Apa pentingnya paralelisasi EVM? Atau apakah ini akhir dari hegemoni EVM?

TL;DR

• Konsep Parallel EVM sedang dipertaruhkan oleh beberapa VC terkemuka: Paradigm, Jump, Dragonfly, dll.
• Proyek perwakilannya adalah Monad, dan ada juga Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC, dll. Ada yang L1, ada pula yang L2. Belum ada informasi publik yang lengkap mengenai perbedaan spesifik antar tim.
• Meskipun Parallel EVM secara harfiah berarti “paralelisasi”, ini sebenarnya merupakan optimalisasi khusus kinerja setiap komponen EVM, sehingga upayanya kemungkinan besar mewakili batas kinerja di bawah standar EVM.
• Kesulitan: Selain merekonstruksi seluruh tumpukan teknologi, ada juga cara memprediksi terlebih dahulu apakah transaksi paralel akan konflik, dan efisiensi eksekusi ulang setelah menemui konflik.
• Tantangan: Bagaimana membangun diferensiasi dalam ekosistem open source dan bagaimana menemukan keseimbangan antara desentralisasi dan kinerja.

Setelah algoritma konsensus, DA (data layer), dan teknologi zero-knowledge proof dipelajari dan diulang secara luas, teknologi hard-core berikutnya yang menarik perhatian adalah Parallel EVM. Pasar modal juga telah menginvestasikan ratusan juta dolar dalam hal ini. narasi, dan banyak teknologi unik telah lahir.Sebuah startup tingkat binatang.

Komunitas mulai memperhatikan Parallel EVM (Paralelisasi EVM), berawal dari kata kunci yang sama yang disebutkan oleh Georgios Konstantopoulos (CTO Paradigm) dan Haseeb Qureshi dari Dragonfly ketika menantikan tren tahun 2024 di akhir tahun 2023. Namun, tidak banyak rincian mengenai topik ini, dan banyak orang percaya bahwa ini bukanlah konsep baru. EVM dan komputasi paralel masing-masing merupakan konsep yang relatif matang. Mengapa menggabungkan dua kata ini menjadi tren penting? Kain wol?

Namun topik ini masih merupakan topik khusus, sehingga jika Anda melihat ringkasan tahunan dan perkiraan tren dari banyak lembaga penelitian, Parallel EVM tidak disebutkan. Jadi ini masih merupakan konsep baru yang belum terbentuk konsensus secara besar-besaran. Selain itu, konsep ini mirip dengan topik seperti algoritma konsensus dan DA, semuanya murni terkait dengan teknologi, sehingga semakin sedikit orang yang memperhatikannya.

Keuntungan paling langsung dari Paralle EVM adalah memungkinkan aplikasi terdesentralisasi yang ada mencapai kinerja tingkat Internet. Bahkan dapat dikatakan bahwa Parallel EVM adalah satu-satunya teknologi baru yang tidak hanya dapat memanfaatkan (sejumlah besar kontrak pintar yang sudah matang) yang sudah ada, namun juga mencapai throughput rantai publik yang diparalelkan dan berkinerja tinggi.

Paradigma telah lama menantikan untuk memasuki permainan ini, dan Jump bertaruh besar-besaran.

Menurut Fortune, Paradigm berencana memimpin putaran investasi terbaru Monad, mengumpulkan $200 juta dengan penilaian $3 miliar. Meskipun ini adalah konsep Parallel EVM tim pertama yang Paradigm rencanakan untuk diinvestasikan, sebenarnya mereka telah memperhatikan teknologi ini selama bertahun-tahun.Georgios Konstantopoulos (CTO Paradigm) menyebutkan istilah ini pada tahun 2021.

Asal usul kata monad juga menarik. Dalam sistem filosofis filsuf Leibniz, Monad adalah elemen dasar yang membentuk alam semesta. Mereka adalah entitas tak terpisahkan yang tidak terpengaruh oleh fisika. Setiap Monad mencerminkan keseluruhan alam semesta dan pernah diterjemahkan sebagai “monad” dalam bahasa Cina. .

Dalam ilmu komputer, Monad adalah pola desain dalam bahasa pemrograman fungsional yang membantu pemrogram menangani kompleksitas dunia nyata dengan kemurnian hampir matematis, menjadikan kode lebih modular, lebih mudah dipahami dan dipelihara.

Hal menarik lainnya adalah Monad dan Nomad merupakan “anagram” satu sama lain. Nomad mengacu pada nomad, dan digital nomad mengacu pada digital nomad/digital herder.

Selain Monads, Georgios juga menyebut Sei dan Polygon saat membahas topik ini. Namun, alasan penting lainnya mengapa dia begitu optimis tentang Parallel EVM adalah karena mereka telah mengembangkan klien Ethereum, Reth. Ini diposisikan sebagai klien lapisan eksekusi Ethereum berkinerja tinggi, diimplementasikan dalam bahasa Rust. Reth sedang dikembangkan dengan pesat dan baru saja memasuki tahap Beta. Mungkin mereka akan mempertimbangkan untuk mengimplementasikan Parallel EVM secara langsung di Reth, namun mengingat jumlah rekayasa R&D, mungkin merupakan pilihan yang lebih baik untuk berinvestasi di tim lain untuk mempromosikan Parallel EVM. Menurut dokumentasi Monad, mereka terutama menggunakan C++ dan Rust dalam bidang teknik.

Saat Reth diluncurkan, anggota tim Erigon juga dituduh menjiplak kode sumber terbuka Akula, yang juga menyebabkan proyek Akula kekurangan dana dan menghentikan pengembangan. Georgios menjawab bahwa Reth bukanlah fork dari klien lain, dan kode tersebut juga tidak berasal dari klien lain, tetapi memang dipengaruhi dan terinspirasi oleh Geth, Erigon, dan Akula. ()

Peserta inti lainnya adalah Jump Trading dan Jump Capital. Pendiri Monad berasal dari Jump Trading dan memiliki pengalaman yang kaya dalam perdagangan frekuensi tinggi; investor Sei termasuk Jump Capital, dan Jump sangat terlibat dalam ekosistem Solana, termasuk infrastruktur dan proyek. .

Dragonfly, investor awal di Monad, juga telah memperhatikan jalur terkait. Ia telah berinvestasi di NEAR, yang berfokus pada teknologi sharding, serta rantai publik seperti Aptos, Avalanche, dan Nervos.

Meningkatkan algoritma konsensus saja tidak cukup, akhirnya giliran lapisan eksekusi

Dalam beberapa perang rantai publik yang lalu, lapisan eksekusi telah menjadi tempat yang diabaikan. Mereka hampir hanya berbicara tentang inovasi algoritma konsensus, apakah itu Solana, Avalanche atau EOS. Meski memiliki banyak inovasi pada lapisan eksekusi, namun komunitas masih mengingat algoritma konsensus yang mereka gunakan, dan seluruh komunitas juga menganggap bahwa kinerja public chain berkinerja tinggi ini berasal dari inovasi algoritma konsensus.

Namun tidak demikian, jika ingin mendapatkan public chain yang berkinerja tinggi, algoritma konsensus dan lapisan eksekusi perlu dicocokkan, yang juga sejalan dengan kekurangan dari tong kayu tersebut. Untuk rantai publik yang didasarkan pada EVM dan hanya meningkatkan algoritma konsensus, diperlukan node yang lebih kuat untuk meningkatkan kinerja. Misalnya, BSC membatasi gas yang dapat diproses oleh satu blok hingga level 2000 TPS, yang memerlukan konfigurasi mesin beberapa kali lipat investasi node penuh Ethereum. Polygon secara teoritis bisa mencapai 1000 TPS, namun biasanya hanya puluhan hingga ratusan.

Node arsip BSC memerlukan setidaknya CPU 16-inti dan memori 128 G, dan node Ethereum hanya memerlukan setidaknya CPU 4-inti dan memori 16 G.

Tim BSC telah lama menyadari masalah ini, sehingga juga bekerja sama dengan NodeReal untuk mengembangkan teknologi Parallel EVM. Hanya dengan cara ini kami dapat lebih meningkatkan jumlah transaksi yang dapat diproses oleh setiap blok, memungkinkan lebih banyak transaksi dieksekusi secara paralel, dan meningkatkan batas atas TPS.

Paralelisme: tidak hanya meningkatkan dari CPU single core ke multi-core

Di sebagian besar sistem blockchain, transaksi dieksekusi sepenuhnya secara berurutan. Anda dapat menganggapnya sebagai CPU inti tunggal. Perhitungan selanjutnya hanya dapat dilakukan setelah perhitungan saat ini selesai. Meskipun metode ini lambat, kelebihannya adalah kesederhanaan dan kompleksitas sistem yang rendah.

Namun jika sistem blockchain masa depan perlu mengakses skala pengguna setingkat Internet, CPU inti tunggal pasti tidak akan cukup. Oleh karena itu, peningkatan ke mesin virtual paralel dengan CPU multi-inti dapat memproses banyak transaksi secara bersamaan dan meningkatkan throughput. Namun, ada banyak tantangan dalam implementasi teknik. Misalnya, apa yang harus saya lakukan jika dua transaksi diproses secara bersamaan, menulis data ke kontrak pintar yang sama? Penting untuk merancang mekanisme baru untuk menyelesaikan kontradiksi ini. Untuk eksekusi paralel kontrak pintar lainnya yang sama sekali tidak terkait, throughput dapat ditingkatkan sesuai dengan jumlah thread dan skala pemrosesan paralel.

Selain itu, Parallel EVM tidak hanya meningkatkan kemampuan paralel, namun juga mengoptimalkan efisiensi eksekusi single-threaded. CEO Monad Keone Hon berkata, “…hambatan sebenarnya (dari EVM) adalah seringnya membaca dan menulis status saat memproses sesuatu…”. Dia juga mengatakan bahwa eksekusi paralel hanyalah bagian dari peta jalan, dan misi Monad yang lebih besar adalah fokus pada EVM dan menjadikannya seefisien mungkin.

Oleh karena itu, meskipun Parallel EVM secara harfiah berarti “paralelisasi”, ini sebenarnya merupakan optimalisasi khusus kinerja setiap komponen EVM, sehingga upayanya kemungkinan besar mewakili batas kinerja di bawah standar EVM.

EVM tidak sama dengan Soliditas

Menulis kontrak pintar adalah keterampilan penting bagi sebagian besar pengembang blockchain. Insinyur dapat menggunakan Solidity atau bahasa kontrak pintar tingkat tinggi lainnya untuk menulis implementasi logika yang sesuai berdasarkan kebutuhan bisnis. Namun, EVM tidak dapat secara langsung memahami logika Solidity, ia perlu melalui beberapa “terjemahan” dan menerjemahkan (mengkompilasi) ke dalam bahasa tingkat rendah yang dapat dipahami mesin (kode operasi opcode / bytecode bytecode) sebelum dapat dibaca oleh mesin virtual.implementasi. Soliditas pengembang tidak perlu memahami proses penerjemahan ini, karena sudah ada alat yang matang untuk mengimplementasikannya.

Bagaimanapun, ini adalah “terjemahan”, jadi juga akan ada beberapa overhead (overhead tambahan). Bagi para engineer yang berpengalaman dalam coding tingkat rendah, mereka dapat menulis logika program secara langsung menggunakan opcode di Solidity, sehingga dapat mencapai performa tertinggi yang berarti pengguna dapat menghemat Gas saat melakukan transaksi. Misalnya, protokol Seaport yang diluncurkan oleh Opensea menggunakan perakitan inline secara ekstensif dalam kontrak pintar untuk mengurangi biaya bahan bakar bagi pengguna sebanyak mungkin.

Oleh karena itu, jika Parallel EVM akhirnya dapat diimplementasikan, hal ini tidak hanya akan menghadirkan kemampuan paralelisasi, tetapi juga mengoptimalkan kinerja seluruh tumpukan EVM. Pengembang aplikasi biasa tidak perlu mengeluarkan banyak energi untuk optimasi hanya untuk menghemat sedikit bahan bakar, karena mesin virtual yang mendasarinya cukup kuat untuk memuluskan perbedaan ini.

Kinerja EVM bervariasi, dan “standar” tidak sama dengan “praktik teknik”

“Mesin virtual” juga bisa disebut “lapisan eksekusi”, yaitu mesin di mana kontrak pintar akhirnya dihitung dan diproses setelah dikompilasi menjadi opcode. “Bytecode” yang didefinisikan oleh Ethereum Virtual Machine (EVM) kini telah menjadi standar industri. Baik itu jaringan lapis kedua berdasarkan Ethereum atau rantai publik independen lainnya, mereka lebih bersedia untuk kompatibel secara langsung dan sepenuhnya dengan EVM standar sebelum mengembangkan Penulis dapat menulis kontrak pintar satu kali dan menyebarkannya ke beberapa jaringan, yang sangat hemat biaya.

Oleh karena itu, selama sepenuhnya kompatibel dengan standar “bytecode” EVM, ini dapat disebut EVM, namun metode implementasinya dapat sangat bervariasi. Misalnya, klien Ethereum Geth menggunakan bahasa Go untuk mengimplementasikan standar EVM. Namun, Ipsilon, tim peneliti lapisan eksekusi dari Ethereum Foundation, mempertahankan implementasi independen EVM yang dikembangkan dalam C++. Klien Ethereum lainnya dapat langsung memanggil perpustakaan ini untuk mengeksekusi sebagai EVM.

Misalnya, banyak produk yang diproduksi secara industri memiliki standar internasional yang sesuai. Misalnya, ketika suatu produk keluar dari pabrik, jumlah koloni harus kurang dari nilai tertentu sebelum dapat dijual. Ini yang disebut dengan “standar”. Namun cara memenuhi standar pabrik ini, setiap pabrik dapat memilih dari lusinan metode sterilisasi yang berbeda, dan beberapa pabrik dapat menemukan cara yang lebih hemat biaya untuk memenuhi persyaratan ini.Ini adalah “praktik”.

Karena ada implementasi evmone, implementasi lain juga bisa dilakukan. Jadi dalam contoh EVM ini, standar EVM mendefinisikan beberapa metode operasi dasar “bytecode” (seperti mendukung aritmatika paling dasar seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dll.). Ketika setiap bytecode memiliki masukan tertentu, terdapat keluaran Pasti . Dalam hal memenuhi kriteria ini, penerapan (dan praktiknya) sangat bervariasi, dengan banyak ruang untuk penyesuaian dan kemungkinan pengoptimalan teknik.

Persamaan dan Perbedaan EVM Paralel

Di track Parallel EVM, selain Monad terpanas, juga ada Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC, dll., dan klien Reth Paradigm juga ingin mengimplementasikan fungsi paralelisasi.

Dari perspektif penentuan posisi, Monad, Sei, Polygon, dan BSC semuanya merupakan blockchain Layer 1, sedangkan MegaETH mungkin Layer 2. Neon EVM didasarkan pada jaringan Solana. Selain itu, Reth adalah klien open source, dan MegaETH akan terus dikembangkan sebagian berdasarkan proyek Reth.

Tentu saja, masih ada persaingan antara tim-tim ini, dan semua rincian teknis serta dokumen teknik belum diungkapkan sepenuhnya, dan perbandingan lainnya harus menunggu hingga diungkapkan secara bertahap. Mungkin ini seperti perlombaan senjata lagi, seperti BTC Layer 2, Restaking, dan Ethereum Layer 2. Meskipun terdapat sedikit perbedaan antara teknologi (dan open source), yang lebih penting adalah bagaimana membangun keunikan ekosistem.

Kesulitan teknis EVM Paralel

Untuk transaksi yang dieksekusi secara berurutan, hambatannya adalah CPU dan proses status membaca dan menulis. Namun kelebihannya adalah cara ini cukup sederhana, bebas kesalahan, dan semua tugas dapat diselesaikan langkah demi langkah. Untuk mesin virtual yang dijalankan secara paralel, mungkin terdapat konflik status, jadi bagian penilaian ini perlu ditambahkan sebelum atau sesudah eksekusi.

Contoh sederhananya adalah jika mesin virtual mendukung eksekusi paralel dari empat thread, dan setiap thread dapat memproses transaksi pada saat yang sama, jika keempat transaksi ini semuanya merupakan transaksi dengan kumpulan transaksi yang sama di Uniswap, maka transaksi tersebut tidak dapat dieksekusi secara paralel. Perhitungannya, karena setiap transaksi akan mempengaruhi harga transaksi kumpulan transaksi ini. Namun jika keempat thread ini mengerjakan empat hal yang sama sekali tidak berhubungan secara bersamaan, maka tidak ada masalah.

Hal ini akan melibatkan desain dan implementasi rekayasa dari tim yang berbeda, namun setidaknya yang harus dipastikan adalah setelah eksekusi paralel, diperlukan modul untuk mendeteksi konflik dan mengeksekusi ulang jika ditemui konflik. Tentu saja, jika transaksi yang mungkin bertentangan dapat diprediksi dan disaring terlebih dahulu, efisiensi paralel seluruh mesin virtual juga dapat ditingkatkan.

Selain perbedaan dalam implementasi teknik mesin virtual Parallel EVM, setiap tim umumnya akan mendesain ulang dan meningkatkan kinerja baca dan tulis database negara, serta merancang algoritma konsensus, seperti MonadDb dan MonadBFT yang dirancang oleh Monad.

tantangan

Untuk Parallel EVM, ada dua kemungkinan tantangan: apakah nilai rekayasa jangka panjang akan ditangkap oleh Ethereum; dan sentralisasi node.

Karena berbagai tim masih dalam tahap pengembangan dan pengujian teknologi Parallel EVM, mereka belum memilih untuk membuka semua detail teknik secara open source. Ini adalah salah satu parit saat ini. Namun, setelah memasuki jaringan pengujian dan jaringan utama, dokumen proyek ini akan dipublikasikan dan mungkin juga diserap oleh Ethereum atau rantai publik lainnya. Oleh karena itu, pada saat itu, pembangunan ekologis perlu dipercepat dan dibangun lebih banyak parit ekologis.

Namun, masalah ini tidak terlalu serius. Di satu sisi, bagi pengembang Crypto, kini terdapat lebih banyak lisensi open source yang dapat dipilih (seperti lisensi Uniswap yang dapat menjadikan kodenya publik tetapi tidak mengizinkan forking ke dalam proyek komersial). di sisi lain, posisi Monad secara inheren berbeda dengan Ethereum. Bahkan jika Ethereum dapat mencapai finalitas soket tunggal (SSF) di masa depan, penyelesaian transaksi akan tetap berlangsung setidaknya 12 detik, yang masih jauh dari cukup untuk skenario aplikasi frekuensi tinggi.

Tantangan lain yang umum terjadi pada semua public chain berkinerja tinggi adalah bagaimana menerapkan lebih banyak node untuk memenuhi persyaratan dasar pengguna yaitu tanpa izin dan tanpa kepercayaan: desentralisasi. Mungkin beberapa indikator dapat diukur, seperti “TPS dibagi dengan persyaratan perangkat keras node”, sehingga kita dapat mengontrol variabel dan membandingkan rantai/klien publik mana yang memiliki TPS lebih tinggi berdasarkan persyaratan perangkat keras tertentu. Lagi pula, semakin rendah persyaratan perangkat keras suatu node, semakin tinggi jumlah node yang mungkin.

Selanjutnya, kami akan terus melacak kemajuan setiap proyek EVM Paralel dan mendiskusikan teknologi serta perbedaannya secara mendetail.