تقرير بحث عميق في الحوسبة المتوازية Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي

I. مقدمة: التوسع هو اقتراح أبدي ، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية

منذ ولادة Bitcoin ، واجه نظام blockchain دائما مشكلة أساسية لا مفر منها: التوسع. تعالج Bitcoin أقل من 10 معاملات في الثانية ، وتكافح Ethereum لاختراق عنق الزجاجة في الأداء لعشرات TPS (المعاملات في الثانية) ، وهو أمر مرهق بشكل خاص مقارنة بعشرات الآلاف من TPS في عالم Web2 التقليدي. والأهم من ذلك ، أن هذه ليست مشكلة بسيطة يمكن حلها عن طريق "إضافة خوادم" ، ولكنها قيود منهجية متأصلة بعمق في الإجماع الأساسي والتصميم الهيكلي ل blockchain - أي المثلث المستحيل ل blockchain حيث لا يمكن الجمع بين "اللامركزية والأمان وقابلية التوسع".

على مدار العقد الماضي ، شهدنا عددا لا يحصى من محاولات التوسع صعودا وهبوطا. من حرب توسيع نطاق البيتكوين إلى رؤية تجزئة Ethereum ، من قنوات الدولة والبلازما إلى التجميع وسلاسل الكتل المعيارية ، من التنفيذ خارج السلسلة في الطبقة 2 إلى إعادة الهيكلة الهيكلية لتوافر البيانات ، شرعت الصناعة بأكملها في مسار التوسع المليء بالخيال الهندسي. باعتباره نموذج التوسع الأكثر قبولا على نطاق واسع ، حقق Rollup هدف زيادة TPS بشكل كبير مع تقليل عبء تنفيذ السلسلة الرئيسية والحفاظ على أمان Ethereum. لكنها لا تمس الحدود الحقيقية ل "أداء السلسلة الواحدة" الأساسي ل blockchain ، خاصة على مستوى التنفيذ - أي إنتاجية الكتلة نفسها - والتي لا تزال محدودة بنموذج المعالجة القديم للحساب التسلسلي على السلسلة.

لهذا السبب ، دخلت الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تدريجيا مجال رؤية الصناعة. يختلف التوازي داخل السلسلة عن التوسع خارج السلسلة والتوزيع عبر السلاسل ، ويحاول إعادة بناء محرك التنفيذ بالكامل مع الحفاظ على الذرية والهيكل المتكامل لسلسلة واحدة ، وترقية blockchain من وضع أحادي الخيط "التنفيذ التسلسلي لمعاملة واحدة تلو الأخرى" إلى نظام حوسبة عالي التزامن من "متعدد الخيوط + خط أنابيب + جدولة التبعية" تحت إشراف نظام التشغيل الحديث وتصميم وحدة المعالجة المركزية. قد لا يحقق هذا المسار زيادة مائة ضعف في الإنتاجية فحسب ، بل قد يصبح أيضا شرطا أساسيا أساسيا لانفجار تطبيقات العقود الذكية.

في الواقع ، في نموذج حوسبة Web2 ، تم التخلص من الحوسبة أحادية الخيط منذ فترة طويلة بواسطة بنى الأجهزة الحديثة ، وتم استبدالها بدفق لا نهاية له من نماذج التحسين مثل البرمجة المتوازية والجدولة غير المتزامنة وتجمعات مؤشرات الترابط والخدمات المصغرة. لم تتمكن Blockchain ، كنظام حوسبة أكثر بدائية وتحفظا مع متطلبات عالية للغاية لليقين وإمكانية التحقق ، من الاستفادة الكاملة من أفكار الحوسبة المتوازية هذه. هذا قيد وفرصة. سلاسل جديدة مثل Solana و Sui و Aptos هي أول من بدأ هذا الاستكشاف من خلال إدخال التوازي على المستوى المعماري. أدت المشاريع الناشئة مثل Monad و MegaETH إلى زيادة التوازي على السلسلة مع الاختراقات في الآليات العميقة مثل تنفيذ خطوط الأنابيب ، والتزامن المتفائل ، والرسائل غير المتزامنة ، مما يدل على الخصائص التي تقترب أكثر فأكثر من أنظمة التشغيل الحديثة.

يمكن القول أن الحوسبة المتوازية ليست فقط "طريقة تحسين الأداء" ، ولكنها أيضا نقطة تحول في نموذج نموذج تنفيذ blockchain. إنه يتحدى الأنماط الأساسية لتنفيذ العقود الذكية ويعيد تعريف المنطق الأساسي لتغليف المعاملات والوصول إلى الحالة وعلاقات المكالمات وتخطيط التخزين. إذا كانت القيمة المحتسبة هي "نقل المعاملات إلى التنفيذ خارج السلسلة" ، فإن التوازي على السلسلة هو "بناء نوى الحوسبة الفائقة على السلسلة" ، وهدفه ليس مجرد تحسين الإنتاجية ، ولكن توفير دعم مستدام حقا للبنية التحتية لتطبيقات Web3 الأصلية المستقبلية (التداول عالي التردد ، ومحركات الألعاب ، وتنفيذ نموذج الذكاء الاصطناعي ، والشبكات الاجتماعية على السلسلة ، وما إلى ذلك).

بعد أن يميل مسار التجميع تدريجيا إلى أن يكون متجانسا ، أصبح التوازي داخل السلسلة بهدوء متغيرا حاسما في الدورة الجديدة لمنافسة الطبقة 1. لم يعد الأداء "أسرع" فحسب ، بل إمكانية القدرة على دعم عالم كامل من التطبيقات غير المتجانسة. هذا ليس فقط سباقا تقنيا ، ولكنه أيضا معركة نموذجية. من المرجح أن يخرج الجيل التالي من منصات التنفيذ السيادية في عالم Web3 من هذه المصارعة المتوازية داخل السلسلة.

2. الصورة الشاملة لنموذج التوسع: خمس فئات من المسارات، كل منها له تركيزه الخاص

أدى توسيع القدرات ، باعتباره أحد أهم الموضوعات وأكثرها استدامة وصعوبة في تطور تكنولوجيا السلسلة العامة ، إلى ظهور وتطور جميع مسارات التكنولوجيا السائدة تقريبا في العقد الماضي. بدءا من المعركة حول حجم كتلة Bitcoin ، تم تقسيم هذه المنافسة الفنية حول "كيفية جعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" أخيرا إلى خمسة طرق أساسية ، كل منها يخترق عنق الزجاجة من زاوية مختلفة ، مع فلسفته الفنية الخاصة ، وصعوبة الهبوط ، ونموذج المخاطر والسيناريوهات القابلة للتطبيق.

! gWKKeSi6ZBFDEQwDsMiIpivEzVzn7V4B5ZRrMw9M.jpeg

المسار الأول هو التحجيم الأكثر مباشرة على السلسلة ، مما يعني زيادة حجم الكتلة ، أو تقصير وقت الكتلة ، أو تحسين قوة المعالجة من خلال تحسين بنية البيانات وآلية الإجماع. كان هذا النهج محور النقاش حول توسيع نطاق البيتكوين ، مما أدى إلى انقسام فصائل "الكتلة الكبيرة" مثل BCH و BSV ، والتأثير أيضا على أفكار التصميم للسلاسل العامة عالية الأداء المبكرة مثل EOS و NEO. تتمثل ميزة هذا النوع من المسارات في أنه يحتفظ بساطة الاتساق أحادي السلسلة ، والذي يسهل فهمه ونشره ، ولكن من السهل جدا أيضا لمس الحدود العليا النظامية مثل مخاطر المركزية ، وارتفاع تكاليف تشغيل العقدة ، وزيادة صعوبات التزامن ، لذلك لم يعد الحل الأساسي السائد في تصميم اليوم ، ولكنه أصبح أكثر من تجميع إضافي للآليات الأخرى.

النوع الثاني من المسارات هو التحجيم خارج السلسلة ، والذي يتم تمثيله بواسطة قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. تتمثل الفكرة الأساسية لهذا النوع من المسارات في نقل معظم نشاط المعاملة خارج السلسلة ، وكتابة النتيجة النهائية فقط إلى السلسلة الرئيسية ، والتي تعمل كطبقة تسوية نهائية. من حيث الفلسفة التقنية ، فهي قريبة من البنية غير المتزامنة ل Web2 - حاول ترك معالجة المعاملات الثقيلة في المحيط ، وتقوم السلسلة الرئيسية بالحد الأدنى من التحقق الموثوق به. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تكون نظريا قابلة للتطوير بشكل لا نهائي ، إلا أن نموذج الثقة وأمن الصندوق وتعقيد التفاعل للمعاملات خارج السلسلة يحد من تطبيقها. على سبيل المثال ، على الرغم من أن Lightning Network لديها وضع واضح للسيناريوهات المالية ، إلا أن حجم النظام البيئي لم ينفجر أبدا. ومع ذلك ، فإن التصميمات المتعددة المستندة إلى السلسلة الجانبية ، مثل Polygon POS ، لا تتمتع بإنتاجية عالية فحسب ، بل تكشف أيضا عن عيوب الوراثة الصعبة لأمان السلسلة الرئيسية.

النوع الثالث من المسارات هو مسار تجميع الطبقة 2 الأكثر شيوعا وانتشارا على نطاق واسع. لا تغير هذه الطريقة السلسلة الرئيسية نفسها بشكل مباشر ، ولكنها تتوسع من خلال آلية التنفيذ خارج السلسلة والتحقق على السلسلة. تتمتع مجموعة Rollup المتفائلة و ZK Rollup بمزاياها الخاصة: الأولى سريعة التنفيذ ومتوافقة للغاية ، ولكنها تعاني من مشاكل تأخير فترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال. يتمتع الأخير بأمان قوي وقدرات ضغط بيانات جيدة ، ولكن تطويره معقد ويفتقر إلى توافق EVM. بغض النظر عن نوع التجميع ، فإن جوهره هو الاستعانة بمصادر خارجية لقوة التنفيذ ، مع الحفاظ على البيانات والتحقق على السلسلة الرئيسية ، لتحقيق توازن نسبي بين اللامركزية والأداء العالي. يثبت النمو السريع لمشاريع مثل Arbitrum و Optimism و zkSync و StarkNet جدوى هذا المسار ، ولكنه يكشف أيضا عن اختناقات متوسطة المدى مثل الاعتماد المفرط على توافر البيانات (DA) ، والتكاليف المرتفعة ، وتجربة التطوير المجزأة.

النوع الرابع من المسارات هو بنية blockchain المعيارية التي ظهرت في السنوات الأخيرة ، مثل Celestia و Avail و EigenLayer وما إلى ذلك. يدعو النموذج المعياري إلى الفصل الكامل للوظائف الأساسية ل blockchain - التنفيذ والإجماع وتوافر البيانات والتسوية - بواسطة سلاسل متخصصة متعددة لإكمال وظائف مختلفة ، ثم دمجها في شبكة قابلة للتطوير مع بروتوكول عبر السلاسل. يتأثر هذا الاتجاه بشدة بالبنية المعيارية لنظام التشغيل ومفهوم قابلية تركيب الحوسبة السحابية ، والتي تتميز بقدرتها على استبدال مكونات النظام بمرونة وتحسين الكفاءة بشكل كبير في مجالات محددة مثل DA. ومع ذلك ، فإن التحديات واضحة جدا أيضا: تكلفة المزامنة والتحقق والثقة المتبادلة بين الأنظمة بعد فصل الوحدة مرتفعة للغاية ، والنظام البيئي للمطورين مجزأ للغاية ، ومتطلبات معايير البروتوكول متوسطة وطويلة الأجل والأمان عبر السلاسل أعلى بكثير من تلك الخاصة بتصميم السلسلة التقليدية. في جوهره ، لم يعد هذا النموذج يبني "سلسلة" ، ولكنه يبني "شبكة سلسلة" ، مما يضع عتبة غير مسبوقة لفهم البنية الشاملة وتشغيلها وصيانتها.

النوع الأخير من المسارات ، والذي هو محور التحليل اللاحق في هذه الورقة ، هو مسار تحسين الحوسبة المتوازية داخل السلسلة. على عكس الأنواع الأربعة الأولى من "الانقسام الأفقي" ، والتي تقوم بشكل أساسي ب "الانقسام الأفقي" من المستوى الهيكلي ، تؤكد الحوسبة المتوازية على "الترقية الرأسية" ، أي أن المعالجة المتزامنة للمعاملات الذرية تتحقق عن طريق تغيير بنية محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة. يتطلب ذلك إعادة كتابة منطق جدولة الجهاز الظاهري وتقديم مجموعة كاملة من آليات جدولة نظام الكمبيوتر الحديثة، مثل تحليل تبعية المعاملات، والتنبؤ بتعارض الحالة، والتحكم في التوازي، والاستدعاء غير المتزامن. Solana هو أول مشروع ينفذ مفهوم VM المتوازي في نظام على مستوى السلسلة ، والذي يحقق التنفيذ المتوازي متعدد النواة من خلال الحكم على تعارض المعاملات بناء على نموذج الحساب. يحاول الجيل الجديد من المشاريع ، مثل Monad و Sei و Fuel و MegaETH وما إلى ذلك ، تقديم أفكار متطورة مثل تنفيذ خطوط الأنابيب ، والتزامن المتفائل ، وتقسيم التخزين ، والفصل المتوازي لبناء نوى تنفيذ عالية الأداء مشابهة لوحدات المعالجة المركزية الحديثة. الميزة الأساسية لهذا الاتجاه هي أنه لا يحتاج إلى الاعتماد على البنية متعددة السلاسل لتحقيق اختراق في حد الإنتاجية ، وفي نفس الوقت يوفر مرونة حوسبة كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة ، وهو شرط تقني أساسي مهم لسيناريوهات التطبيق المستقبلية مثل وكيل الذكاء الاصطناعي وألعاب السلسلة واسعة النطاق والمشتقات عالية التردد.

بالنظر إلى الأنواع الخمسة المذكورة أعلاه من مسارات القياس ، فإن التقسيم وراءها هو في الواقع المقايضة المنهجية بين الأداء وقابلية التركيب والأمان وتعقيد التطوير ل blockchain. Rollup قوي في الاستعانة بمصادر خارجية بالإجماع والميراث الآمن ، وتسلط النمطية الضوء على المرونة الهيكلية وإعادة استخدام المكونات ، ومحاولات التحجيم خارج السلسلة لاختراق عنق الزجاجة في السلسلة الرئيسية ولكن تكلفة الثقة مرتفعة ، ويركز التوازي داخل السلسلة على الترقية الأساسية لطبقة التنفيذ ، في محاولة للاقتراب من حد أداء الأنظمة الموزعة الحديثة دون تدمير اتساق السلسلة. من المستحيل أن يحل كل مسار جميع المشكلات ، ولكن هذه الاتجاهات هي التي تشكل معا بانوراما لترقية نموذج الحوسبة Web3 ، كما توفر للمطورين والمهندسين المعماريين والمستثمرين خيارات استراتيجية غنية للغاية.

كما انتقلت أنظمة التشغيل تاريخياً من النواة الواحدة إلى النوى المتعددة، وتطورت قواعد البيانات من الفهرسة التسلسلية إلى المعاملات المتزامنة، فإن طريق توسعة Web3 سيتجه في النهاية نحو عصر التنفيذ العالي التوازي. في هذا العصر، لن تكون الأداء مجرد سباق في سرعة السلسلة، بل ستكون تعبيراً شاملاً عن فلسفة التصميم الأساسية، وعمق فهم الهيكل، وتعاون البرمجيات والأجهزة، وقدرة التحكم في النظام. وقد تكون المعالجة المتوازية داخل السلسلة هي ساحة المعركة النهائية في هذه الحرب الطويلة.

ثلاثة، خريطة تصنيف الحوسبة المتوازية: خمس مسارات من الحسابات إلى التعليمات

في سياق التطور المستمر لتقنية توسيع نطاق blockchain ، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجيا المسار الأساسي لاختراقات الأداء. تختلف عن الفصل الأفقي لطبقة الهيكل أو طبقة الشبكة أو طبقة توافر البيانات ، فإن الحوسبة المتوازية هي تعدين عميق في طبقة التنفيذ ، والتي ترتبط بأقل منطق لكفاءة تشغيل blockchain ، وتحدد سرعة الاستجابة وقدرة المعالجة لنظام blockchain في مواجهة التزامن العالي والمعاملات المعقدة متعددة الأنواع. بدءا من نموذج التنفيذ ومراجعة تطور هذا النسب التكنولوجي ، يمكننا فرز خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية ، والتي يمكن تقسيمها تقريبا إلى خمسة مسارات تقنية: التوازي على مستوى الحساب ، والتوازي على مستوى الكائن ، والتوازي على مستوى المعاملة ، والتوازي على مستوى الجهاز الافتراضي ، والتوازي على مستوى التعليمات. هذه الأنواع الخمسة من المسارات ، من الحبيبات الخشنة إلى الحبيبات الدقيقة ، ليست فقط عملية التحسين المستمر للمنطق الموازي ، ولكن أيضا مسار زيادة تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.

! ymDdJOgxNJpF3CHw4pG2f3dKrLmjctVWnJuIrXkb.jpeg

أول ظهور للتوازي على مستوى الحساب هو النموذج الذي يمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم فصل حالة الحساب ، ويحدد ما إذا كانت هناك علاقة متضاربة من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المشاركة في المعاملة. إذا لم تتداخل مجموعة الحسابات التي تم الوصول إليها بواسطة حركتين مع بعضها البعض ، فيمكن تنفيذها بشكل متزامن على مراكز متعددة. هذه الآلية مثالية للتعامل مع المعاملات جيدة التنظيم مع مدخلات ومخرجات واضحة ، خاصة للبرامج ذات المسارات التي يمكن التنبؤ بها مثل DeFi. ومع ذلك ، فإن افتراضها الطبيعي هو أن الوصول إلى الحساب يمكن التنبؤ به ويمكن الاستدلال على الاعتماد على الدولة بشكل ثابت ، مما يجعله عرضة للتنفيذ المحافظ وتقليل التوازي في مواجهة العقود الذكية المعقدة (مثل السلوكيات الديناميكية مثل ألعاب السلسلة ووكلاء الذكاء الاصطناعي). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاعتماد المتبادل بين الحسابات يجعل العوائد المتوازية ضعيفة بشدة في بعض سيناريوهات التداول عالية التردد. تم تحسين وقت تشغيل Solana بشكل كبير في هذا الصدد ، لكن استراتيجية الجدولة الأساسية لا تزال محدودة بدقة الحساب.

مزيد من التحسين على أساس نموذج الحساب ، ندخل المستوى الفني للتوازي على مستوى الكائن. يقدم التوازي على مستوى الكائن التجريد الدلالي للموارد والوحدات النمطية ، مع جدولة متزامنة في وحدات من "كائنات الحالة" الأكثر دقة. يعد Aptos و Sui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه ، وخاصة الأخير ، الذي يحدد ملكية الموارد وتنوعها في وقت التجميع من خلال نظام النوع الخطي للغة Move ، مما يسمح لوقت التشغيل بالتحكم بدقة في تعارضات الوصول إلى الموارد. بالمقارنة مع التوازي على مستوى الحساب ، فإن هذه الطريقة أكثر تنوعا وقابلية للتطوير ، ويمكن أن تغطي منطق القراءة والكتابة الأكثر تعقيدا ، وتخدم بشكل طبيعي سيناريوهات غير متجانسة للغاية مثل الألعاب والشبكات الاجتماعية الذكاء الاصطناعي. ومع ذلك ، فإن التوازي على مستوى الكائن يقدم أيضا عتبة لغوية أعلى وتعقيد تطوير ، و Move ليس بديلا مباشرا عن Solidity ، والتكلفة العالية للتبديل البيئي تحد من تعميم نموذجها الموازي.

مزيد من التوازي على مستوى المعاملات هو الاتجاه الذي يستكشفه الجيل الجديد من السلاسل عالية الأداء التي يمثلها Monad و Sei و Fuel. لم يعد المسار يتعامل مع الحالات أو الحسابات على أنها أصغر وحدة للتوازي ، ولكن بدلا من ذلك يبني رسما بيانيا للتبعية حول المعاملة بأكملها نفسها. يتعامل مع المعاملات كوحدات ذرية للتشغيل ، ويبني الرسوم البيانية للمعاملات (DAGs للمعاملات) من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي ، ويعتمد على المجدولة لتنفيذ التدفق المتزامن. يسمح هذا التصميم للنظام بتعظيم التوازي في التعدين دون الحاجة إلى فهم هيكل الدولة الأساسي بشكل كامل. Monad ملفت للنظر بشكل خاص ، حيث تجمع بين تقنيات محرك قواعد البيانات الحديثة مثل التحكم المتفائل في التزامن (OCC) ، وجدولة خطوط الأنابيب المتوازية ، والتنفيذ خارج الترتيب ، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نموذج "جدولة GPU". من الناحية العملية ، تتطلب هذه الآلية مديري تبعية معقدين للغاية وكاشفات للصراعات ، وقد يصبح المجدول نفسه أيضا عنق الزجاجة ، لكن قدرته الإنتاجية المحتملة أعلى بكثير من تلك الخاصة بالحساب أو نموذج الكائن ، مما يجعله القوة النظرية الأكثر في مسار الحوسبة المتوازية الحالي.

من ناحية أخرى ، يقوم التوازي على مستوى الجهاز الافتراضي بتضمين إمكانات التنفيذ المتزامنة مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسي للجهاز الظاهري ، مما يسعى جاهدا لاختراق القيود المتأصلة في تنفيذ تسلسل EVM تماما. باعتبارها "تجربة آلة افتراضية فائقة" داخل نظام Ethereum البيئي ، تحاول MegaETH إعادة تصميم EVM لدعم التنفيذ المتزامن متعدد الخيوط لرمز العقد الذكي. تسمح الطبقة الأساسية لكل عقد بالعمل بشكل مستقل في سياقات تنفيذ مختلفة من خلال آليات مثل التنفيذ المجزأ وتجزئة الحالة والاستدعاء غير المتزامن ، وتضمن الاتساق النهائي بمساعدة طبقة مزامنة متوازية. أصعب جزء في هذا النهج هو أنه يجب أن يكون متوافقا تماما مع دلالات سلوك EVM الحالية ، وفي نفس الوقت تحويل بيئة التنفيذ بأكملها وآلية الغاز من أجل ترحيل نظام Solidity البيئي بسلاسة إلى إطار مواز. لا يكمن التحدي في عمق مجموعة التكنولوجيا فحسب ، بل يكمن أيضا في قبول تغييرات كبيرة في البروتوكول على الهيكل السياسي L1 ل Ethereum. ولكن إذا نجحت ، تعد MegaETH بأن تكون "ثورة معالجات متعددة النواة" في مساحة EVM.

النوع الأخير من المسارات هو التوازي على مستوى التعليمات ، وهو الأكثر دقة وله أعلى عتبة تقنية. الفكرة مشتقة من عمليات التنفيذ والتعليمات خارج الترتيب في تصميم وحدة المعالجة المركزية الحديثة. يجادل هذا النموذج بأنه نظرا لأن كل عقد ذكي يتم تجميعه في النهاية في تعليمات bytecode ، فمن الممكن تماما جدولة وإعادة ترتيب كل عملية بنفس الطريقة التي تنفذ بها وحدة المعالجة المركزية مجموعة تعليمات x86. قدم فريق Fuel في البداية نموذج تنفيذ قابل لإعادة الترتيب على مستوى التعليمات في FuelVM الخاص به ، وعلى المدى الطويل ، بمجرد أن يدرك محرك تنفيذ blockchain التنفيذ التنبؤي وإعادة الترتيب الديناميكي للمعتمدين على التعليمات ، سيصل التوازي إلى الحد النظري. قد يأخذ هذا النهج التصميم المشترك لأجهزة blockchain إلى مستوى جديد تماما ، مما يجعل السلسلة "حاسوبا لامركزيا" حقيقيا بدلا من مجرد "دفتر أستاذ موزع". بالطبع ، لا يزال هذا المسار في المرحلة النظرية والتجريبية ، ولم تنضج المجدولة ذات الصلة وآليات التحقق الأمني بعد ، لكنه يشير إلى الحدود النهائية لمستقبل الحوسبة المتوازية.

باختصار ، تشكل المسارات الخمسة للحساب والكائن والمعاملة والجهاز الظاهري والتعليمات طيف تطوير الحوسبة المتوازية داخل السلسلة ، من بنية البيانات الثابتة إلى آلية الجدولة الديناميكية ، من التنبؤ بالوصول إلى الحالة إلى إعادة الترتيب على مستوى التعليمات ، كل خطوة من خطوات التكنولوجيا المتوازية تعني زيادة كبيرة في تعقيد النظام وعتبة التطوير. ولكن في الوقت نفسه ، فإنها تمثل أيضا نقلة نوعية في نماذج حوسبة blockchain ، من دفتر الأستاذ التقليدي للإجماع الكامل إلى بيئة تنفيذ موزعة عالية الأداء ويمكن التنبؤ بها وإرسالها. هذا ليس فقط اللحاق بالركب مع كفاءة الحوسبة السحابية Web2 ، ولكن أيضا مفهوم عميق للشكل النهائي ل "كمبيوتر blockchain". سيحدد اختيار المسارات المتوازية لسلاسل عامة مختلفة أيضا الحد الحامل لأنظمة تطبيقها المستقبلية ، بالإضافة إلى قدرتها التنافسية الأساسية في سيناريوهات مثل وكيل الذكاء الاصطناعي ، وألعاب السلسلة ، والتداول عالي التردد على السلسلة.

أربعة، تحليل عميق للمسارين الرئيسيين: Monad مقابل MegaETH

من بين المسارات المتعددة لتطور الحوسبة المتوازية ، فإن المسارين التقنيين الرئيسيين اللذين يتمتعان بأكبر قدر من التركيز ، وأعلى صوت ، والسرد الأكثر اكتمالا في السوق الحالية هما بلا شك "بناء سلسلة الحوسبة المتوازية من الصفر" التي يمثلها Monad و "الثورة الموازية داخل EVM" التي تمثلها MegaETH. هذان ليسا فقط اتجاهي البحث والتطوير الأكثر كثافة لمهندسي التشفير البدائيين الحاليين ، ولكن أيضا الرموز القطبية الأكثر تحديدا في سباق أداء الكمبيوتر الحالي Web3. لا يكمن الاختلاف بين الاثنين في نقطة البداية وأسلوب الهندسة التقنية فحسب ، بل يكمن أيضا في الأشياء البيئية التي تخدمها ، وتكلفة الهجرة ، وفلسفة التنفيذ والمسار الاستراتيجي المستقبلي وراءها. إنها تمثل منافسة نموذجية موازية بين "إعادة البناء" و "التوافق" ، وقد أثرت بعمق على خيال السوق للشكل النهائي للسلاسل عالية الأداء.

لم يتم تصميم فلسفة تصميم Monad ، بصفتها "أصولية حسابية" من خلال وعبرها ، لتكون متوافقة مع EVMs الحالية ، بل لإعادة تعريف الطريقة التي تعمل بها محركات تنفيذ blockchain تحت الغطاء ، مستوحاة من قواعد البيانات الحديثة والأنظمة متعددة النواة عالية الأداء. يعتمد نظام التكنولوجيا الأساسي الخاص بها على آليات ناضجة في مجال قواعد البيانات مثل التحكم المتفائل في التزامن ، وجدولة جدول أعمال المعاملات ، والتنفيذ خارج الأمر ، والتنفيذ عبر الأنابيب ، بهدف زيادة أداء معالجة المعاملات في السلسلة إلى ما يصل إلى ملايين TPS. في بنية Monad ، يتم فصل تنفيذ المعاملات وترتيبها تماما ، ويقوم النظام أولا بإنشاء رسم بياني لتبعية المعاملة ، ثم يسليمه إلى المجدول للتنفيذ المتوازي. يتم التعامل مع جميع المعاملات كوحدات ذرية للمعاملات ، مع مجموعات صريحة من القراءات والكتابة ولقطات الحالة ، ويتم تنفيذ المجدولة بشكل متفائل بناء على الرسوم البيانية للتبعية ، والتراجع وإعادة التنفيذ عند حدوث تعارضات. هذه الآلية معقدة للغاية من حيث التنفيذ الفني ، وتتطلب إنشاء مكدس تنفيذ مشابه لمدير معاملات قاعدة البيانات الحديث ، بالإضافة إلى إدخال آليات مثل التخزين المؤقت متعدد المستويات ، والجلب المسبق ، والتحقق المتوازي ، وما إلى ذلك ، لضغط زمن انتقال التزام الحالة النهائية ، ولكن يمكنها نظريا دفع حد الإنتاجية إلى ارتفاعات لا تتخيلها السلسلة الحالية.

والأهم من ذلك ، لم تتخل Monad عن قابلية التشغيل البيني مع EVM. من خلال طبقة وسيطة مشابهة ل "اللغة الوسيطة المتوافقة مع الصلابة" ، فإنه يدعم المطورين لكتابة العقود في بناء جملة Solidity ، وفي نفس الوقت يقوم بتحسين اللغة الوسيطة وجدولة التوازي في محرك التنفيذ. لا تحتفظ استراتيجية التصميم هذه المتمثلة في "توافق السطح وإعادة بناء الهيكلة السفلية" على ملاءمتها لمطوري Ethereum البيئيين فحسب ، بل تحرر أيضا إمكانات التنفيذ الأساسية إلى أقصى حد ، وهي استراتيجية تقنية نموذجية "لابتلاع EVM ثم تفكيكها". هذا يعني أيضا أنه بمجرد إطلاق Monad ، لن تصبح فقط سلسلة سيادية ذات أداء فائق ، ولكن أيضا طبقة تنفيذ مثالية لشبكات التجميع من الطبقة 2 ، وحتى "نواة عالية الأداء قابلة للتوصيل" لوحدات تنفيذ السلسلة الأخرى على المدى الطويل. من وجهة النظر هذه ، فإن Monad ليس فقط طريقا تقنيا ، ولكنه أيضا منطق جديد لتصميم سيادة النظام ، والذي يدعو إلى "نمطية الأداء وإعادة الاستخدام" لطبقة التنفيذ ، وذلك لإنشاء معيار جديد للحوسبة التعاونية بين السلاسل.

على عكس موقف Monad "منشئ العالم الجديد" ، فإن MegaETH هو نوع معاكس تماما من المشاريع ، والذي يختار البدء من عالم Ethereum الحالي وتحقيق زيادة كبيرة في كفاءة التنفيذ بأقل تكاليف تغيير. بدلا من إلغاء مواصفات EVM ، تسعى MegaETH إلى بناء قوة الحوسبة المتوازية في محرك تنفيذ EVM الحالي لإنشاء إصدار مستقبلي من "EVM متعدد النواة". يكمن الأساس المنطقي في إعادة بناء التعليمات الكاملة لنموذج تنفيذ تعليمات EVM الحالي مع إمكانات مثل العزل على مستوى مؤشر الترابط ، والتنفيذ غير المتزامن على مستوى العقد ، واكتشاف تعارض الوصول إلى الحالة ، مما يسمح بتشغيل عقود ذكية متعددة في وقت واحد في نفس الكتلة ودمج تغييرات الحالة في النهاية. يتطلب هذا النموذج من المطورين تحقيق مكاسب كبيرة في الأداء من نفس العقد المنشور على سلسلة MegaETH دون تغيير عقود Solidity الحالية ، باستخدام لغات أو سلاسل أدوات جديدة. يعد مسار "الثورة المحافظة" هذا جذابا للغاية ، خاصة بالنسبة لنظام Ethereum L2 البيئي ، لأنه يوفر مسارا مثاليا لترقيات الأداء غير المؤلمة دون الحاجة إلى ترحيل بناء الجملة.

يكمن الاختراق الأساسي ل MegaETH في آلية الجدولة متعددة الخيوط للجهاز الظاهري. تستخدم EVMs التقليدية نموذج تنفيذ مكدس أحادي الخيط ، حيث يتم تنفيذ كل تعليمات خطيا ويجب أن تحدث تحديثات الحالة بشكل متزامن. يكسر MegaETH هذا النمط ويقدم مكدس مكالمات غير متزامن وآلية عزل سياق التنفيذ ، وذلك لتحقيق التنفيذ المتزامن ل "سياقات EVM المتزامنة". يمكن لكل عقد استدعاء المنطق الخاص به في مؤشر ترابط منفصل، وستقوم جميع مؤشرات الترابط باكتشاف الحالة وتقاربها بشكل موحد من خلال طبقة الالتزام المتوازية عند إرسال الحالة في النهاية. تشبه هذه الآلية إلى حد بعيد نموذج JavaScript متعدد مؤشرات الترابط للمتصفحات الحديثة (Web Workers + Shared Memory + Lock-Free Data) ، والذي يحتفظ بحتمية سلوك مؤشر الترابط الرئيسي ويقدم آلية جدولة عالية الأداء غير متزامنة في الخلفية. من الناحية العملية ، يعد هذا التصميم أيضا ودودا للغاية لبناة الكتل والباحثين ، ويمكنه تحسين فرز Mempool ومسارات التقاط MEV وفقا لاستراتيجيات متوازية ، مما يشكل حلقة مغلقة من المزايا الاقتصادية في طبقة التنفيذ.

علاوة على ذلك ، تختار MegaETH أن تكون مرتبطة ارتباطا وثيقا بنظام Ethereum البيئي ، ومن المرجح أن يكون موقعها الرئيسي في المستقبل هو شبكة EVM L2 Rollup ، مثل سلسلة Optimism أو Base أو Arbitrum Orbit. بمجرد اعتماده على نطاق واسع ، يمكنه تحقيق ما يقرب من 100 ضعف تحسين الأداء فوق مجموعة تقنية Ethereum الحالية دون تغيير دلالات العقد ، ونموذج الحالة ، ومنطق الغاز ، وطرق الاستدعاء ، وما إلى ذلك ، مما يجعلها اتجاها جذابا لترقية التكنولوجيا لمحافظي EVM. نموذج MegaETH هو: طالما أنك لا تزال تفعل الأشياء على Ethereum ، فسأترك أداء الحوسبة الخاص بك يرتفع بشكل كبير. من منظور الواقعية والهندسة ، فهو أسهل في التنفيذ من Monad ، وهو أكثر انسجاما مع المسار التكراري لمشاريع DeFi و NFT السائدة ، مما يجعلها مرشحة للدعم البيئي على المدى القصير.

بمعنى ما ، فإن طريقي Monad و MegaETH ليسا فقط تطبيقين لمسارات التكنولوجيا المتوازية ، ولكن أيضا مواجهة كلاسيكية بين "إعادة الهيكلة" و "التوافق" في مسار تطوير blockchain: الأول يسعى إلى اختراق نموذجي ويعيد بناء كل المنطق من الآلات الافتراضية إلى إدارة الحالة الأساسية لتحقيق الأداء النهائي واللدونة المعمارية. ويسعى هذا الأخير إلى التحسين التدريجي، ودفع النظم التقليدية إلى أقصى الحدود مع احترام القيود البيئية القائمة، وبالتالي تقليل تكاليف الهجرة. لا توجد مزايا أو عيوب مطلقة بين الاثنين ، لكنهما يخدمان مجموعات مطورين مختلفة ورؤى بيئية. يعد Monad أكثر ملاءمة لبناء أنظمة جديدة من البداية ، وألعاب السلسلة التي تسعى إلى الإنتاجية القصوى ، وعوامل الذكاء الاصطناعي ، وسلاسل التنفيذ المعيارية. من ناحية أخرى ، يعد MegaETH أكثر ملاءمة لمشاريع L2 ومشاريع DeFi وبروتوكولات البنية التحتية التي ترغب في تحقيق ترقيات الأداء مع الحد الأدنى من تغييرات التطوير.

إنها مثل القطارات عالية السرعة على مسار جديد ، أعيد تعريفها من المسار ، وشبكة الطاقة إلى جسم السيارة ، فقط لتحقيق سرعة وخبرة غير مسبوقة. مثال آخر هو تركيب التوربينات على الطرق السريعة الحالية ، وتحسين جدولة المسار وهيكل المحرك ، مما يسمح للمركبات بالسير بشكل أسرع دون مغادرة شبكة الطرق المألوفة. في المرحلة التالية من بنى blockchain المعيارية ، يمكن أن تصبح Monad وحدة "تنفيذ كخدمة" ل Rollups ، ويمكن أن تصبح MegaETH مكونا إضافيا لتسريع الأداء ل L2s السائدة. قد يتقارب الاثنان في النهاية لتشكيل صدى جناحي محرك التنفيذ الموزع عالي الأداء في عالم Web3 المستقبلي.

٥. الفرص والتحديات المستقبلية للحوسبة المتوازية

مع انتقال الحوسبة المتوازية من التصميم الورقي إلى التنفيذ على السلسلة ، أصبحت الإمكانات التي تطلقها أكثر واقعية وقابلة للقياس. من ناحية أخرى ، رأينا أن نماذج التطوير ونماذج الأعمال الجديدة قد بدأت في إعادة تعريف "الأداء العالي على السلسلة": منطق ألعاب سلسلة أكثر تعقيدا ، ودورة حياة عامل الذكاء الاصطناعي الأكثر واقعية ، وبروتوكول تبادل البيانات في الوقت الفعلي ، وتجربة تفاعلية أكثر غامرة ، وحتى نظام تشغيل Super App التعاوني على السلسلة كلها تتغير من "ما إذا كان يمكن القيام بذلك" إلى "مدى جودة القيام بذلك". من ناحية أخرى ، فإن ما يدفع حقا الانتقال إلى الحوسبة المتوازية ليس فقط التحسين الخطي لأداء النظام ، ولكن أيضا التغيير الهيكلي للحدود المعرفية للمطورين وتكاليف الهجرة البيئية. مثلما أدى إدخال آلية عقد تورينج الكامل من قبل Ethereum إلى ولادة الانفجار متعدد الأبعاد ل DeFi و NFT و DAO ، فإن "إعادة البناء غير المتزامنة بين الحالة والتعليمات" الناتجة عن الحوسبة المتوازية تؤدي أيضا إلى ولادة نموذج عالمي جديد على السلسلة ، وهو ليس فقط ثورة في كفاءة التنفيذ ، ولكنه أيضا مرتعا للابتكار الانشطاري في هيكل المنتج.

! DOJfWkUvdgXyrZl6ZRNhsiGukJExCYzDIvn6DNC3.jpeg

بادئ ذي بدء ، من منظور الفرص ، فإن الفائدة الأكثر مباشرة هي "رفع سقف التطبيق". معظم تطبيقات DeFi والألعاب والتطبيقات الاجتماعية الحالية محدودة بسبب اختناقات الدولة وتكاليف الغاز وزمن الوصول ، ولا يمكنها حقا تحمل تفاعلات عالية التردد على السلسلة على نطاق واسع. بأخذ ألعاب السلسلة كمثال ، فإن GameFi مع ردود فعل الحركة الحقيقية ، ومزامنة السلوك عالي التردد ، ومنطق القتال في الوقت الفعلي يكاد يكون معدوما ، لأن التنفيذ الخطي ل EVM التقليدي لا يمكن أن يدعم تأكيد البث لعشرات تغييرات الحالة في الثانية. بدعم من الحوسبة المتوازية ، من خلال آليات مثل DAGs للمعاملات والسياقات غير المتزامنة على مستوى العقد ، يمكن إنشاء سلاسل عالية التزامن ، ويمكن ضمان نتائج التنفيذ الحتمية من خلال اتساق اللقطة ، وذلك لتحقيق اختراق هيكلي في "محرك الألعاب على السلسلة". وبالمثل ، سيتم أيضا تحسين نشر وتشغيل وكلاء الذكاء الاصطناعي بشكل كبير من خلال الحوسبة المتوازية. في الماضي ، كنا نميل إلى تشغيل وكلاء الذكاء الاصطناعي خارج السلسلة وتحميل نتائج سلوكهم فقط إلى العقود على السلسلة ، ولكن في المستقبل ، يمكن أن تدعم على السلسلة التعاون غير المتزامن ومشاركة الحالة بين كيانات الذكاء الاصطناعي المتعددة من خلال جدولة المعاملات المتوازية ، وذلك لتحقيق المنطق المستقل في الوقت الفعلي للوكيل على السلسلة. ستكون الحوسبة المتوازية هي البنية التحتية لهذا "العقد القائم على السلوك" ، مما يؤدي إلى دفع Web3 من "المعاملات كأصول" إلى عالم جديد من "التفاعلات كوكلاء".

ثانيا ، تمت أيضا إعادة تشكيل سلسلة أدوات المطور وطبقة تجريد الجهاز الظاهري هيكليا بسبب التوازي. يعتمد نموذج تطوير Solidity التقليدي على نموذج التفكير التسلسلي ، حيث اعتاد المطورون على تصميم المنطق كتغيير حالة أحادي الخيط ، ولكن في بنى الحوسبة الموازية ، سيضطر المطورون إلى التفكير في تعارضات مجموعة القراءة / الكتابة ، وسياسات عزل الدولة ، وذرية المعاملات ، وحتى تقديم أنماط معمارية بناء على قوائم انتظار الرسائل أو خطوط أنابيب الحالة. أدت هذه القفزة في البنية المعرفية أيضا إلى ولادة الصعود السريع لجيل جديد من سلاسل الأدوات. على سبيل المثال، سيصبح إطار عمل العقد الذكي الموازي الذي يدعم إعلانات تبعية المعاملات، ومترجم التحسين المستند إلى الأشعة تحت الحمراء، ومصحح الأخطاء المتزامن الذي يدعم محاكاة لقطة المعاملات، مرتعا لانفجار البنية التحتية في الدورة الجديدة. في الوقت نفسه ، أدى التطور المستمر لسلاسل الكتل المعيارية أيضا إلى مسار هبوط ممتاز للحوسبة المتوازية: يمكن إدراج Monad في L2 Rollup كوحدة تنفيذية ، ويمكن نشر MegaETH كبديل EVM للسلاسل السائدة ، ويوفر Celestia دعما لطبقة توفر البيانات ، ويوفر EigenLayer شبكة مدقق لامركزية ، وبالتالي تشكيل بنية متكاملة عالية الأداء من البيانات الأساسية إلى منطق التنفيذ.

ومع ذلك ، فإن تقدم الحوسبة المتوازية ليس طريقا سهلا ، والتحديات أكثر هيكلية وصعوبة من الفرص. فمن ناحية، تكمن الصعوبات التقنية الأساسية في "ضمان الاتساق لتزامن الدول" و "استراتيجية معالجة نزاع المعاملات". على عكس قواعد البيانات خارج السلسلة، لا يمكن أن تتسامح السلسلة على السلسلة مع درجة تعسفية من التراجع عن المعاملة أو سحب الحالة، ويجب تصميم أي تعارضات في التنفيذ مسبقا أو التحكم فيها بدقة أثناء الحدث. هذا يعني أن المجدول الموازي يجب أن يتمتع بقدرات قوية لبناء الرسم البياني للتبعية والتنبؤ بالتعارض ، وفي الوقت نفسه ، يجب عليه أيضا تصميم آلية فعالة للتسامح مع خطأ التنفيذ المتفائل ، وإلا فإن النظام عرضة ل "عاصفة إعادة محاولة الفشل المتزامنة" تحت الحمل العالي ، والتي لا تزيد فحسب ، بل تنقص ، بل وتسبب عدم استقرار السلسلة. علاوة على ذلك ، لم يتم بعد إنشاء نموذج الأمان الحالي لبيئة التنفيذ متعددة الخيوط بشكل كامل ، مثل دقة آلية عزل الحالة بين مؤشرات الترابط ، والاستخدام الجديد لهجمات إعادة الدخول في سياقات غير متزامنة ، وانفجار الغاز لمكالمات العقود المتقاطعة ، وكلها مشاكل جديدة تحتاج إلى حل.

تنشأ تحديات أكثر خبثا من الجوانب البيئية والنفسية. ما إذا كان المطورون على استعداد للانتقال إلى النموذج الجديد ، وما إذا كان بإمكانهم إتقان أساليب تصميم النماذج المتوازية ، وما إذا كانوا على استعداد للتخلي عن بعض قابلية القراءة وقابلية التدقيق التعاقدية للحصول على فوائد الأداء هي المفتاح لتحديد ما إذا كانت الحوسبة المتوازية يمكن أن تشكل طاقة كامنة بيئية. في السنوات القليلة الماضية ، رأينا عددا من السلاسل ذات الأداء المتفوق ولكنها تفتقر إلى دعم المطورين تصمت تدريجيا ، مثل NEAR و Avalanche وحتى بعض سلاسل Cosmos SDK ذات الأداء الأفضل بكثير من EVM ، وتذكرنا تجربتهم أنه بدون المطورين ، لا يوجد نظام بيئي. بدون بيئة ، بغض النظر عن مدى جودة الأداء ، فهي مجرد قلعة في الهواء. لذلك ، لا ينبغي أن تصنع مشاريع الحوسبة المتوازية أقوى محرك فحسب ، بل يجب أن تجعل أيضا مسار الانتقال البيئي الأكثر رقة ، بحيث يكون "الأداء خارج الصندوق" بدلا من "الأداء هو العتبة المعرفية".

في النهاية ، يعد مستقبل الحوسبة المتوازية انتصارا لهندسة النظم واختبارا للتصميم البيئي. سيجبرنا على إعادة النظر في "ما هو جوهر السلسلة": هل هي آلة تسوية لامركزية ، أم منسق دولة موزعة عالميا في الوقت الفعلي؟ إذا كان هذا هو الحال ، فإن قدرات إنتاجية الحالة ، وتزامن المعاملات ، واستجابة العقد ، والتي كانت تعتبر سابقا "تفاصيل فنية للسلسلة" ، ستصبح في النهاية المؤشرات الأساسية التي تحدد قيمة السلسلة. سيصبح نموذج الحوسبة المتوازية الذي يكمل هذا الانتقال حقا أكثر أساسيات البنية التحتية الأساسية والأكثر تعقيدا في هذه الدورة الجديدة ، وسيتجاوز تأثيره الوحدة التقنية ، وقد يشكل نقطة تحول في نموذج الحوسبة العام ل Web3.

السادسة، الخاتمة: هل الحوسبة المتوازية هي أفضل طريق للتوسع الأصلي في Web3؟

من بين جميع المسارات لاستكشاف حدود أداء Web3 ، فإن الحوسبة المتوازية ليست الأسهل في التنفيذ ، ولكنها قد تكون الأقرب إلى جوهر blockchain. إنه لا ينتقل خارج السلسلة ، ولا يضحي باللامركزية مقابل الإنتاجية ، ولكنه يحاول إعادة بناء نموذج التنفيذ نفسه في ذرية السلسلة وحتميتها ، من طبقة المعاملة وطبقة العقد وطبقة الجهاز الظاهري إلى جذر عنق الزجاجة في الأداء. لا تحتفظ طريقة القياس "الأصلية في السلسلة" بنموذج الثقة الأساسي ل blockchain فحسب ، بل تحتفظ أيضا بتربة الأداء المستدام للتطبيقات الأكثر تعقيدا على السلسلة في المستقبل. تكمن صعوبتها في الهيكل ، وسحرها يكمن في الهيكل. إذا كانت إعادة البناء المعيارية هي "بنية السلسلة" ، فإن إعادة بناء الحوسبة المتوازية هي "روح السلسلة". قد لا يكون هذا اختصارا للتخليص الجمركي ، ولكن من المحتمل أن يكون الحل الإيجابي المستدام الوحيد في التطور طويل الأجل ل Web3. نحن نشهد انتقالا معماريا مشابها من وحدات المعالجة المركزية أحادية النواة إلى أنظمة التشغيل متعددة النواة / الخيوط ، وقد يكون مظهر أنظمة تشغيل Web3 الأصلية مخفيا في هذه التجارب المتوازية داخل السلسلة.