1. Giới thiệu: Mở rộng năng lực là một đề xuất vĩnh cửu và song song là chiến trường cuối cùng
Kể từ khi Bitcoin ra đời, hệ thống blockchain luôn phải đối mặt với một vấn đề cốt lõi không thể tránh khỏi: mở rộng năng lực. Bitcoin xử lý chưa đến 10 giao dịch mỗi giây và Ethereum cũng gặp khó khăn trong việc vượt qua nút thắt hiệu suất của hàng chục TPS (giao dịch mỗi giây), điều này có vẻ đặc biệt cồng kềnh khi so sánh với thế giới Web2 truyền thống với hàng chục nghìn TPS. Quan trọng hơn, đây không phải là vấn đề có thể giải quyết đơn giản bằng cách thêm máy chủ, mà là hạn chế có hệ thống ăn sâu vào sự đồng thuận cơ bản và thiết kế cấu trúc của blockchain - tức là tam giác bất khả thi của blockchain, trong đó phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng không thể đạt được cùng lúc.
Trong thập kỷ qua, chúng ta đã chứng kiến những thăng trầm của vô số nỗ lực mở rộng quy mô. Từ cuộc chiến mở rộng quy mô Bitcoin đến tầm nhìn phân mảnh Ethereum, từ kênh trạng thái và Plasma đến Rollup và chuỗi khối mô-đun, từ thực thi ngoài chuỗi Lớp 2 đến tái cấu trúc cấu trúc của Tính khả dụng của dữ liệu, toàn bộ ngành đã bắt tay vào con đường mở rộng quy mô đầy trí tưởng tượng của kỹ thuật. Là mô hình mở rộng được chấp nhận rộng rãi nhất hiện nay, Rollup đã đạt được mục tiêu cải thiện đáng kể TPS trong khi giảm gánh nặng thực hiện của chuỗi chính và duy trì tính bảo mật của Ethereum. Nhưng nó vẫn chưa chạm đến giới hạn thực sự của hiệu suất chuỗi đơn cơ bản của blockchain, đặc biệt là ở cấp độ thực thi - tức là khả năng xử lý của chính khối - vẫn bị giới hạn bởi mô hình xử lý cũ của điện toán nối tiếp trong chuỗi.
Vì lý do này, điện toán song song trong chuỗi đã dần đi vào tầm nhìn của ngành. Khác với việc mở rộng ngoài chuỗi và phân phối xuyên chuỗi, tính song song trong chuỗi cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn bộ máy thực thi trong khi vẫn duy trì tính nguyên tử và cấu trúc tích hợp của một chuỗi duy nhất. Được hướng dẫn bởi các ý tưởng của hệ điều hành hiện đại và thiết kế CPU, nó nâng cấp blockchain từ chế độ luồng đơn thực hiện tuần tự các giao dịch từng cái một thành hệ thống điện toán đồng thời cao đa luồng + đường ống + lập lịch phụ thuộc. Con đường như vậy không chỉ có thể đạt được mức tăng thông lượng gấp hàng trăm lần mà còn có thể trở thành điều kiện tiên quyết quan trọng cho sự bùng nổ của các ứng dụng hợp đồng thông minh.
Trên thực tế, trong mô hình điện toán Web2, điện toán luồng đơn từ lâu đã bị loại bỏ bởi kiến trúc phần cứng hiện đại và được thay thế bằng một luồng vô tận các mô hình tối ưu hóa như lập trình song song, lập lịch không đồng bộ, nhóm luồng và dịch vụ siêu nhỏ. Tuy nhiên, blockchain, với tư cách là một hệ thống máy tính nguyên thủy và bảo thủ hơn với các yêu cầu cực kỳ cao về tính tất định và khả năng xác minh, chưa bao giờ có thể tận dụng đầy đủ các ý tưởng điện toán song song này. Đây vừa là hạn chế vừa là cơ hội. Các chuỗi mới như Solana, Sui và Aptos đã giới thiệu tính song song ở cấp độ kiến trúc, dẫn đầu trong quá trình khám phá này; và các dự án mới nổi như Monad và MegaETH đã nâng cao hơn nữa tính song song trong chuỗi để đạt được những đột phá trong các cơ chế sâu như thực thi đường ống, đồng thời lạc quan và điều khiển bằng tin nhắn không đồng bộ, cho thấy những đặc điểm ngày càng gần với các hệ điều hành hiện đại.
Có thể nói, điện toán song song không chỉ là “phương pháp tối ưu hiệu suất” mà còn là bước ngoặt trong mô hình thực thi blockchain. Nó thách thức mô hình cơ bản của việc thực hiện hợp đồng thông minh và định nghĩa lại logic cơ bản của gói giao dịch, quyền truy cập trạng thái, mối quan hệ cuộc gọi và bố cục lưu trữ. Nếu Rollup có nghĩa là di chuyển giao dịch ra khỏi chuỗi để thực hiện, thì song song trên chuỗi có nghĩa là xây dựng lõi siêu máy tính trên chuỗi. Mục tiêu của nó không chỉ là tăng thông lượng mà còn cung cấp hỗ trợ cơ sở hạ tầng thực sự bền vững cho các ứng dụng gốc Web3 trong tương lai - giao dịch tần suất cao, công cụ trò chơi, thực thi mô hình AI, mạng xã hội trên chuỗi, v.v.
Khi đường dẫn Rollup dần trở nên đồng nhất, tính song song trong chuỗi đang âm thầm trở thành biến số quyết định trong chu kỳ cạnh tranh Lớp 1 mới. Hiệu suất không còn chỉ là “nhanh hơn” nữa mà là khả năng hỗ trợ toàn bộ thế giới các ứng dụng không đồng nhất. Đây không chỉ là cuộc thi về công nghệ mà còn là cuộc chiến về mô hình. Thế hệ tiếp theo của nền tảng thực thi có chủ quyền trong thế giới Web3 có thể sẽ ra đời từ cuộc đấu tranh song song này trong chuỗi.
II. Toàn cảnh các mô hình mở rộng năng lực: Năm tuyến đường, mỗi tuyến đường có trọng tâm riêng
Mở rộng năng lực, là một trong những chủ đề quan trọng, liên tục và khó khăn nhất trong quá trình phát triển công nghệ chuỗi công cộng, đã dẫn đến sự xuất hiện và phát triển của hầu hết các con đường công nghệ chính thống trong thập kỷ qua. Bắt đầu từ tranh chấp về kích thước khối Bitcoin, cuộc thi kỹ thuật về cách làm cho chuỗi chạy nhanh hơn cuối cùng đã phân thành năm lộ trình cơ bản. Mỗi tuyến đường giải quyết nút thắt cổ chai theo một góc độ khác nhau và có triết lý kỹ thuật, độ khó triển khai, mô hình rủi ro và các tình huống áp dụng riêng.
Lộ trình đầu tiên là mở rộng chuỗi trực tiếp nhất, bao gồm tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian khối hoặc cải thiện sức mạnh xử lý bằng cách tối ưu hóa cấu trúc dữ liệu và cơ chế đồng thuận. Cách tiếp cận này từng trở thành trọng tâm trong cuộc tranh luận về việc mở rộng Bitcoin, làm nảy sinh các nhánh khối lớn như BCH và BSV, đồng thời ảnh hưởng đến ý tưởng thiết kế của các chuỗi công khai hiệu suất cao ban đầu như EOS và NEO. Ưu điểm của tuyến đường này là vẫn giữ được tính đơn giản của tính nhất quán chuỗi đơn và dễ hiểu cũng như triển khai, nhưng cũng rất dễ đạt đến các giới hạn hệ thống như rủi ro tập trung hóa, tăng chi phí vận hành nút và tăng độ khó đồng bộ hóa. Do đó, trong thiết kế ngày nay, nó không còn là giải pháp cốt lõi chính thống nữa mà giống như sự kết hợp phụ trợ của các cơ chế khác.
Tuyến đường thứ hai là mở rộng ngoài chuỗi, được thể hiện bằng các kênh trạng thái và chuỗi bên. Ý tưởng cơ bản của loại đường dẫn này là chuyển hầu hết các hoạt động giao dịch sang chuỗi ngoài và chỉ ghi kết quả cuối cùng vào chuỗi chính, đóng vai trò là lớp thanh toán và bù trừ cuối cùng. Về mặt triết lý kỹ thuật, nó gần với ý tưởng kiến trúc không đồng bộ của Web2 - cố gắng giữ quá trình xử lý giao dịch nặng ở ngoại vi và chuỗi chính thực hiện xác minh đáng tin cậy tối thiểu. Mặc dù về mặt lý thuyết, ý tưởng này có thể mở rộng thông lượng vô hạn, nhưng ứng dụng của nó bị hạn chế bởi các vấn đề như mô hình tin cậy, bảo mật quỹ và độ phức tạp tương tác của các giao dịch ngoài chuỗi. Một ví dụ điển hình là Lightning Network, có vị thế tài chính rõ ràng, nhưng quy mô sinh thái của nó chưa bao giờ bùng nổ; và nhiều thiết kế dựa trên chuỗi phụ, chẳng hạn như Polygon POS, có thông lượng cao nhưng cũng bộc lộ nhược điểm là khó kế thừa tính bảo mật của chuỗi chính.
Tuyến đường thứ ba là tuyến đường Layer 2 Rollup phổ biến và được triển khai rộng rãi nhất. Phương pháp này không trực tiếp thay đổi chuỗi chính mà đạt được sự mở rộng thông qua cơ chế thực hiện ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi. Optimistic Rollup và ZK Rollup đều có những ưu điểm riêng: Optimistic Rollup triển khai nhanh và có khả năng tương thích cao, nhưng có vấn đề về độ trễ trong thời gian thử thách và cơ chế chống gian lận; cái sau có tính bảo mật cao và khả năng nén dữ liệu tốt, nhưng phức tạp để phát triển và không tương thích với EVM. Bất kể loại Rollup nào, bản chất của nó là thuê ngoài quyền thực hiện trong khi vẫn lưu giữ dữ liệu và xác minh trên chuỗi chính, đạt được sự cân bằng tương đối giữa tính phi tập trung và hiệu suất cao. Sự phát triển nhanh chóng của các dự án như Arbitrum, Optimism, zkSync và StarkNet đã chứng minh tính khả thi của con đường này, nhưng nó cũng bộc lộ những điểm nghẽn trung hạn như sự phụ thuộc quá mức vào tính khả dụng của dữ liệu (DA), phí cao và trải nghiệm phát triển bị phân mảnh.
Tuyến đường thứ tư là kiến trúc blockchain mô-đun đã xuất hiện trong những năm gần đây, được đại diện bởi Celestia, Avail, EigenLayer, v.v. Mô hình mô-đun ủng hộ rằng các chức năng cốt lõi của blockchain - thực thi, đồng thuận, tính khả dụng của dữ liệu và thanh toán - nên được tách biệt hoàn toàn, với nhiều chuỗi chuyên biệt thực hiện các chức năng khác nhau, sau đó kết hợp thành một mạng có khả năng mở rộng bằng cách sử dụng các giao thức chuỗi chéo. Hướng đi này chịu ảnh hưởng sâu sắc từ kiến trúc mô-đun của hệ điều hành và khái niệm cấu thành của điện toán đám mây. Ưu điểm của nó là có thể thay thế linh hoạt các thành phần hệ thống và cải thiện đáng kể hiệu quả ở các liên kết cụ thể (như DA). Tuy nhiên, những thách thức cũng rất rõ ràng: sau khi tách mô-đun, chi phí đồng bộ hóa, xác minh và tin cậy lẫn nhau giữa các hệ thống cực kỳ cao, hệ sinh thái nhà phát triển bị phân mảnh cực độ và các yêu cầu về tiêu chuẩn giao thức trung và dài hạn cũng như bảo mật chuỗi chéo cao hơn nhiều so với thiết kế chuỗi truyền thống. Về cơ bản, mô hình này không còn xây dựng một chuỗi mà là một mạng lưới chuỗi, đưa ra ngưỡng chưa từng có để hiểu và vận hành kiến trúc tổng thể.
Loại tuyến đường cuối cùng, cũng là trọng tâm của phân tích tiếp theo trong bài viết này, là tuyến đường tối ưu hóa điện toán song song trong chuỗi. Không giống như bốn loại đầu tiên, chủ yếu thực hiện phân chia theo chiều ngang ở cấp độ cấu trúc, điện toán song song nhấn mạnh vào nâng cấp theo chiều dọc, tức là đạt được khả năng xử lý đồng thời các giao dịch nguyên tử bằng cách thay đổi kiến trúc công cụ thực thi trong một chuỗi duy nhất. Điều này đòi hỏi phải viết lại logic lập lịch VM và giới thiệu một bộ hoàn chỉnh các cơ chế lập lịch hệ thống máy tính hiện đại như phân tích phụ thuộc giao dịch, dự đoán xung đột trạng thái, kiểm soát song song và các cuộc gọi không đồng bộ. Solana là dự án đầu tiên triển khai khái niệm VM song song trong hệ thống cấp chuỗi, hiện thực hóa thực thi song song đa lõi thông qua phán đoán xung đột giao dịch dựa trên mô hình tài khoản. Thế hệ dự án mới như Monad, Sei, Fuel, MegaETH, v.v. tiến xa hơn một bước và cố gắng giới thiệu những ý tưởng tiên tiến như thực thi đường ống, đồng thời lạc quan, phân vùng lưu trữ, tách song song, v.v. để xây dựng hạt nhân thực thi hiệu suất cao tương tự như CPU hiện đại. Ưu điểm cốt lõi của hướng đi này là nó có thể phá vỡ giới hạn thông lượng mà không cần dựa vào kiến trúc đa chuỗi, đồng thời cung cấp đủ tính linh hoạt về mặt điện toán để thực hiện các hợp đồng thông minh phức tạp. Đây là điều kiện tiên quyết kỹ thuật quan trọng cho các kịch bản ứng dụng trong tương lai như AI Agents, trò chơi blockchain quy mô lớn và các sản phẩm phái sinh tần suất cao.
Khi xem xét năm loại đường dẫn mở rộng ở trên, sự khác biệt đằng sau chúng thực chất là sự đánh đổi có hệ thống giữa hiệu suất blockchain, khả năng cấu hình, tính bảo mật và độ phức tạp trong phát triển. Rollup mạnh về việc thuê ngoài theo sự đồng thuận và kế thừa bảo mật, tính mô-đun làm nổi bật tính linh hoạt về cấu trúc và khả năng tái sử dụng thành phần, nỗ lực mở rộng ngoài chuỗi nhằm phá vỡ nút thắt của chuỗi chính nhưng chi phí tin cậy cao và tính song song trên chuỗi tập trung vào việc nâng cấp cơ bản lớp thực thi, cố gắng tiếp cận giới hạn hiệu suất của các hệ thống phân tán hiện đại mà không phá hủy tính nhất quán trong chuỗi. Không thể có con đường nào có thể giải quyết được mọi vấn đề, nhưng chính những hướng đi này cùng nhau tạo nên góc nhìn toàn cảnh về quá trình nâng cấp mô hình điện toán Web3 và cũng cung cấp cho các nhà phát triển, kiến trúc sư và nhà đầu tư những lựa chọn chiến lược cực kỳ phong phú.
Cũng giống như cách các hệ điều hành chuyển từ lõi đơn sang lõi đa và cơ sở dữ liệu phát triển từ chỉ mục tuần tự sang giao dịch đồng thời, con đường mở rộng của Web3 cuối cùng sẽ hướng tới kỷ nguyên thực thi song song cao. Ở thời đại này, hiệu suất không còn chỉ là cuộc cạnh tranh về tốc độ dây chuyền nữa mà là sự phản ánh toàn diện triết lý thiết kế cơ bản, chiều sâu hiểu biết về kiến trúc, sự hợp tác giữa phần mềm và phần cứng cũng như khả năng điều khiển hệ thống. Và tính song song trong chuỗi có thể là chiến trường cuối cùng của cuộc chiến dài hạn này.
3. Bản đồ phân loại tính toán song song: Năm đường dẫn từ tài khoản đến hướng dẫn
Trong bối cảnh công nghệ mở rộng blockchain liên tục phát triển, điện toán song song dần trở thành con đường cốt lõi để đạt được đột phá về hiệu suất. Khác với sự tách rời theo chiều ngang của lớp cấu trúc, lớp mạng hoặc lớp khả dụng dữ liệu, điện toán song song là sự khám phá chuyên sâu của lớp thực thi. Nó liên quan đến logic cấp cơ sở về hiệu quả hoạt động của blockchain và quyết định tốc độ phản hồi và khả năng xử lý của hệ thống blockchain khi đối mặt với các giao dịch phức tạp đa loại, có tính đồng thời cao. Bắt đầu từ mô hình thực thi và nhìn lại quá trình phát triển của dòng công nghệ này, chúng ta có thể sắp xếp một bản đồ phân loại rõ ràng về điện toán song song, có thể được chia thành năm đường dẫn kỹ thuật: song song cấp tài khoản, song song cấp đối tượng, song song cấp giao dịch, song song cấp máy ảo và song song cấp lệnh. Năm loại đường dẫn này, từ thô đến chi tiết, không chỉ là quá trình tinh chỉnh liên tục logic song song mà còn là con đường làm tăng độ phức tạp của hệ thống và khó khăn trong việc lập lịch trình.
Sự song song ở cấp độ tài khoản sớm nhất là mô hình được Solana đại diện. Mô hình này dựa trên thiết kế tách biệt giữa tài khoản và trạng thái, và xác định xem có mối quan hệ xung đột hay không bằng cách phân tích tĩnh tập hợp tài khoản liên quan đến giao dịch. Nếu các tập hợp tài khoản được truy cập bởi hai giao dịch không chồng chéo nhau, chúng có thể được thực thi đồng thời trên nhiều lõi. Cơ chế này rất phù hợp để xử lý các giao dịch có cấu trúc và đầu vào, đầu ra rõ ràng, đặc biệt là các chương trình có lộ trình có thể dự đoán được như DeFi. Tuy nhiên, giả định tự nhiên của nó là quyền truy cập tài khoản có thể dự đoán được và các phụ thuộc trạng thái có thể được lý giải tĩnh, khiến nó dễ bị thực thi bảo thủ và giảm tính song song khi đối mặt với các hợp đồng thông minh phức tạp (chẳng hạn như trò chơi blockchain, tác nhân AI và các hành vi động khác). Ngoài ra, sự phụ thuộc chéo giữa các tài khoản cũng làm suy yếu nghiêm trọng lợi nhuận song song trong một số tình huống giao dịch tần suất cao. Thời gian chạy của Solana được tối ưu hóa cao về mặt này, nhưng chiến lược lập lịch cốt lõi của nó vẫn bị giới hạn bởi mức độ chi tiết của tài khoản.
Bằng cách tinh chỉnh thêm mô hình tài khoản, chúng ta sẽ tiến tới cấp độ kỹ thuật song song cấp đối tượng. Song song cấp đối tượng giới thiệu sự trừu tượng ngữ nghĩa của các tài nguyên và mô-đun, và thực hiện lập lịch đồng thời dựa trên đối tượng trạng thái chi tiết hơn. Aptos và Sui là những nhà thám hiểm quan trọng theo hướng này. Đặc biệt, phương pháp sau sử dụng hệ thống kiểu tuyến tính của ngôn ngữ Move để xác định quyền sở hữu và khả năng thay đổi tài nguyên tại thời điểm biên dịch, do đó cho phép kiểm soát chính xác các xung đột truy cập tài nguyên khi chạy. Cách tiếp cận này linh hoạt và có khả năng mở rộng hơn so với phương pháp song song cấp tài khoản, có thể xử lý logic đọc và ghi trạng thái phức tạp hơn và phục vụ cho các tình huống có tính không đồng nhất cao như trò chơi, mạng xã hội và AI. Tuy nhiên, tính song song ở cấp độ đối tượng cũng gây ra rào cản ngôn ngữ cao hơn và phức tạp hơn trong quá trình phát triển. Move không phải là giải pháp thay thế trực tiếp cho Solidity và chi phí chuyển đổi hệ sinh thái cũng cao, hạn chế tốc độ phổ biến mô hình song song của nó.
Song song cấp độ giao dịch tiếp theo là hướng mà thế hệ chuỗi hiệu suất cao mới đại diện là Monad, Sei và Fuel đang khám phá. Đường dẫn này không còn sử dụng trạng thái hoặc tài khoản làm đơn vị song song nhỏ nhất nữa mà thay vào đó xây dựng biểu đồ phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch. Nó coi các giao dịch như các đơn vị hoạt động nguyên tử, xây dựng biểu đồ giao dịch (DAG giao dịch) thông qua phân tích tĩnh hoặc động và dựa vào trình lập lịch để thực hiện đường ống đồng thời. Thiết kế này cho phép hệ thống tối đa hóa khả năng khai thác song song mà không cần phải biết đầy đủ về cấu trúc trạng thái cơ bản. Monad đặc biệt bắt mắt. Nó kết hợp các công nghệ công cụ cơ sở dữ liệu hiện đại như kiểm soát đồng thời lạc quan (OCC), lập lịch đường ống song song và thực thi không theo thứ tự, giúp thực thi chuỗi gần hơn với mô hình bộ lập lịch GPU. Trên thực tế, cơ chế này đòi hỏi các trình quản lý phụ thuộc và trình phát hiện xung đột cực kỳ phức tạp, và bản thân trình lập lịch có thể trở thành điểm nghẽn. Tuy nhiên, thông lượng tiềm năng của nó cao hơn nhiều so với mô hình tài khoản hoặc đối tượng, khiến nó trở thành lực lượng có giới hạn lý thuyết cao nhất trong lĩnh vực điện toán song song hiện tại.
Tính song song ở cấp độ máy ảo nhúng khả năng thực thi đồng thời trực tiếp vào logic lập lịch lệnh cơ bản của VM, nỗ lực phá vỡ hoàn toàn những hạn chế vốn có của thực thi tuần tự EVM. MegaETH, với tư cách là siêu thí nghiệm máy ảo trong hệ sinh thái Ethereum, đang cố gắng thiết kế lại EVM để hỗ trợ thực thi đồng thời đa luồng mã hợp đồng thông minh. Cơ chế cơ bản của nó sử dụng thực thi phân đoạn, tách trạng thái, các lệnh gọi không đồng bộ, v.v. để cho phép mỗi hợp đồng chạy độc lập trong các bối cảnh thực thi khác nhau và sử dụng lớp đồng bộ hóa song song để đảm bảo tính nhất quán cuối cùng. Phần khó nhất của phương pháp này là nó phải hoàn toàn tương thích với ngữ nghĩa hành vi EVM hiện có và đồng thời chuyển đổi toàn bộ môi trường thực thi và cơ chế Gas để cho phép hệ sinh thái Solidity di chuyển trơn tru sang một khuôn khổ song song. Thách thức không chỉ nằm ở công nghệ cực kỳ sâu rộng mà còn ở việc chấp nhận những thay đổi lớn về giao thức của cấu trúc chính trị L1 của Ethereum. Nhưng nếu thành công, MegaETH được kỳ vọng sẽ trở thành cuộc cách mạng bộ xử lý đa lõi trong lĩnh vực EVM.
Con đường cuối cùng là song song ở cấp độ hướng dẫn, có mức độ chi tiết tốt nhất và ngưỡng kỹ thuật cao nhất. Ý tưởng này bắt nguồn từ Đường ống lệnh và thực thi ngoài lệnh trong thiết kế CPU hiện đại. Mô hình này cho rằng vì mỗi hợp đồng thông minh cuối cùng được biên dịch thành các lệnh bytecode nên mỗi hoạt động có thể được lên lịch, phân tích và sắp xếp lại song song, giống như cách CPU thực thi bộ lệnh x86. Nhóm Fuel ban đầu đã giới thiệu một mô hình thực thi có thể sắp xếp lại ở cấp độ lệnh trong FuelVM. Về lâu dài, khi công cụ thực thi blockchain triển khai thực thi dự đoán và sắp xếp lại động các phụ thuộc lệnh, tính song song của nó sẽ đạt đến giới hạn lý thuyết. Cách tiếp cận này thậm chí có thể đưa thiết kế đồng thời giữa blockchain và phần cứng lên một tầm cao mới, biến chuỗi khối thành một “máy tính phi tập trung” thực sự thay vì chỉ là một “sổ cái phân tán”. Tất nhiên, con đường này vẫn đang trong giai đoạn lý thuyết và thử nghiệm, các trình lập lịch và cơ chế xác minh bảo mật có liên quan vẫn chưa hoàn thiện, nhưng nó chỉ ra ranh giới cuối cùng của tương lai điện toán song song.
Tóm lại, năm đường dẫn chính của tài khoản, đối tượng, giao dịch, VM và hướng dẫn tạo nên phổ phát triển của điện toán song song trong chuỗi. Từ cấu trúc dữ liệu tĩnh đến cơ chế lập lịch động, từ dự đoán truy cập trạng thái đến sắp xếp lại cấp độ hướng dẫn, mỗi bước trong công nghệ song song đều có nghĩa là làm tăng đáng kể độ phức tạp của hệ thống và ngưỡng phát triển. Nhưng đồng thời, chúng cũng đánh dấu sự thay đổi lớn trong mô hình điện toán blockchain, từ sổ cái đồng thuận toàn trình tự truyền thống sang môi trường thực thi phân tán có hiệu suất cao, có thể dự đoán và lên lịch. Đây không chỉ là sự theo đuổi hiệu quả điện toán đám mây Web2 mà còn là một khái niệm sâu sắc về hình thức cuối cùng của máy tính chuỗi khối. Việc lựa chọn đường dẫn song song của các chuỗi công khai khác nhau cũng sẽ xác định giới hạn trên của khả năng tải của hệ sinh thái ứng dụng trong tương lai, cũng như khả năng cạnh tranh cốt lõi của nó trong các tình huống như AI Agent, trò chơi chuỗi và giao dịch tần suất cao trên chuỗi.
4. Phân tích chuyên sâu về hai hướng đi chính: Monad so với MegaETH
Trong số nhiều con đường phát triển của điện toán song song, hai lộ trình kỹ thuật chính hiện đang nhận được nhiều sự chú ý nhất của thị trường, nhiều lời kêu gọi nhất và có câu chuyện đầy đủ nhất chắc chắn là xây dựng chuỗi điện toán song song từ đầu do Monad đại diện và cuộc cách mạng song song trong EVM do MegaETH đại diện. Đây không chỉ là hai hướng nghiên cứu và phát triển chuyên sâu nhất đối với các kỹ sư mật mã nguyên thủy hiện nay mà còn là hai ký hiệu phân cực chắc chắn nhất trong cuộc thi hiệu suất máy tính Web3 hiện nay. Sự khác biệt giữa hai loại này không chỉ nằm ở điểm khởi đầu và phong cách kiến trúc kỹ thuật mà còn ở các đối tượng sinh thái riêng biệt mà chúng phục vụ, chi phí di cư, triết lý thực hiện và lộ trình chiến lược trong tương lai. Chúng đại diện cho sự cạnh tranh mô hình song song giữa chủ nghĩa tái thiết và chủ nghĩa tương thích và đã ảnh hưởng sâu sắc đến trí tưởng tượng của thị trường về hình thức cuối cùng của chuỗi hiệu suất cao.
Monad là một người theo chủ nghĩa cơ bản về máy tính thực thụ. Triết lý thiết kế của nó không hướng đến khả năng tương thích với EVM hiện có mà lấy cảm hứng từ các cơ sở dữ liệu hiện đại và hệ thống đa lõi hiệu suất cao để xác định lại chế độ hoạt động cơ bản của công cụ thực thi blockchain. Hệ thống công nghệ cốt lõi của nó dựa trên các cơ chế hoàn thiện trong lĩnh vực cơ sở dữ liệu, chẳng hạn như kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực hiện ngoài lệnh và thực hiện theo đường ống, nhằm mục đích tăng hiệu suất xử lý giao dịch của chuỗi lên mức hàng triệu TPS. Trong kiến trúc Monad, việc thực hiện và sắp xếp các giao dịch được tách biệt hoàn toàn. Đầu tiên, hệ thống sẽ xây dựng biểu đồ phụ thuộc giao dịch và sau đó chuyển giao cho bộ lập lịch để thực hiện song song theo đường ống. Tất cả các giao dịch đều được coi là đơn vị giao dịch nguyên tử, với tập hợp đọc-ghi rõ ràng và ảnh chụp nhanh trạng thái. Bộ lập lịch thực hiện thực thi lạc quan dựa trên biểu đồ phụ thuộc và khôi phục rồi thực thi lại khi xảy ra xung đột. Cơ chế này cực kỳ phức tạp về mặt triển khai kỹ thuật. Nó đòi hỏi phải xây dựng một ngăn xếp thực thi tương tự như trình quản lý giao dịch cơ sở dữ liệu hiện đại. Nó cũng yêu cầu phải giới thiệu bộ nhớ đệm đa cấp, truy xuất trước, xác minh song song và các cơ chế khác để nén độ trễ khi gửi trạng thái cuối cùng. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, nó có thể đẩy giới hạn thông lượng lên một tầm cao không thể tưởng tượng được trong thế giới blockchain hiện tại.
Quan trọng hơn, Monad không từ bỏ khả năng tương tác với EVM. Nó hỗ trợ các nhà phát triển viết hợp đồng theo cú pháp Solidity thông qua một lớp trung gian tương tự như Ngôn ngữ trung gian tương thích với Solidity, đồng thời thực hiện tối ưu hóa ngôn ngữ trung gian và lập lịch song song trong công cụ thực thi. Chiến lược thiết kế tương thích bề mặt và tái thiết cơ bản này không chỉ giúp hệ sinh thái Ethereum thân thiện hơn với các nhà phát triển mà còn tối đa hóa tiềm năng thực thi cơ bản. Đây là chiến lược kỹ thuật điển hình của nuốt EVM rồi tái cấu trúc nó. Điều này cũng có nghĩa là sau khi Monad được ra mắt, nó không chỉ trở thành một chuỗi có chủ quyền với hiệu suất cực cao mà còn có khả năng trở thành lớp thực thi lý tưởng cho mạng Layer 2 Rollup và thậm chí trở thành hạt nhân hiệu suất cao có thể cắm thêm cho các mô-đun thực thi của các chuỗi khác trong thời gian dài. Theo góc nhìn này, Monad không chỉ là một con đường kỹ thuật mà còn là một logic mới về thiết kế chủ quyền hệ thống - nó ủng hộ mô-đun hóa, hiệu suất cao và khả năng tái sử dụng của lớp thực thi, do đó tạo ra một tiêu chuẩn mới cho điện toán cộng tác liên chuỗi.
Không giống như quan điểm xây dựng thế giới mới của Monad, MegaETH là một dự án hoàn toàn đối lập. Nó chọn bắt đầu từ thế giới Ethereum hiện tại và đạt được sự cải thiện đáng kể về hiệu quả thực hiện với chi phí thay đổi tối thiểu. MegaETH không lật đổ thông số kỹ thuật của EVM, mà tìm cách đưa khả năng tính toán song song vào công cụ thực thi của EVM hiện tại để tạo ra phiên bản EVM đa lõi trong tương lai. Nguyên tắc cơ bản là tái cấu trúc hoàn toàn mô hình thực thi lệnh EVM hiện tại để nó có các khả năng như cô lập cấp luồng, thực thi không đồng bộ cấp hợp đồng và phát hiện xung đột truy cập trạng thái, do đó cho phép nhiều hợp đồng thông minh chạy đồng thời trong cùng một khối và cuối cùng là hợp nhất các thay đổi trạng thái. Mô hình này yêu cầu các nhà phát triển phải đạt được lợi ích hiệu suất đáng kể chỉ bằng cách triển khai cùng một hợp đồng trên chuỗi MegaETH mà không cần thay đổi các hợp đồng Solidity hiện có hoặc sử dụng ngôn ngữ hoặc chuỗi công cụ mới. Con đường cách mạng bảo thủ này cực kỳ hấp dẫn, đặc biệt là đối với hệ sinh thái Ethereum L2, vì nó cung cấp một con đường lý tưởng để nâng cấp hiệu suất dễ dàng mà không cần phải di chuyển cú pháp.
Đột phá cốt lõi của MegaETH nằm ở cơ chế lập lịch đa luồng VM. EVM truyền thống sử dụng mô hình thực thi luồng đơn dựa trên ngăn xếp, trong đó mỗi lệnh được thực thi tuyến tính và các cập nhật trạng thái phải diễn ra đồng bộ. MegaETH phá vỡ mô hình này và giới thiệu cơ chế cô lập ngăn xếp cuộc gọi không đồng bộ và ngữ cảnh thực thi để đạt được khả năng thực thi đồng thời các ngữ cảnh EVM đồng thời. Mỗi hợp đồng có thể gọi logic riêng của nó trong một luồng độc lập và khi tất cả các luồng cuối cùng gửi trạng thái, chúng sẽ thực hiện đồng bộ việc phát hiện xung đột và hội tụ trên trạng thái thông qua Lớp xác nhận song song. Cơ chế này rất giống với mô hình đa luồng JavaScript của các trình duyệt hiện đại (Web Workers + Bộ nhớ chia sẻ + Dữ liệu không khóa), không chỉ giữ nguyên tính xác định của hành vi luồng chính mà còn giới thiệu cơ chế lập lịch hiệu suất cao cho việc thực thi không đồng bộ ở chế độ nền. Trên thực tế, thiết kế này cũng rất thân thiện với người xây dựng và tìm kiếm khối. Nó có thể tối ưu hóa việc sắp xếp Mempool và các đường dẫn thu thập MEV theo các chiến lược song song, tạo thành vòng lặp khép kín có lợi thế kinh tế trên lớp thực thi.
Quan trọng hơn, MegaETH chọn cách tích hợp sâu vào hệ sinh thái Ethereum và điểm dừng chân chính trong tương lai có thể là mạng lưới EVM L2 Rollup, chẳng hạn như chuỗi Optimism, Base hoặc Arbitrum Orbit. Khi được áp dụng rộng rãi, nó có thể cải thiện hiệu suất gần 100 lần so với công nghệ Ethereum hiện tại mà không cần thay đổi ngữ nghĩa hợp đồng, mô hình trạng thái, logic Gas, phương thức gọi, v.v., khiến nó trở thành hướng nâng cấp công nghệ cực kỳ hấp dẫn đối với những người bảo thủ về EVM. Nguyên tắc của MegaETH là: miễn là bạn vẫn đang làm việc trên Ethereum, tôi sẽ giúp hiệu suất tính toán của bạn tăng vọt ngay lập tức. Theo góc nhìn thực tế và kỹ thuật, nó dễ triển khai hơn Monad và phù hợp hơn với lộ trình lặp lại của các dự án DeFi và NFT chính thống, khiến nó trở thành giải pháp ứng viên có nhiều khả năng nhận được sự ủng hộ về mặt sinh thái trong ngắn hạn.
Theo một nghĩa nào đó, Monad và MegaETH không chỉ là hai cách triển khai các con đường công nghệ song song mà còn là cuộc đối đầu kinh điển giữa phe tái thiết và phe tương thích trong con đường phát triển blockchain: phe trước theo đuổi những đột phá về mô hình và xây dựng lại toàn bộ logic từ máy ảo đến quản lý trạng thái cơ bản để đạt được hiệu suất cực cao và tính linh hoạt về kiến trúc; phương pháp sau theo đuổi sự tối ưu hóa gia tăng, đẩy các hệ thống truyền thống đến giới hạn trong khi vẫn tôn trọng các hạn chế sinh thái hiện có, do đó giảm thiểu chi phí di cư. Không có sự vượt trội hay kém hơn tuyệt đối giữa hai giải pháp này, nhưng chúng phục vụ cho các nhóm nhà phát triển và tầm nhìn sinh thái khác nhau. Monad phù hợp hơn với việc xây dựng các hệ thống mới từ đầu, các trò chơi blockchain theo đuổi thông lượng cực cao, tác nhân AI và chuỗi thực thi mô-đun; trong khi MegaETH phù hợp hơn với các dự án L2, dự án DeFi và giao thức cơ sở hạ tầng hy vọng đạt được nâng cấp hiệu suất với những thay đổi tối thiểu trong quá trình phát triển.
Một trong số chúng giống như đường sắt cao tốc trên một đường ray hoàn toàn mới, định nghĩa lại mọi thứ từ đường ray, lưới điện đến thân xe, chỉ để đạt được tốc độ và trải nghiệm chưa từng có; cách còn lại giống như lắp đặt tua-bin trên các xa lộ hiện có, cải thiện lịch trình làn đường và cấu trúc động cơ, cho phép xe chạy nhanh hơn mà không phải rời khỏi mạng lưới đường quen thuộc. Cuối cùng, cả hai có thể đạt đến cùng một đích đến: trong giai đoạn tiếp theo của kiến trúc blockchain mô-đun, Monad có thể trở thành mô-đun thực thi dưới dạng dịch vụ của Rollup và MegaETH có thể trở thành trình cắm tăng tốc hiệu suất cho L2 chính thống. Cuối cùng, cả hai có thể hợp nhất và tạo thành cộng hưởng hai cánh của một công cụ thực thi phân tán hiệu suất cao trong thế giới Web3 tương lai.
5. Cơ hội và thách thức trong tương lai của tính toán song song
Khi điện toán song song dần chuyển từ thiết kế trên giấy sang triển khai trên chuỗi, tiềm năng mà nó giải phóng sẽ trở nên cụ thể và dễ đo lường hơn. Một mặt, chúng ta đã thấy các mô hình kinh doanh và chuẩn mực phát triển mới bắt đầu được định nghĩa lại xung quanh hiệu suất cao trên chuỗi: logic trò chơi blockchain phức tạp hơn, vòng đời của AI Agent thực tế hơn, nhiều giao thức trao đổi dữ liệu thời gian thực hơn, trải nghiệm tương tác nhập vai hơn và thậm chí là hệ điều hành Siêu ứng dụng cộng tác trên chuỗi, tất cả đều đang chuyển từ có thể thực hiện được không sang có thể thực hiện tốt như thế nào. Mặt khác, động lực thực sự thúc đẩy bước nhảy vọt sang điện toán song song không chỉ là sự cải thiện tuyến tính về hiệu suất hệ thống, mà còn là sự thay đổi về mặt cấu trúc trong ranh giới nhận thức của các nhà phát triển và chi phí di cư sinh thái. Cũng giống như việc Ethereum giới thiệu cơ chế hợp đồng Turing-complete đã dẫn đến sự bùng nổ đa chiều của DeFi, NFT và DAO, sự tái thiết không đồng bộ giữa trạng thái và lệnh do điện toán song song mang lại cũng đang nuôi dưỡng một mô hình thế giới chuỗi mới. Đây không chỉ là cuộc cách mạng về hiệu quả thực hiện mà còn là cái nôi của sự đổi mới đột phá trong cấu trúc sản phẩm.
Trước hết, xét về cơ hội, lợi ích trực tiếp nhất là “xóa bỏ trần ứng tuyển”. Hầu hết các DeFi, trò chơi và ứng dụng xã hội hiện nay đều bị hạn chế bởi tình trạng tắc nghẽn của nhà nước, chi phí gas và các vấn đề về độ trễ, đồng thời không thể thực sự mở rộng quy mô các tương tác tần suất cao trên chuỗi. Lấy trò chơi blockchain làm ví dụ, GameFi thực sự có phản hồi hành động, đồng bộ hóa hành vi tần suất cao và logic chiến đấu thời gian thực gần như không tồn tại, vì việc thực thi tuyến tính của EVM truyền thống không thể hỗ trợ xác nhận phát sóng hàng chục thay đổi trạng thái mỗi giây. Với sự hỗ trợ của điện toán song song, thông qua các cơ chế như DAG giao dịch và ngữ cảnh bất đồng bộ cấp hợp đồng, có thể xây dựng chuỗi hành vi đồng thời cao và đảm bảo kết quả thực thi xác định thông qua tính nhất quán của ảnh chụp nhanh, do đó đạt được bước đột phá về mặt cấu trúc trong công cụ trò chơi trên chuỗi. Tương tự như vậy, việc triển khai và vận hành các tác nhân AI cũng sẽ được cải thiện đáng kể nhờ tính toán song song. Trước đây, chúng tôi thường chạy AI Agents ngoài chuỗi và chỉ tải kết quả hành vi của chúng lên các hợp đồng trên chuỗi. Tuy nhiên, trong tương lai, chuỗi có thể hỗ trợ cộng tác không đồng bộ và chia sẻ trạng thái giữa nhiều thực thể AI thông qua lập lịch giao dịch song song, do đó thực sự hiện thực hóa logic tự chủ thời gian thực của Agent trên chuỗi. Điện toán song song sẽ trở thành cơ sở hạ tầng của hợp đồng theo hành vi này, đưa Web3 từ giao dịch như tài sản sang thế giới mới của tương tác như thực thể thông minh.
Thứ hai, chuỗi công cụ dành cho nhà phát triển và lớp trừu tượng máy ảo cũng đã trải qua quá trình định hình lại cấu trúc do song song hóa. Mô hình phát triển Solidity truyền thống dựa trên mô hình tư duy tuần tự và các nhà phát triển đã quen với việc thiết kế logic khi trạng thái luồng đơn thay đổi. Tuy nhiên, theo kiến trúc điện toán song song, các nhà phát triển sẽ buộc phải suy nghĩ về xung đột tập hợp đọc-ghi, chiến lược cô lập trạng thái và tính nguyên tử của giao dịch, thậm chí đưa ra mô hình kiến trúc dựa trên hàng đợi tin nhắn hoặc đường ống trạng thái. Bước nhảy vọt trong cấu trúc nhận thức này cũng dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của thế hệ chuỗi công cụ mới. Ví dụ, các khuôn khổ hợp đồng thông minh song song hỗ trợ khai báo phụ thuộc giao dịch, trình biên dịch tối ưu hóa dựa trên IR và trình gỡ lỗi đồng thời hỗ trợ mô phỏng ảnh chụp nhanh giao dịch sẽ trở thành điểm nóng cho sự bùng nổ cơ sở hạ tầng trong chu kỳ mới. Đồng thời, sự phát triển liên tục của blockchain mô-đun cũng mang lại một lộ trình triển khai tuyệt vời cho điện toán song song: Monad có thể được chèn vào L2 Rollup như một mô-đun thực thi, MegaETH có thể được triển khai như một giải pháp thay thế EVM bởi các chuỗi chính thống, Celestia cung cấp hỗ trợ lớp khả dụng dữ liệu và EigenLayer cung cấp mạng xác thực phi tập trung, do đó hình thành nên một kiến trúc tích hợp hiệu suất cao từ dữ liệu cơ bản đến logic thực thi.
Tuy nhiên, sự tiến bộ của điện toán song song không phải là một con đường bằng phẳng và những thách thức mà nó phải đối mặt thậm chí còn mang tính cấu trúc và khó khăn hơn nhiều so với những cơ hội. Một mặt, những khó khăn kỹ thuật cốt lõi nhất nằm ở đảm bảo tính nhất quán của tính đồng thời của trạng thái và chiến lược xử lý xung đột giao dịch. Cơ sở dữ liệu trên chuỗi khác với cơ sở dữ liệu ngoài chuỗi và không thể chấp nhận bất kỳ mức độ khôi phục giao dịch hoặc khôi phục trạng thái nào. Bất kỳ xung đột thực hiện nào cũng đòi hỏi phải có mô hình hóa trước hoặc kiểm soát chính xác trong suốt quá trình. Điều này có nghĩa là trình lập lịch song song phải có khả năng xây dựng đồ thị phụ thuộc và dự đoán xung đột cực kỳ mạnh mẽ, đồng thời phải thiết kế một cơ chế thực thi lạc quan hiệu quả và chịu lỗi. Nếu không, hệ thống sẽ dễ dàng gặp phải cơn bão thử lại lỗi đồng thời khi tải cao, điều này không chỉ khiến thông lượng giảm thay vì tăng mà còn có thể gây mất ổn định chuỗi. Hơn nữa, mô hình bảo mật của môi trường thực thi đa luồng hiện tại vẫn chưa được thiết lập đầy đủ. Ví dụ, độ chính xác của cơ chế cô lập trạng thái giữa các luồng, những cách mới để khai thác các cuộc tấn công tái nhập trong bối cảnh không đồng bộ và vụ nổ Gas trong các lệnh gọi hợp đồng xuyên luồng đều là những vấn đề mới cần được giải quyết.
Những thách thức tiềm ẩn hơn đến từ cấp độ sinh thái và tâm lý. Cho dù các nhà phát triển có sẵn sàng chuyển sang mô hình mới hay không, cho dù họ có thể nắm vững các phương pháp thiết kế mô hình song song hay không và cho dù họ có sẵn sàng từ bỏ một số khả năng đọc và kiểm toán hợp đồng để tăng hiệu suất hay không, những vấn đề mềm này chính là chìa khóa để xác định liệu điện toán song song có thể hình thành tiềm năng sinh thái hay không. Trong vài năm trở lại đây, chúng ta đã thấy nhiều chuỗi có hiệu suất tuyệt vời nhưng lại thiếu sự hỗ trợ của nhà phát triển và dần trở nên im ắng, chẳng hạn như NEAR, Avalanche và thậm chí một số chuỗi Cosmos SDK có hiệu suất vượt xa EVM. Kinh nghiệm của họ nhắc nhở chúng ta: nếu không có nhà phát triển, sẽ không có hệ sinh thái; Nếu không có hệ sinh thái, dù hiệu suất có tốt đến đâu thì cũng chỉ là lâu đài trên không. Do đó, các dự án điện toán song song không chỉ phải tạo ra công cụ mạnh mẽ nhất mà còn phải tạo ra lộ trình chuyển đổi sinh thái nhẹ nhàng nhất, để hiệu suất có sẵn ngay khi xuất xưởng thay vì hiệu suất là ngưỡng nhận thức.
Cuối cùng, tương lai của điện toán song song vừa là chiến thắng của kỹ thuật hệ thống vừa là thử nghiệm của thiết kế sinh thái. Nó sẽ buộc chúng ta phải xem xét lại bản chất của chuỗi là gì: nó là một cỗ máy thanh toán phi tập trung hay một công cụ điều phối trạng thái phân tán toàn cầu theo thời gian thực? Nếu là trường hợp sau, thì thông lượng trạng thái, tính đồng thời của giao dịch và khả năng phản hồi của hợp đồng, trước đây được coi là chi tiết kỹ thuật của chuỗi, cuối cùng sẽ trở thành các chỉ số chính để xác định giá trị của chuỗi. Mô hình điện toán song song thực sự hoàn thiện quá trình chuyển đổi này cũng sẽ trở thành cơ sở hạ tầng cốt lõi và phức tạp nhất trong chu kỳ mới này. Tác động của nó sẽ vượt xa một mô-đun kỹ thuật và có thể tạo nên bước ngoặt trong mô hình điện toán tổng thể của Web3.
6. Kết luận: Liệu điện toán song song có phải là con đường tốt nhất để mở rộng Web3 không?
Trong số tất cả các con đường để khám phá ranh giới hiệu suất của Web3, điện toán song song không phải là con đường dễ triển khai nhất, nhưng nó có thể là con đường gần nhất với bản chất của blockchain. Nó không đạt được điều này bằng cách di chuyển ra khỏi chuỗi hoặc hy sinh tính phi tập trung để đổi lấy thông lượng. Thay vào đó, nó cố gắng tái cấu trúc chính mô hình thực thi trong tính nguyên tử và tính xác định của chuỗi, tìm ra gốc rễ của tình trạng tắc nghẽn hiệu suất từ lớp giao dịch, lớp hợp đồng và lớp máy ảo. Phương pháp mở rộng chuỗi gốc này không chỉ duy trì mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain mà còn dành nền tảng hiệu suất bền vững cho các ứng dụng chuỗi phức tạp hơn trong tương lai. Độ khó của nó nằm ở cấu trúc, và sự quyến rũ của nó cũng nằm ở cấu trúc đó. Nếu tái cấu trúc mô-đun tái cấu trúc kiến trúc của chuỗi, thì điện toán song song tái cấu trúc linh hồn của chuỗi. Đây có thể không phải là giải pháp ngắn hạn, nhưng có thể là giải pháp đúng đắn và bền vững duy nhất trong quá trình phát triển lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến sự chuyển đổi về mặt kiến trúc tương tự như từ CPU lõi đơn sang hệ điều hành đa lõi/luồng, và sự xuất hiện của hệ điều hành gốc Web3 có thể ẩn trong các thử nghiệm song song trong chuỗi này.
