Web3パラレルコンピューティングトラックの全景図：ネイティブスケーリングのベストソリューションは？

ブロックチェーンの「不可能三角形」（Blockchain Trilemma）「セキュリティ」「分散化」「スケーラビリティ」は、ブロックチェーンシステム設計における本質的なトレードオフを明らかにしています。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「極限の安全性、誰もが参加できる、高速処理」を同時に実現することが難しいのです。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに関して、現在市場にある主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムに基づいて区別されています。

• 強化型スケーラビリティの実行：実行能力の向上、例えば並行処理、GPU、マルチコア
• ステートアイソレーション型スケーリング：状態の水平分割 / シャード、例えばシャーディング、UTXO、多サブネット
• オフチェーンのアウトソーシング型スケーリング：実行をチェーンの外に置く、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造デカップリング型拡張：アーキテクチャのモジュール化、協調動作、例えばモジュールチェーン、共有ソーティング、Rollup Mesh
• 非同期並行型スケーリング：アクターモデル、プロセスの隔離、メッセージ駆動、例えばエージェント、マルチスレッド非同期チェーン

ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、オンチェーンの並列計算、Rollup、シャーディング、DAモジュール、モジュラー構造、アクターシステム、zk証明の圧縮、ステートレスアーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレベルをカバーしており、"マルチレベルの協調、モジュールの組み合わせ"という完全なスケーリングシステムです。本記事では、並列計算を主流としたスケーリング方法に重点を置いて紹介します。

チェーン内並列計算 (intra-chain parallelism)、ブロック内部のトランザクション / 命令の並行実行に焦点を当てています。並行メカニズムで分類すると、そのスケーラビリティの方法は五つの大きなカテゴリーに分けられ、それぞれが異なる性能追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。順に、並行粒度はますます細かく、並行強度はますます高くなり、スケジューリングの複雑さもますます増し、プログラミングの複雑性と実装の難易度もますます高くなります。

• アカウントレベルの並行（Account-level）：プロジェクトSolanaを代表
• オブジェクトレベルの並行処理（Object-level）：プロジェクト Sui を代表します *トランザクションレベル:プロジェクトMonad、Aptosを表します
• コールレベル / マイクロVM パラレル（Call-level / MicroVM）: プロジェクト MegaETH を代表します *指導レベル:プロジェクトGatlingXを表します

チェーン外非同期並行モデルは、Actorエージェントシステム（エージェント/アクターモデル）を代表とし、これらは別の並列計算のパラダイムに属します。クロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロック非同期モデル）として、各エージェントは独立して動作する「スマートエージェントプロセス」として、非同期メッセージやイベント駆動、同期スケジューリングを必要としない並行方式で動作します。代表的なプロジェクトには、AO、ICP、Cartesiなどがあります。

私たちがよく知っているRollupやシャーディングのスケーリングソリューションは、システムレベルの並行メカニズムに属し、チェーン内の並行計算には属しません。それらは「複数のチェーン/実行領域を並行して実行する」ことでスケーリングを実現し、単一のブロック/仮想マシン内部の並行性を向上させるものではありません。このようなスケーリングソリューションは本稿の主な議論の焦点ではありませんが、依然としてアーキテクチャの理念の相違点比較に使用します。

次に、EVM は並列拡張チェーンであり、互換性の性能境界を突破します

イーサリアムの直列処理アーキテクチャは、現在までにシャーディング、ロールアップ、モジュラーアーキテクチャなどの複数の拡張試行を経てきましたが、実行層のスループットボトルネックは依然として根本的な突破口を得ていません。しかし同時に、EVMとSolidityは現在、最も開発者基盤とエコシステムのポテンシャルを持つスマートコントラクトプラットフォームです。したがって、EVM系の並行強化チェーンは、エコシステムの互換性と実行性能の向上の両方を考慮した重要な道筋として、新たな拡張の進化の重要な方向性となっています。MonadとMegaETHは、この方向性において最も代表的なプロジェクトであり、それぞれ遅延実行と状態分解から出発して、高い同時実行性と高いスループットのシナリオに向けたEVM並行処理アーキテクチャを構築しています。

Monadの並列計算メカニズムの解析

Monadは、イーサリアム仮想マシン（EVM）を再設計した高性能のLayer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並列の理念に基づいています。コンセンサス層では非同期実行（Asynchronous Execution）を、実行層では楽観的並列実行（Optimistic Parallel Execution）を実現しています。さらに、コンセンサス層とストレージ層において、Monadはそれぞれ高性能BFTプロトコル（MonadBFT）と専用データベースシステム（MonadDB）を導入し、エンドツーエンドの最適化を実現しています。

パイプライン：多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライニングはモナド並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセスを複数の独立した段階に分解し、これらの段階を並行して処理し、立体的なパイプラインアーキテクチャを形成することです。各段階は独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを跨いだ同時処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、レイテンシを低下させる効果を達成します。これらの段階には、取引提案（Propose）、コンセンサスの達成（Consensus）、取引実行（Execution）、およびブロックのコミット（Commit）が含まれます。

非同期実行：コンセンサス - 実行の非同期デカップリング

従来のブロックチェーンでは、トランザクションの合意と実行は通常、同期プロセスであり、この直列モデルは性能の拡張を著しく制限します。Monadは「非同期実行」により、合意層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。ブロック時間と確認遅延を著しく短縮し、システムの弾力性を高め、処理プロセスを細分化し、リソースの利用率を向上させます。

コアデザイン：

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）はトランザクションの順序を決定するだけで、契約のロジックを実行しません。
• 実行プロセス（実行層）は、コンセンサスが完了した後に非同期でトリガーされます。
• コンセンサスが完了した後、次のブロックのコンセンサスプロセスに即座に入ります。実行が完了するのを待つ必要はありません。

オプティミスティック並列実行

従来のイーサリアムは、状態の競合を避けるために厳格な直列モデルを使用して取引を実行します。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用し、取引処理速度を大幅に向上させます。

実行メカニズム：

• Monadは、ほとんどのトランザクション間に状態の競合がないと仮定して、楽観的にすべてのトランザクションを並行して実行します。
• 同時に"コンフリクトディテクター（Conflict Detector)"を実行して、トランザクション間で同じ状態にアクセスしているかどうか（読み取り/書き込みの競合）を監視します。
• 競合が検出された場合、競合トランザクションは直列化されて再実行され、状態の正確性が確保されます。

Monadは互換性のあるパスを選択しました：EVMルールをできるだけ変更せず、実行中に状態の書き込みを遅延させ、動的に競合を検出することで並行処理を実現します。これは性能向上版のイーサリアムのようで、成熟度が高くEVMエコシステムの移行が容易であり、EVM世界の並行アクセラレーターです。

MegaETHの並列計算メカニズムの解析

Monadとは異なるL1の位置付けとして、MegaETHはEVM互換のモジュール式高性能並列実行層として位置付けられ、独立したL1パブリックチェーンとしても、イーサリアム上の実行強化層（Execution Layer）やモジュール式コンポーネントとしても機能します。その核心的な設計目標は、アカウントロジック、実行環境、状態を分離して、独立してスケジューリング可能な最小単位に構築し、チェーン内での高い同時実行性と低レイテンシ応答能力を実現することです。MegaETHが提案する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ＋State Dependency DAG（有向非循環状態依存グラフ）およびモジュール式同期メカニズムであり、これらが「チェーン内スレッド化」を目指した並列実行システムを共同で構築します。

マイクロVM（微小仮想マシン）アーキテクチャ：アカウントはスレッドである

MegaETHは「各アカウントにミニ仮想マシン（Micro-VM）」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」して並列スケジューリングのための最小隔離単位を提供します。これらのVMは非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を通じて互いに通信し、同期呼び出しではなく、大量のVMが独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並行します。

状態依存DAG：依存グラフ駆動スケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウントステートアクセス関係に基づいたDAGスケジューリングシステムを構築しました。このシステムは、グローバル依存グラフ（Dependency Graph）をリアルタイムで維持し、各取引がどのアカウントを変更し、どのアカウントを読み取るかをすべて依存関係としてモデル化します。衝突のない取引は直接並行して実行でき、依存関係のある取引はトポロジカル順序に従って直列または遅延でスケジュールされます。依存グラフは、並行実行プロセスにおける状態の一貫性と非重複書き込みを保証します。

非同期実行とコールバックメカニズム

MegaETHは、Actor Modelに似た非同期メッセージ伝達を用いて非同期プログラミングパラダイム上に構築されており、従来のEVMの直列呼び出しの問題を解決します。コントラクトの呼び出しは非同期であり（再帰的実行ではなく）、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しでは、各呼び出しが非同期化され、ブロッキングを待つ必要はありません。コールスタックは非同期呼び出しグラフ（Call Graph）に展開され、取引処理は非同期グラフの遍歴 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリングで行われます。

要するに、MegaETHは従来のEVM単スレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位でマイクロバーチャルマシンのカプセル化を実現し、状態依存グラフを通じて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージメカニズムで同期コールスタックを代替しています。これは「アカウント構造 → スケジューリング構造 → 実行フロー」の全次元で再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代高性能チェーン上システム構築のためのパラダイム級の新たな発想を提供しています。

MegaETHは再構築の道を選びました：アカウントとコントラクトを完全に独立したVMに抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列性の潜在能力を解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さを制御するのがより難しく、イーサリアムの理念に基づくスーパー分散型オペレーティングシステムに近いです。

MonadとMegaETHの両者の設計理念は分割（Sharding）とは大きく異なります：分割はブロックチェーンを横方向に複数の独立したサブチェーン（分割Shards）に分け、各サブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層を拡張します。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を保持し、実行層で横方向に拡張し、単一チェーン内部で極限的な並行実行の最適化を突破して性能を向上させます。両者はブロックチェーンの拡張パスにおける縦の強化と横の拡張という二つの方向を代表しています。

! 【Web3並列計算トラックパノラマ:ネイティブスケーリングに最適なソリューション?】 ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-562daa8ae6acba834ef937bf88a742f0.webp)

MonadとMegaETHなどの並列計算プロジェクトは、チェーン内のTPSを向上させることを中心に、スループット最適化パスに主に焦点を当てています。遅延実行（Deferred Execution）とマイクロ仮想マシン（Micro-VM）アーキテクチャを通じて、トランザクションレベルまたはアカウントレベルの並列処理を実現します。一方、Pharos Networkはモジュラーで全栈の並列L1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア並列計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャは、メインネットと特別処理ネットワーク（SPNs）の協調作業を通じて、複数の仮想マシン環境（EVMおよびWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）、信頼実行環境（TEE）などの先進技術を統合しています。

ロールアップ メッシュ並列計算解析:

1. フルライフサイクル非同期パイプライン処理（Full Lifecycle Asynchronous Pipelining）：Pharosは、取引の各段階（コンセンサス、実行、ストレージなど）をデカップリングし、非同期処理方式を採用することで、各段階が独立して並行して行われるようにし、全体的な処理効率を向上させます。
2. デュアルVM並行実行（Dual VM Parallel Execution）：PharosはEVMとWASMの2種類の仮想マシン環境をサポートしており、開発者はニーズに応じて適切な実行環境を選択できます。このデュアルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を向上させるだけでなく、並行実行を通じて取引処理能力を向上させます。
3. 特殊処理ネットワーク（SPNs）：SPNsはPharosアーキテクチャの重要なコンポーネントであり、特定のタイプのタスクやアプリケーションを処理するために特化したモジュール式のサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的割り当てとタスクの並列処理を実現し、システムのスケーラビリティと性能をさらに向上させます。
4. モジュール化されたコンセンサスと再