Informe de investigación sobre la profundidad de la computación paralela en Web3: el camino definitivo para la expansión nativa
I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo
Desde su creación, 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, en contraste marcado con el mundo tradicional de Web2. No es un problema que se pueda resolver simplemente aumentando servidores, sino que es una limitación sistémica en el diseño subyacente de la blockchain.
En la última década, hemos sido testigos de innumerables intentos de escalado. Desde la controversia sobre el escalado de Bitcoin hasta la visión de fragmentación de Ethereum, desde canales de estado, Plasma hasta Rollup y blockchains modular, la industria ha recorrido un camino innovador lleno de escalado. Rollup, como la solución de escalado más común en la actualidad, alivia la carga de la cadena principal y mantiene la seguridad, mientras que mejora significativamente el TPS. Sin embargo, no ha tocado el verdadero límite de "rendimiento de cadena única" a nivel de blockchain, especialmente en el ámbito de la ejecución, que sigue limitado por el tradicional modo de cálculo en serie dentro de la cadena.
El cálculo paralelo dentro de la cadena se está convirtiendo gradualmente en un nuevo foco. A diferencia de otras soluciones de escalado, intenta reestructurar completamente el motor de ejecución mientras mantiene la estructura de cadena única. Tomando como referencia las ideas de diseño de sistemas operativos modernos y CPU, se actualiza la blockchain del modo "monohilo" al sistema de alta concurrencia "multihilo + tuberías + programación de dependencias". Esto no solo podría traer una mejora de cientos de veces en el rendimiento, sino que también podría convertirse en la clave para la explosión de aplicaciones complejas de contratos inteligentes.
En realidad, la computación de un solo hilo ha sido eliminada en el mundo Web2, siendo reemplazada por modelos de optimización como la programación paralela y la programación asíncrona. La blockchain, como un sistema de computación más conservador, no ha logrado aprovechar plenamente estas ideas paralelas. Esto es tanto una limitación como una oportunidad. Nuevas cadenas de bloques públicas como Solana, Sui y Aptos han introducido la paralelización a nivel de arquitectura, comenzando esta exploración; mientras que proyectos como Monad y MegaETH han ido más allá hacia la ejecución en tuberías y la concurrencia optimista, mostrando características cada vez más cercanas a los sistemas operativos modernos.
La computación paralela no solo es una optimización del rendimiento, sino que también representa un cambio de paradigma en el modelo de ejecución de blockchain. Desafía el patrón fundamental de ejecución de contratos inteligentes y redefine la lógica básica del procesamiento de transacciones. Si se dice que Rollup es "mover transacciones fuera de la cadena", entonces la paralelización en cadena es "construir un núcleo de supercomputación en la cadena", cuyo objetivo es proporcionar una infraestructura verdaderamente sostenible para las aplicaciones nativas de Web3 en el futuro.
Después de la convergencia en la pista de Rollup, la paralelización en cadena se está convirtiendo en un factor decisivo en la nueva ronda de competencia de Layer1. El rendimiento ya no se trata solo de velocidad, sino de si puede soportar un mundo de aplicaciones heterogéneas. Esta no es solo una competencia técnica, sino una lucha de paradigmas. La próxima generación de plataformas de ejecución soberanas en el mundo Web3 probablemente surgirá de esta lucha por la paralelización en cadena.
Dos, Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco rutas, cada una con su enfoque
La escalabilidad, como uno de los temas más importantes, continuos y desafiantes en la evolución de la tecnología de cadenas de bloques, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todos los caminos tecnológicos principales en la última década. Comenzando con la disputa sobre el tamaño del bloque de Bitcoin, esta carrera tecnológica sobre "cómo hacer que la cadena funcione más rápido" ha dado lugar a cinco rutas básicas, cada una abordando el cuello de botella desde diferentes ángulos, con su propia filosofía técnica, dificultad de implementación, modelo de riesgo y escenarios aplicables.
La primera categoría de rutas es la expansión en cadena más directa, representada por prácticas como aumentar el tamaño de los bloques, acortar el tiempo de generación de bloques, o mejorar la capacidad de procesamiento a través de la optimización de estructuras de datos y mecanismos de consenso. Este enfoque fue un punto focal en la disputa de expansión de Bitcoin, dando lugar a bifurcaciones como BCH y BSV de la "gran bloque" facción, y también influyó en el pensamiento de diseño de cadenas de bloques de alto rendimiento tempranas como EOS y NEO. La ventaja de este tipo de rutas es que conserva la simplicidad de la consistencia de una sola cadena, siendo fácil de entender y desplegar, pero también es propensa a riesgos de centralización, aumento de costos de operación de nodos y mayor dificultad de sincronización, lo que limita sistemáticamente su aplicación. Por lo tanto, en el diseño actual ya no es la solución central principal, sino que se ha convertido más en un complemento auxiliar para otros mecanismos.
La segunda categoría de rutas es la expansión fuera de la cadena, representada por los canales de estado y las cadenas laterales. La idea básica de este tipo de enfoque es trasladar la mayor parte de las actividades comerciales fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal, que actúa como la capa final de liquidación. Desde la filosofía técnica, se asemeja al pensamiento de arquitectura asíncrona de Web2. Aunque esta idea teóricamente puede escalar indefinidamente en términos de procesamiento, los problemas relacionados con el 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 Lightning Network, que aunque tiene una clara ubicación en escenarios financieros, su ecosistema nunca ha explotado; mientras que varios diseños basados en cadenas laterales, como Polygon POS, aunque logran un alto rendimiento, también exponen la desventaja de que la seguridad de la cadena principal es difícil de heredar.
La tercera ruta es la más popular y ampliamente implementada actualmente: la ruta de Layer2 Rollup. Este enfoque no altera directamente la cadena principal, sino que logra la escalabilidad a través de una mecánica de ejecución fuera de la cadena y verificación en la cadena. Optimistic Rollup y ZK Rollup tienen sus propias ventajas: el primero logra rapidez y alta compatibilidad, pero presenta problemas de demora en el período de desafío y en el mecanismo de prueba de fraude; el segundo tiene una fuerte seguridad y buena capacidad de compresión de datos, pero es complejo de desarrollar y carece de compatibilidad con EVM. Cualquiera que sea el tipo de Rollup, su esencia es externalizar el poder de ejecución, manteniendo los datos y la verificación sobre la cadena principal, logrando un equilibrio relativo entre descentralización y alto rendimiento. El rápido crecimiento de proyectos como Arbitrum, Optimism, zkSync y StarkNet ha demostrado la viabilidad de esta ruta, pero también ha expuesto problemas intermedios como una dependencia excesiva de la disponibilidad de datos (DA), costos aún altos y una experiencia de desarrollo fragmentada.
La cuarta categoría de rutas es la arquitectura modular de blockchain que ha surgido en los últimos años, representada por proyectos como Celestia, Avail y EigenLayer. El paradigma modular aboga por desacoplar las funciones centrales de la blockchain, utilizando múltiples cadenas especializadas para cumplir diferentes funciones, y luego combinándolas en una red escalable a través de protocolos de cadena cruzada. Esta dirección está profundamente influenciada por la arquitectura modular de los sistemas operativos y la idea de la computación en la nube como algo composable; su ventaja radica en la capacidad de reemplazar componentes del sistema de manera flexible y mejorar significativamente la eficiencia en etapas específicas (como DA). Sin embargo, sus desafíos también son muy evidentes: una vez desacoplados los módulos, los costos de sincronización, verificación y confianza entre los sistemas son extremadamente altos, el ecosistema de desarrolladores es extremadamente disperso, y los requisitos para estándares de protocolos a medio y largo plazo y seguridad entre cadenas 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 toda la arquitectura.
La última categoría de rutas es la ruta de optimización de computación paralela dentro de la cadena. A diferencia de las cuatro primeras categorías que se centran en "descomponer horizontalmente" desde la perspectiva estructural, la computación paralela enfatiza "actualización vertical", 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 VM, introduciendo un conjunto completo de mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos, como análisis de dependencia de transacciones, predicción de conflictos de estado, control de paralelismo y llamadas asíncronas. Solana fue uno de los primeros proyectos en implementar el concepto de VM paralela a nivel de cadena, logrando la ejecución paralela multicore a través de la determinación de conflictos de transacciones basada en un modelo de cuenta. Proyectos de nueva generación como Monad, Sei, Fuel y MegaETH, han ido más allá al intentar introducir ideas de vanguardia como ejecución en tuberías, 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 radica en que permite romper los límites de rendimiento sin depender de arquitecturas de múltiples cadenas, al tiempo que proporciona suficiente flexibilidad computacional para la ejecución de contratos inteligentes complejos, siendo un requisito técnico importante para futuros escenarios de aplicaciones como Agentes de IA, juegos en cadena a gran escala y derivados de alta frecuencia.
Al observar las cinco categorías de rutas de escalado mencionadas, la distinción detrás de ellas es, de hecho, una compensación sistemática entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad del desarrollo en blockchain. Rollup se destaca en la externalización del consenso y la herencia de la seguridad, la modularidad resalta la flexibilidad estructural y la reutilización de componentes, la escalabilidad fuera de la cadena intenta romper el cuello de botella de la cadena principal, pero el costo de confianza es alto, mientras que la paralelización dentro de la cadena se centra en la actualización fundamental de la capa de ejecución, tratando de acercarse al límite de rendimiento de los sistemas distribuidos modernos sin romper la consistencia interna de la cadena. Cada ruta no puede resolver todos los problemas, pero son estas direcciones las que conforman el panorama de la actualización del paradigma de computación Web3, y también proporcionan opciones estratégicas extremadamente ricas para desarrolladores, arquitectos e inversores.
Así como en la historia los sistemas operativos han pasado de ser de un solo núcleo a múltiples núcleos, y las bases de datos han evolucionado de índices secuenciales a transacciones concurrentes, el camino de escalabilidad de Web3 también terminará dirigiéndose hacia una era de ejecución altamente paralela. En esta era, el rendimiento ya no es solo una competencia de velocidad de cadena, sino una manifestación integral de la filosofía de diseño subyacente, la profundidad de comprensión de la arquitectura, la colaboración entre hardware y software, y el control del sistema. Y la paralelización en la cadena podría ser el campo de batalla definitivo de esta larga guerra.
Tres, Mapa de clasificación de cómputo paralelo: cinco grandes rutas de cuentas a instrucciones
En el contexto de la evolución continua de las tecnologías de escalabilidad en blockchain, el cálculo paralelo se ha convertido gradualmente en la ruta central para lograr breakthroughs en rendimiento. A diferencia del desacoplamiento horizontal en la capa de estructura, capa de red o capa de disponibilidad de datos, el cálculo paralelo se centra en la profundización vertical en la capa de ejecución. Esto se relaciona con la lógica de base que determina la eficiencia operativa de un sistema blockchain, y decide la velocidad de respuesta y capacidad de procesamiento de un sistema blockchain frente a transacciones complejas de alta concurrencia y múltiples tipos. Partiendo del modelo de ejecución, al revisar la trayectoria de desarrollo de esta genealogía técnica, podemos organizar un claro mapa 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 van desde un grano grueso hasta un grano fino, siendo tanto un proceso de refinamiento continuo de la lógica paralela como un camino de creciente complejidad del sistema y dificultad de programación.
La paralelización a nivel de cuentas, que apareció por primera vez, es el paradigma representado por Solana. Este modelo se basa en un diseño desacoplado de cuentas y estados, mediante el análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en las transacciones para determinar si existe una relación de conflicto. Si los conjuntos de cuentas accedidos por dos transacciones no se superponen, se pueden ejecutar de manera concurrente en múltiples núcleos. Este mecanismo es muy adecuado para manejar transacciones con estructuras claras y entradas y salidas bien definidas, especialmente programas con rutas predecibles como DeFi. Sin embargo, su suposición inherente es que el acceso a las cuentas es predecible y la dependencia del estado se puede razonar de forma estática, lo que provoca problemas de ejecución conservadora y disminución de la paralelización cuando se enfrenta a contratos inteligentes complejos (por ejemplo, juegos en cadena, agentes de IA, etc.) con comportamientos dinámicos. Además, la dependencia cruzada entre cuentas también debilita gravemente los beneficios de la paralelización en ciertos escenarios de trading 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 limitada por la granularidad de cuentas.
Sobre la base del modelo de cuentas, se perfecciona aún más, ingresamos al nivel técnico de paralelismo a nivel de objetos. El paralelismo a nivel de objetos introduce la abstracción semántica de recursos y módulos, utilizando "objetos de estado" de mayor granularidad como unidades para la programación concurrente. Aptos y Sui son importantes exploradores en esta dirección, especialmente el último, que a través del sistema de tipos lineales del lenguaje Move, define la propiedad y la mutabilidad de los recursos en tiempo de compilación, lo que permite un control preciso de los conflictos de acceso a los recursos en tiempo de ejecución. Este enfoque es más versátil y escalable en comparación con el paralelismo a nivel de cuentas, y puede cubrir lógicas de lectura y escritura de estado más complejas, sirviendo de manera natural a escenarios de alta heterogeneidad como juegos, redes sociales, inteligencia artificial, entre otros. Sin embargo, el paralelismo a nivel de objetos también introduce una mayor barrera de lenguaje y complejidad de desarrollo, Move no es un reemplazo directo de Solidity, y el alto costo de transición ecológica limita la velocidad de difusión de su paradigma de paralelismo.
La paralelización a nivel de transacción más avanzada es una dirección explorada por una nueva generación de cadenas de alto rendimiento representadas por Monad, Sei y Fuel. Este camino ya no considera el estado o la cuenta como la unidad mínima de paralelización, sino que se centra en la construcción de un gráfico de dependencias en torno a la transacción misma. Se considera la transacción como una unidad de operación atómica, construyendo un gráfico de transacciones (Transaction DAG) a través de análisis estático o dinámico, y confiando en un programador para la ejecución en tuberías concurrentes. Este diseño permite al sistema maximizar la paralelización sin necesidad de comprender completamente la estructura de estado subyacente. Monad es especialmente notable, ya que combina el control de concurrencia optimista (OCC), la programación de tuberías paralelas, la ejecución fuera de orden y otras tecnologías modernas de motores de bases de datos, acercando la ejecución de la cadena a "GPU.
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screenshot_gains
· hace18h
¿No es la cadena de bloques solo una cadena? ¿Por qué tiene que ser tan complicada?
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LiquidityNinja
· hace18h
¿Qué hacer? L2 tampoco puede salvar el cuello de botella de rendimiento. ¿Seguir esforzándose?
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ser_we_are_ngmi
· hace18h
Aún estoy investigando la escalabilidad, eh, siento que este camino es demasiado largo.
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GasDevourer
· hace18h
gas quiere comer gente～ ahorrando dinero para soñar con la cadena～
Investigación sobre computación paralela en Web3: el futuro de la escalabilidad en la cadena
Informe de investigación sobre la profundidad de la computación paralela en Web3: el camino definitivo para la expansión nativa
I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo
Desde su creación, 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, en contraste marcado con el mundo tradicional de Web2. No es un problema que se pueda resolver simplemente aumentando servidores, sino que es una limitación sistémica en el diseño subyacente de la blockchain.
En la última década, hemos sido testigos de innumerables intentos de escalado. Desde la controversia sobre el escalado de Bitcoin hasta la visión de fragmentación de Ethereum, desde canales de estado, Plasma hasta Rollup y blockchains modular, la industria ha recorrido un camino innovador lleno de escalado. Rollup, como la solución de escalado más común en la actualidad, alivia la carga de la cadena principal y mantiene la seguridad, mientras que mejora significativamente el TPS. Sin embargo, no ha tocado el verdadero límite de "rendimiento de cadena única" a nivel de blockchain, especialmente en el ámbito de la ejecución, que sigue limitado por el tradicional modo de cálculo en serie dentro de la cadena.
El cálculo paralelo dentro de la cadena se está convirtiendo gradualmente en un nuevo foco. A diferencia de otras soluciones de escalado, intenta reestructurar completamente el motor de ejecución mientras mantiene la estructura de cadena única. Tomando como referencia las ideas de diseño de sistemas operativos modernos y CPU, se actualiza la blockchain del modo "monohilo" al sistema de alta concurrencia "multihilo + tuberías + programación de dependencias". Esto no solo podría traer una mejora de cientos de veces en el rendimiento, sino que también podría convertirse en la clave para la explosión de aplicaciones complejas de contratos inteligentes.
En realidad, la computación de un solo hilo ha sido eliminada en el mundo Web2, siendo reemplazada por modelos de optimización como la programación paralela y la programación asíncrona. La blockchain, como un sistema de computación más conservador, no ha logrado aprovechar plenamente estas ideas paralelas. Esto es tanto una limitación como una oportunidad. Nuevas cadenas de bloques públicas como Solana, Sui y Aptos han introducido la paralelización a nivel de arquitectura, comenzando esta exploración; mientras que proyectos como Monad y MegaETH han ido más allá hacia la ejecución en tuberías y la concurrencia optimista, mostrando características cada vez más cercanas a los sistemas operativos modernos.
La computación paralela no solo es una optimización del rendimiento, sino que también representa un cambio de paradigma en el modelo de ejecución de blockchain. Desafía el patrón fundamental de ejecución de contratos inteligentes y redefine la lógica básica del procesamiento de transacciones. Si se dice que Rollup es "mover transacciones fuera de la cadena", entonces la paralelización en cadena es "construir un núcleo de supercomputación en la cadena", cuyo objetivo es proporcionar una infraestructura verdaderamente sostenible para las aplicaciones nativas de Web3 en el futuro.
Después de la convergencia en la pista de Rollup, la paralelización en cadena se está convirtiendo en un factor decisivo en la nueva ronda de competencia de Layer1. El rendimiento ya no se trata solo de velocidad, sino de si puede soportar un mundo de aplicaciones heterogéneas. Esta no es solo una competencia técnica, sino una lucha de paradigmas. La próxima generación de plataformas de ejecución soberanas en el mundo Web3 probablemente surgirá de esta lucha por la paralelización en cadena.
Dos, Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco rutas, cada una con su enfoque
La escalabilidad, como uno de los temas más importantes, continuos y desafiantes en la evolución de la tecnología de cadenas de bloques, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todos los caminos tecnológicos principales en la última década. Comenzando con la disputa sobre el tamaño del bloque de Bitcoin, esta carrera tecnológica sobre "cómo hacer que la cadena funcione más rápido" ha dado lugar a cinco rutas básicas, cada una abordando el cuello de botella desde diferentes ángulos, con su propia filosofía técnica, dificultad de implementación, modelo de riesgo y escenarios aplicables.
La primera categoría de rutas es la expansión en cadena más directa, representada por prácticas como aumentar el tamaño de los bloques, acortar el tiempo de generación de bloques, o mejorar la capacidad de procesamiento a través de la optimización de estructuras de datos y mecanismos de consenso. Este enfoque fue un punto focal en la disputa de expansión de Bitcoin, dando lugar a bifurcaciones como BCH y BSV de la "gran bloque" facción, y también influyó en el pensamiento de diseño de cadenas de bloques de alto rendimiento tempranas como EOS y NEO. La ventaja de este tipo de rutas es que conserva la simplicidad de la consistencia de una sola cadena, siendo fácil de entender y desplegar, pero también es propensa a riesgos de centralización, aumento de costos de operación de nodos y mayor dificultad de sincronización, lo que limita sistemáticamente su aplicación. Por lo tanto, en el diseño actual ya no es la solución central principal, sino que se ha convertido más en un complemento auxiliar para otros mecanismos.
La segunda categoría de rutas es la expansión fuera de la cadena, representada por los canales de estado y las cadenas laterales. La idea básica de este tipo de enfoque es trasladar la mayor parte de las actividades comerciales fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal, que actúa como la capa final de liquidación. Desde la filosofía técnica, se asemeja al pensamiento de arquitectura asíncrona de Web2. Aunque esta idea teóricamente puede escalar indefinidamente en términos de procesamiento, los problemas relacionados con el 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 Lightning Network, que aunque tiene una clara ubicación en escenarios financieros, su ecosistema nunca ha explotado; mientras que varios diseños basados en cadenas laterales, como Polygon POS, aunque logran un alto rendimiento, también exponen la desventaja de que la seguridad de la cadena principal es difícil de heredar.
La tercera ruta es la más popular y ampliamente implementada actualmente: la ruta de Layer2 Rollup. Este enfoque no altera directamente la cadena principal, sino que logra la escalabilidad a través de una mecánica de ejecución fuera de la cadena y verificación en la cadena. Optimistic Rollup y ZK Rollup tienen sus propias ventajas: el primero logra rapidez y alta compatibilidad, pero presenta problemas de demora en el período de desafío y en el mecanismo de prueba de fraude; el segundo tiene una fuerte seguridad y buena capacidad de compresión de datos, pero es complejo de desarrollar y carece de compatibilidad con EVM. Cualquiera que sea el tipo de Rollup, su esencia es externalizar el poder de ejecución, manteniendo los datos y la verificación sobre la cadena principal, logrando un equilibrio relativo entre descentralización y alto rendimiento. El rápido crecimiento de proyectos como Arbitrum, Optimism, zkSync y StarkNet ha demostrado la viabilidad de esta ruta, pero también ha expuesto problemas intermedios como una dependencia excesiva de la disponibilidad de datos (DA), costos aún altos y una experiencia de desarrollo fragmentada.
La cuarta categoría de rutas es la arquitectura modular de blockchain que ha surgido en los últimos años, representada por proyectos como Celestia, Avail y EigenLayer. El paradigma modular aboga por desacoplar las funciones centrales de la blockchain, utilizando múltiples cadenas especializadas para cumplir diferentes funciones, y luego combinándolas en una red escalable a través de protocolos de cadena cruzada. Esta dirección está profundamente influenciada por la arquitectura modular de los sistemas operativos y la idea de la computación en la nube como algo composable; su ventaja radica en la capacidad de reemplazar componentes del sistema de manera flexible y mejorar significativamente la eficiencia en etapas específicas (como DA). Sin embargo, sus desafíos también son muy evidentes: una vez desacoplados los módulos, los costos de sincronización, verificación y confianza entre los sistemas son extremadamente altos, el ecosistema de desarrolladores es extremadamente disperso, y los requisitos para estándares de protocolos a medio y largo plazo y seguridad entre cadenas 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 toda la arquitectura.
La última categoría de rutas es la ruta de optimización de computación paralela dentro de la cadena. A diferencia de las cuatro primeras categorías que se centran en "descomponer horizontalmente" desde la perspectiva estructural, la computación paralela enfatiza "actualización vertical", 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 VM, introduciendo un conjunto completo de mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos, como análisis de dependencia de transacciones, predicción de conflictos de estado, control de paralelismo y llamadas asíncronas. Solana fue uno de los primeros proyectos en implementar el concepto de VM paralela a nivel de cadena, logrando la ejecución paralela multicore a través de la determinación de conflictos de transacciones basada en un modelo de cuenta. Proyectos de nueva generación como Monad, Sei, Fuel y MegaETH, han ido más allá al intentar introducir ideas de vanguardia como ejecución en tuberías, 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 radica en que permite romper los límites de rendimiento sin depender de arquitecturas de múltiples cadenas, al tiempo que proporciona suficiente flexibilidad computacional para la ejecución de contratos inteligentes complejos, siendo un requisito técnico importante para futuros escenarios de aplicaciones como Agentes de IA, juegos en cadena a gran escala y derivados de alta frecuencia.
Al observar las cinco categorías de rutas de escalado mencionadas, la distinción detrás de ellas es, de hecho, una compensación sistemática entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad del desarrollo en blockchain. Rollup se destaca en la externalización del consenso y la herencia de la seguridad, la modularidad resalta la flexibilidad estructural y la reutilización de componentes, la escalabilidad fuera de la cadena intenta romper el cuello de botella de la cadena principal, pero el costo de confianza es alto, mientras que la paralelización dentro de la cadena se centra en la actualización fundamental de la capa de ejecución, tratando de acercarse al límite de rendimiento de los sistemas distribuidos modernos sin romper la consistencia interna de la cadena. Cada ruta no puede resolver todos los problemas, pero son estas direcciones las que conforman el panorama de la actualización del paradigma de computación Web3, y también proporcionan opciones estratégicas extremadamente ricas para desarrolladores, arquitectos e inversores.
Así como en la historia los sistemas operativos han pasado de ser de un solo núcleo a múltiples núcleos, y las bases de datos han evolucionado de índices secuenciales a transacciones concurrentes, el camino de escalabilidad de Web3 también terminará dirigiéndose hacia una era de ejecución altamente paralela. En esta era, el rendimiento ya no es solo una competencia de velocidad de cadena, sino una manifestación integral de la filosofía de diseño subyacente, la profundidad de comprensión de la arquitectura, la colaboración entre hardware y software, y el control del sistema. Y la paralelización en la cadena podría ser el campo de batalla definitivo de esta larga guerra.
Tres, Mapa de clasificación de cómputo paralelo: cinco grandes rutas de cuentas a instrucciones
En el contexto de la evolución continua de las tecnologías de escalabilidad en blockchain, el cálculo paralelo se ha convertido gradualmente en la ruta central para lograr breakthroughs en rendimiento. A diferencia del desacoplamiento horizontal en la capa de estructura, capa de red o capa de disponibilidad de datos, el cálculo paralelo se centra en la profundización vertical en la capa de ejecución. Esto se relaciona con la lógica de base que determina la eficiencia operativa de un sistema blockchain, y decide la velocidad de respuesta y capacidad de procesamiento de un sistema blockchain frente a transacciones complejas de alta concurrencia y múltiples tipos. Partiendo del modelo de ejecución, al revisar la trayectoria de desarrollo de esta genealogía técnica, podemos organizar un claro mapa 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 van desde un grano grueso hasta un grano fino, siendo tanto un proceso de refinamiento continuo de la lógica paralela como un camino de creciente complejidad del sistema y dificultad de programación.
La paralelización a nivel de cuentas, que apareció por primera vez, es el paradigma representado por Solana. Este modelo se basa en un diseño desacoplado de cuentas y estados, mediante el análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en las transacciones para determinar si existe una relación de conflicto. Si los conjuntos de cuentas accedidos por dos transacciones no se superponen, se pueden ejecutar de manera concurrente en múltiples núcleos. Este mecanismo es muy adecuado para manejar transacciones con estructuras claras y entradas y salidas bien definidas, especialmente programas con rutas predecibles como DeFi. Sin embargo, su suposición inherente es que el acceso a las cuentas es predecible y la dependencia del estado se puede razonar de forma estática, lo que provoca problemas de ejecución conservadora y disminución de la paralelización cuando se enfrenta a contratos inteligentes complejos (por ejemplo, juegos en cadena, agentes de IA, etc.) con comportamientos dinámicos. Además, la dependencia cruzada entre cuentas también debilita gravemente los beneficios de la paralelización en ciertos escenarios de trading 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 limitada por la granularidad de cuentas.
Sobre la base del modelo de cuentas, se perfecciona aún más, ingresamos al nivel técnico de paralelismo a nivel de objetos. El paralelismo a nivel de objetos introduce la abstracción semántica de recursos y módulos, utilizando "objetos de estado" de mayor granularidad como unidades para la programación concurrente. Aptos y Sui son importantes exploradores en esta dirección, especialmente el último, que a través del sistema de tipos lineales del lenguaje Move, define la propiedad y la mutabilidad de los recursos en tiempo de compilación, lo que permite un control preciso de los conflictos de acceso a los recursos en tiempo de ejecución. Este enfoque es más versátil y escalable en comparación con el paralelismo a nivel de cuentas, y puede cubrir lógicas de lectura y escritura de estado más complejas, sirviendo de manera natural a escenarios de alta heterogeneidad como juegos, redes sociales, inteligencia artificial, entre otros. Sin embargo, el paralelismo a nivel de objetos también introduce una mayor barrera de lenguaje y complejidad de desarrollo, Move no es un reemplazo directo de Solidity, y el alto costo de transición ecológica limita la velocidad de difusión de su paradigma de paralelismo.
La paralelización a nivel de transacción más avanzada es una dirección explorada por una nueva generación de cadenas de alto rendimiento representadas por Monad, Sei y Fuel. Este camino ya no considera el estado o la cuenta como la unidad mínima de paralelización, sino que se centra en la construcción de un gráfico de dependencias en torno a la transacción misma. Se considera la transacción como una unidad de operación atómica, construyendo un gráfico de transacciones (Transaction DAG) a través de análisis estático o dinámico, y confiando en un programador para la ejecución en tuberías concurrentes. Este diseño permite al sistema maximizar la paralelización sin necesidad de comprender completamente la estructura de estado subyacente. Monad es especialmente notable, ya que combina el control de concurrencia optimista (OCC), la programación de tuberías paralelas, la ejecución fuera de orden y otras tecnologías modernas de motores de bases de datos, acercando la ejecución de la cadena a "GPU.