayor granularidad. Aptos y Sui son importantes exploradores en esta dirección, especialmente este último que, a través del sistema de tipos lineales del lenguaje Move, define en tiempo de compilación la propiedad y mutabilidad de los recursos, permitiendo así un control preciso de los conflictos de acceso a recursos en tiempo de ejecución. Este enfoque es más versátil y escalable en comparación con el paralelismo a nivel de cuenta, pudiendo cubrir lógicas de lectura y escritura de estado más complejas, y sirve de manera natural a escenarios de alta heterogeneidad como juegos, redes sociales e IA. Sin embargo, el paralelismo a nivel de objeto también introduce una mayor barrera lingüística y complejidad de desarrollo, Move no es un reemplazo directo de Solidity, y el alto costo de cambio de ecosistema limita la velocidad de difusión de su paradigma paralelo.
El paralelismo a nivel de transacciones, que avanza aún más, es la dirección explorada por la nueva generación de cadenas de alto rendimiento representadas por Monad, Sei y Fuel. Este enfoque ya no considera el estado o la cuenta como la unidad mínima de paralelismo, sino que construye un grafo de dependencias en torno a la transacción misma. Se considera la transacción como una unidad de operación atómica, construyendo un grafo de transacciones mediante análisis estático o dinámico, y depende de un programador para ejecutar en paralelo. Este diseño permite al sistema maximizar la paralelización sin necesidad de comprender completamente la estructura del estado subyacente. Monad es particularmente notable, ya que combina control de concurrencia optimista, programación en tuberías paralelas, ejecución fuera de orden y otras tecnologías modernas de motores de bases de datos, acercando la ejecución de la cadena a la parábola del "programador de GPU". En la práctica, este mecanismo requiere un gestor de dependencias y un detector de conflictos extremadamente complejos, y el programador en sí puede convertirse en un cuello de botella, pero su capacidad de rendimiento potencial es muy superior a la de modelos de cuentas u objetos, convirtiéndose en una de las fuerzas con mayor techo teórico en el campo de la computación paralela actual.
La paralelización a nivel de máquina virtual integrará la capacidad de ejecución concurrente directamente en la lógica de programación de instrucciones a nivel de VM, buscando romper completamente las limitaciones inherentes a la ejecución secuencial del EVM. MegaETH, como un "experimento de supermáquina virtual" dentro del ecosistema de Ethereum, intenta rediseñar el EVM para que soporte la ejecución concurrente de contratos inteligentes en múltiples hilos. Su base permite la ejecución segmentada, la separación de estados, llamadas asíncronas y otros mecanismos, permitiendo que cada contrato funcione de manera independiente en diferentes contextos de ejecución, y utilizando una capa de sincronización paralela para garantizar la consistencia final. La dificultad de este enfoque radica en que debe ser completamente compatible con la semántica de comportamiento del EVM existente, al mismo tiempo que se transforma todo el entorno de ejecución y el mecanismo de Gas, para permitir una migración fluida del ecosistema Solidity a un marco paralelo. Su desafío no solo es la profundidad de la pila tecnológica, sino que también implica la aceptación de cambios significativos en los protocolos por parte de la estructura política de Ethereum L1. Pero si tiene éxito, MegaETH podría convertirse en la "revolución del procesador multinúcleo" en el ámbito del EVM.
La última categoría de ruta, es decir, la más granular y con el mayor umbral técnico, es la paralelización a nivel de instrucción. Su idea se origina en la ejecución desordenada y las tuberías de instrucción en el diseño moderno de CPU. Este paradigma sostiene que, dado que cada contrato inteligente se compila finalmente en instrucciones de bytecode, se puede realizar un análisis de programación y reordenamiento paralelo de cada operación, al igual que la CPU ejecuta el conjunto de instrucciones x86. El equipo de Fuel ya ha introducido un modelo de ejecución reordenable a nivel de instrucción en su FuelVM, y a largo plazo, una vez que el motor de ejecución de blockchain implemente la ejecución predictiva y el reordenamiento dinámico de las dependencias de instrucciones, su paralelización alcanzará el límite teórico. Este enfoque incluso podría llevar la co-diseño de blockchain y hardware a una nueva altura, haciendo que la cadena se convierta en una verdadera "computadora descentralizada", y no solo en un "libro mayor distribuido". Por supuesto, este camino...
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OvertimeSquid
· hace14h
Hablando tanto, ¡no es más que competir contra la antigua centralización!
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MEVHunterX
· hace14h
Otra vez siguiendo el trasero de Ethereum.
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MagicBean
· hace14h
¿Una investigación seca puede llamarse Profundidad?
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GasFeeCrier
· hace14h
¿La expansión de la cadena única ha comenzado a soñar de nuevo?
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FUD_Whisperer
· hace14h
Han pasado tres años y todavía estoy debatiendo este viejo problema.
Investigación profunda sobre el cálculo paralelo en Web3: explorando la ruta definitiva de la escalabilidad nativa
Informe de investigación en profundidad sobre el cálculo paralelo en Web3: el camino definitivo para la escalabilidad nativa
I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo
Desde su nacimiento, los sistemas de blockchain han enfrentado el problema central de la escalabilidad. Los cuellos de botella en el rendimiento de Bitcoin y Ethereum son difíciles de superar, lo que contrasta marcadamente con el mundo tradicional de Web2. El problema de la escalabilidad está profundamente incrustado en el diseño subyacente de la blockchain, reflejando la dificultad de lograr simultáneamente "descentralización, seguridad y escalabilidad".
En la última década, la tecnología de escalado ha pasado por múltiples iteraciones. Desde la guerra de escalado de Bitcoin hasta el sharding de Ethereum, desde los canales de estado hasta Rollup, desde Layer 2 hasta la reconstrucción de la disponibilidad de datos, la industria ha explorado un camino de escalado lleno de imaginación. Rollup, como el paradigma de escalado principal en la actualidad, mejora el TPS mientras mantiene la seguridad de Ethereum. Sin embargo, no ha tocado el verdadero límite de "rendimiento de una sola cadena" de la blockchain, especialmente en el nivel de ejecución, que todavía está limitado por este antiguo paradigma de cálculo en serie dentro de la cadena.
El cálculo paralelo dentro de la cadena está comenzando a entrar en la visión de la industria. Intenta reconstruir completamente el motor de ejecución mientras mantiene una estructura de cadena única, actualizando la blockchain de "ejecución de transacciones en serie" a un sistema de alta concurrencia de "múltiples hilos + canalización + programación de dependencias". Esto no solo podría lograr un aumento en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en un requisito clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.
El cálculo paralelo desafía el patrón fundamental de ejecución de contratos inteligentes, redefiniendo la lógica básica de empaquetado de transacciones, acceso a estados, relaciones de llamada y disposición de almacenamiento. Su objetivo no es simplemente aumentar el rendimiento, sino proporcionar un soporte de infraestructura sostenible para las futuras aplicaciones nativas de Web3.
Después de que la competencia en la pista de Rollup se haya vuelto homogénea, la paralelización en la cadena está convirtiéndose en una variable decisiva en la competencia de Layer1 del nuevo ciclo. El rendimiento ya no se trata solo de "más rápido", sino de la posibilidad de sostener un mundo de aplicaciones heterogéneas en su totalidad. Esto no es solo una carrera técnica, sino una lucha por paradigmas. La próxima generación de plataformas de ejecución soberana en el mundo Web3 probablemente nacerá de esta lucha por la paralelización en la cadena.
II. Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco rutas, cada una con su enfoque
La escalabilidad, como uno de los temas más importantes, continuos y difíciles de abordar en la evolución de la tecnología de las cadenas públicas, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todas las rutas tecnológicas principales en la última década. Comenzando con la disputa sobre el tamaño de los bloques de Bitcoin, esta competencia técnica sobre "cómo hacer que la cadena funcione más rápido" ha dado lugar a cinco rutas básicas, cada una de las cuales aborda el cuello de botella desde diferentes ángulos, con su propia filosofía técnica, dificultad de implementación, modelo de riesgo y escenarios de aplicación.
La primera categoría de rutas es la escalabilidad en cadena más directa, representando prácticas como aumentar el tamaño del bloque, acortar el tiempo de creación de bloques, o mejorar la capacidad de procesamiento a través de la optimización de estructuras de datos y mecanismos de consenso. Este enfoque se convirtió en el centro de atención en la disputa por la escalabilidad de Bitcoin, dando lugar a bifurcaciones del "bloque grande" como BCH y BSV, e influyó en la línea de diseño de cadenas de bloques de alto rendimiento en sus primeras etapas, como EOS y NEO. Las ventajas de este tipo de ruta son que conservan la simplicidad de la consistencia de una sola cadena, son fáciles de entender y desplegar, pero también son propensas a riesgos de centralización, aumento de los costos de operación de nodos, dificultad en la sincronización y otros límites sistémicos. Por lo tanto, en el diseño actual ya no es una solución central y principal, sino que se ha convertido más en un complemento auxiliar para otros mecanismos.
La segunda categoría de rutas es la escalabilidad fuera de la cadena, representada por los canales de estado y las cadenas laterales. La idea básica de este tipo de rutas es trasladar la mayor parte de la actividad de transacciones fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal, donde la cadena principal actúa como la capa de liquidación final. Desde la filosofía técnica, se asemeja al pensamiento de arquitectura asíncrona de Web2. Aunque esta idea teóricamente puede escalar indefinidamente el rendimiento, los problemas del modelo de confianza de las transacciones fuera de la cadena, la seguridad de los fondos y la complejidad de la interacción limitan su aplicación. Un ejemplo típico es la red Lightning, que aunque tiene una clara ubicación en el escenario financiero, su escala ecológica nunca ha explotado; mientras que múltiples diseños basados en cadenas laterales, como Polygon POS, han expuesto la desventaja de que la seguridad de la cadena principal es difícil de heredar, a pesar de un alto rendimiento.
La tercera ruta es la ruta de Layer2 Rollup, que es la más popular y la más ampliamente desplegada en la actualidad. Este enfoque no cambia directamente la cadena principal, sino que logra la escalabilidad a través de la ejecución fuera de la cadena y la verificación en la cadena. Optimistic Rollup y ZK Rollup tienen sus propias ventajas: el primero es rápido y altamente compatible, pero enfrenta problemas de retraso en el período de desafío y en el mecanismo de prueba de fraude; el segundo es seguro, tiene una buena capacidad de compresión de datos, pero es complejo de desarrollar y carece de compatibilidad con EVM. Independientemente del tipo de Rollup, su esencia es externalizar el derecho de ejecución, mientras mantiene los datos y la verificación en la cadena principal, logrando un equilibrio relativo entre descentralización y alto rendimiento. El rápido crecimiento de proyectos como Arbitrum, Optimism, zkSync y StarkNet demuestra la viabilidad de esta ruta, pero también expone problemas a medio plazo como la fuerte dependencia de la disponibilidad de datos, tarifas aún altas y una experiencia de desarrollo fragmentada.
La cuarta categoría de rutas es la arquitectura de blockchain modular que ha surgido en los últimos años, representada por Celestia, Avail, EigenLayer, entre otros. El paradigma modular aboga por desacoplar completamente las funciones centrales de la blockchain, permitiendo que múltiples cadenas especializadas realicen diferentes funciones, y luego se combinen en una red escalable a través de protocolos cross-chain. Esta dirección está profundamente influenciada por la arquitectura modular de sistemas operativos y la idea de composibilidad en la computación en la nube, y su ventaja radica en la capacidad de reemplazar componentes del sistema de manera flexible, así como en la mejora significativa de la eficiencia en etapas específicas. Sin embargo, sus desafíos son igualmente evidentes: después del desacoplamiento modular, los costos de sincronización, verificación y confianza mutua entre sistemas son extremadamente altos, el ecosistema de desarrolladores está sumamente fragmentado, y los requisitos para estándares de protocolos a medio y largo plazo y la seguridad cross-chain son mucho más altos que en el diseño de cadenas tradicionales. Este modelo, en esencia, ya no construye una "cadena", sino que construye una "red de cadenas", lo que plantea un umbral sin precedentes para la comprensión y operación de la arquitectura general.
La última categoría de rutas, que es el objeto de análisis central en este artículo, es la ruta de optimización de cálculo en paralelo dentro de la cadena. A diferencia de las cuatro categorías anteriores que se enfocan en "divisiones horizontales" desde una perspectiva estructural, el cálculo en paralelo enfatiza "mejoras verticales", es decir, a través de cambios en la arquitectura del motor de ejecución dentro de una única cadena, se logra el procesamiento concurrente de transacciones atomizadas. Esto requiere reescribir la lógica de programación de la máquina virtual (VM), introducir análisis de dependencia de transacciones, predicción de conflictos de estado, control de paralelismo, llamadas asíncronas y todo un conjunto de mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos. Solana fue uno de los primeros proyectos en implementar el concepto de VM en paralelo a nivel de cadena, logrando la ejecución paralela multicore a través de la evaluación de conflictos de transacciones basada en un modelo de cuentas. Nuevos proyectos de generación como Monad, Sei, Fuel, MegaETH, entre otros, están intentando aún más introducir ideas de vanguardia como la ejecución en pipeline, concurrencia optimista, partición de almacenamiento y desacoplamiento paralelo, construyendo un núcleo de ejecución de alto rendimiento similar a una CPU moderna. La ventaja central de esta dirección es que permite romper los límites de rendimiento sin depender de una arquitectura de múltiples cadenas, al mismo tiempo que proporciona suficiente flexibilidad computacional para la ejecución de contratos inteligentes complejos, siendo un requisito técnico importante para aplicaciones futuras como agentes de IA, juegos en cadena de gran escala y derivados de alta frecuencia.
Tres, Mapa de clasificación de computación paralela: cinco grandes caminos desde la cuenta hasta la instrucción
En el contexto de la evolución continua de la tecnología de escalado en blockchain, el cálculo paralelo se ha convertido gradualmente en la ruta central para la superación del rendimiento. A diferencia del desacoplamiento horizontal en la capa estructural, la capa de red o la capa de disponibilidad de datos, el cálculo paralelo es una excavación en profundidad en la capa de ejecución, que se refiere a la lógica de nivel más básico que afecta la eficiencia operativa de la blockchain, determinando la velocidad de respuesta y la capacidad de procesamiento de un sistema blockchain frente a alta concurrencia y transacciones complejas de múltiples tipos. Partiendo del modelo de ejecución, al revisar la trayectoria de desarrollo de esta serie de tecnologías, podemos trazar un mapa claro de clasificación del cálculo paralelo, que se puede dividir aproximadamente en cinco rutas tecnológicas: paralelismo a nivel de cuenta, paralelismo a nivel de objeto, paralelismo a nivel de transacción, paralelismo a nivel de máquina virtual y paralelismo a nivel de instrucción. Estas cinco rutas, desde un grado de grosor a uno más fino, son tanto un proceso de refinamiento continuo de la lógica paralela como una ruta de complejidad del sistema y dificultad de programación en constante aumento.
La paralelización a nivel de cuentas que apareció primero es el paradigma representado por Solana. Este modelo se basa en un diseño desacoplado de cuenta-estado, que, a través del análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en las transacciones, determina si existen relaciones de conflicto. Si los conjuntos de cuentas accedidos por dos transacciones no se superponen, se pueden ejecutar concurrentemente en múltiples núcleos. Este mecanismo es muy adecuado para manejar transacciones con estructuras claras y entradas y salidas definidas, especialmente programas con rutas predecibles como DeFi. Sin embargo, su suposición inherente es que el acceso a las cuentas es predecible y que la dependencia del estado puede ser inferida estáticamente, lo que puede llevar a una ejecución conservadora y a una disminución de la paralelización cuando se enfrenta a contratos inteligentes complejos. Además, las dependencias cruzadas entre cuentas también reducen significativamente los beneficios de la paralelización en ciertos escenarios de comercio de alta frecuencia. El runtime de Solana ya ha logrado una alta optimización en este aspecto, pero su estrategia de programación central aún se ve afectada por la granularidad de las cuentas.
Sobre la base del modelo de cuentas, nos adentramos en un nivel técnico de paralelismo a nivel de objeto. El paralelismo a nivel de objeto introduce una abstracción semántica de recursos y módulos, realizando la programación concurrente en unidades de "objetos de estado" de mayor granularidad. Aptos y Sui son importantes exploradores en esta dirección, especialmente este último que, a través del sistema de tipos lineales del lenguaje Move, define en tiempo de compilación la propiedad y mutabilidad de los recursos, permitiendo así un control preciso de los conflictos de acceso a recursos en tiempo de ejecución. Este enfoque es más versátil y escalable en comparación con el paralelismo a nivel de cuenta, pudiendo cubrir lógicas de lectura y escritura de estado más complejas, y sirve de manera natural a escenarios de alta heterogeneidad como juegos, redes sociales e IA. Sin embargo, el paralelismo a nivel de objeto también introduce una mayor barrera lingüística y complejidad de desarrollo, Move no es un reemplazo directo de Solidity, y el alto costo de cambio de ecosistema limita la velocidad de difusión de su paradigma paralelo.
El paralelismo a nivel de transacciones, que avanza aún más, es la dirección explorada por la nueva generación de cadenas de alto rendimiento representadas por Monad, Sei y Fuel. Este enfoque ya no considera el estado o la cuenta como la unidad mínima de paralelismo, sino que construye un grafo de dependencias en torno a la transacción misma. Se considera la transacción como una unidad de operación atómica, construyendo un grafo de transacciones mediante análisis estático o dinámico, y depende de un programador para ejecutar en paralelo. Este diseño permite al sistema maximizar la paralelización sin necesidad de comprender completamente la estructura del estado subyacente. Monad es particularmente notable, ya que combina control de concurrencia optimista, programación en tuberías paralelas, ejecución fuera de orden y otras tecnologías modernas de motores de bases de datos, acercando la ejecución de la cadena a la parábola del "programador de GPU". En la práctica, este mecanismo requiere un gestor de dependencias y un detector de conflictos extremadamente complejos, y el programador en sí puede convertirse en un cuello de botella, pero su capacidad de rendimiento potencial es muy superior a la de modelos de cuentas u objetos, convirtiéndose en una de las fuerzas con mayor techo teórico en el campo de la computación paralela actual.
La paralelización a nivel de máquina virtual integrará la capacidad de ejecución concurrente directamente en la lógica de programación de instrucciones a nivel de VM, buscando romper completamente las limitaciones inherentes a la ejecución secuencial del EVM. MegaETH, como un "experimento de supermáquina virtual" dentro del ecosistema de Ethereum, intenta rediseñar el EVM para que soporte la ejecución concurrente de contratos inteligentes en múltiples hilos. Su base permite la ejecución segmentada, la separación de estados, llamadas asíncronas y otros mecanismos, permitiendo que cada contrato funcione de manera independiente en diferentes contextos de ejecución, y utilizando una capa de sincronización paralela para garantizar la consistencia final. La dificultad de este enfoque radica en que debe ser completamente compatible con la semántica de comportamiento del EVM existente, al mismo tiempo que se transforma todo el entorno de ejecución y el mecanismo de Gas, para permitir una migración fluida del ecosistema Solidity a un marco paralelo. Su desafío no solo es la profundidad de la pila tecnológica, sino que también implica la aceptación de cambios significativos en los protocolos por parte de la estructura política de Ethereum L1. Pero si tiene éxito, MegaETH podría convertirse en la "revolución del procesador multinúcleo" en el ámbito del EVM.
La última categoría de ruta, es decir, la más granular y con el mayor umbral técnico, es la paralelización a nivel de instrucción. Su idea se origina en la ejecución desordenada y las tuberías de instrucción en el diseño moderno de CPU. Este paradigma sostiene que, dado que cada contrato inteligente se compila finalmente en instrucciones de bytecode, se puede realizar un análisis de programación y reordenamiento paralelo de cada operación, al igual que la CPU ejecuta el conjunto de instrucciones x86. El equipo de Fuel ya ha introducido un modelo de ejecución reordenable a nivel de instrucción en su FuelVM, y a largo plazo, una vez que el motor de ejecución de blockchain implemente la ejecución predictiva y el reordenamiento dinámico de las dependencias de instrucciones, su paralelización alcanzará el límite teórico. Este enfoque incluso podría llevar la co-diseño de blockchain y hardware a una nueva altura, haciendo que la cadena se convierta en una verdadera "computadora descentralizada", y no solo en un "libro mayor distribuido". Por supuesto, este camino...