Eksplorasi Optimasi EVM Paralel: Jalan Kunci untuk Meningkatkan Efisiensi Pemrosesan Transaksi

EVM sebagai mesin eksekusi inti Ethereum, kinerjanya secara langsung mempengaruhi throughput seluruh jaringan. Seiring dengan perluasan basis pengguna dan beragamnya skenario aplikasi, keterbatasan model eksekusi serial tradisional semakin jelas. Terutama dalam solusi Layer 2, bottleneck kinerja EVM menjadi lebih mencolok. Oleh karena itu, menjelajahi solusi eksekusi paralel menjadi arah penting untuk meningkatkan efisiensi EVM.

Komponen Inti EVM dan Proses Eksekusi Serial

EVM dan stateDB adalah dua komponen inti dalam eksekusi transaksi Ethereum. EVM bertanggung jawab untuk menginterpretasikan dan mengeksekusi instruksi kontrak pintar, sementara stateDB mengelola penyimpanan status global. Dalam mode eksekusi serial tradisional, transaksi diproses satu per satu, setiap transaksi menggunakan instance EVM yang independen, tetapi berbagi stateDB yang sama.

Proses pelaksanaan secara spesifik adalah sebagai berikut:

1. prosesBlock() fungsi panggil Process() untuk memproses transaksi dalam blok
2. Proses() fungsi mengeksekusi transaksi satu per satu melalui loop for
3. Setelah semua transaksi diproses, panggil statedb.Commit() untuk mengajukan perubahan status.

Masalah utama dari mode serial ini adalah: transaksi yang kompleks akan menghambat transaksi berikutnya, tidak dapat memanfaatkan sumber daya perangkat keras secara maksimal, dan secara serius membatasi efisiensi pemrosesan.

Pemikiran Optimasi EVM Paralel

Untuk mengatasi kendala efisiensi dari eksekusi serial, industri telah mengusulkan solusi optimasi eksekusi paralel. Inti dari pemikiran ini adalah: memanfaatkan multithreading untuk memproses beberapa transaksi secara bersamaan, yang secara signifikan meningkatkan throughput. Namun, tantangan utama yang dihadapi oleh eksekusi paralel adalah bagaimana menangani masalah konflik status.

Sebuah tim industri mengusulkan solusi optimasi EVM paralel, dengan fitur utama sebagai berikut:

1. Eksekusi transaksi secara paralel multithreading
2. Alokasikan basis data status sementara untuk setiap thread (pending-stateDB)
3. Setelah eksekusi transaksi selesai, status sinkron diubah menjadi stateDB global

Rencana ini mengoptimalkan operasi baca dan tulis:

• Operasi baca: Utamakan membaca dari pending-stateDB, jika tidak ada, baca dari global stateDB
• Operasi tulis: pertama catat ke WriteSet pending-stateDB, kemudian digabungkan ke stateDB global.

Untuk menyelesaikan konflik status, rencana ini memperkenalkan mekanisme deteksi konflik:

• Memantau ReadSet dan WriteSet dari berbagai transaksi
• Tandai transaksi terkait untuk dieksekusi ulang saat konflik ditemukan
• Setelah semua transaksi selesai dieksekusi, gabungkan pending-stateDB ke global stateDB

Peningkatan Kinerja Optimasi Paralel

Optimisasi paralel multithreading secara signifikan meningkatkan kinerja EVM, terutama saat menangani transaksi kontrak pintar yang kompleks. Berdasarkan data penelitian:

• Di bawah beban kerja konflik rendah, TPS meningkat 3-5 kali lipat
• Di bawah beban kerja yang sangat tinggi, teorinya dapat meningkat hingga 60 kali lipat

Skema paralelisasi ini telah meletakkan dasar untuk peningkatan kinerja Ethereum dan solusi Layer 2 di masa depan. Seiring perkembangan teknologi lebih lanjut, seperti optimisasi efisiensi penyimpanan, akselerasi GPU, dll., kinerja EVM diharapkan dapat meningkat lebih besar.