Web3並列計算セクターの全景図：ネイティブスケーリングの最良のソリューション？

一、引言：ブロックチェーンにおける並列計算の応用

ブロックチェーンの「不可能三角」（Blockchain Trilemma）「安全性」、「非中央集権」、「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ます。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「極度の安全性、誰でも参加可能、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、現在市場に出回っている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムによって分類されています。

• 実行の拡張性を強化する：例えば、並列処理、GPU、マルチコアのように実行能力を向上させる
• ステートアイソレーション型スケーリング：水平分割ステート / シャード、例えばシャーディング、UTXO、多サブネット
• オフチェーンアウトソーシング型スケーリング：実行をチェーン外に置く、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造デカップリング型スケーリング：アーキテクチャのモジュール化、協調運用、例えばモジュールチェーン、共有ソート装置、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、構造の複数レベルをカバーし、「多層協調、モジュールの組み合わせ」の完全なスケーリングシステムを構成しています。本稿では、並列計算を主流とするスケーリング手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)は、ブロック内部の取引 / 命令の並列実行に注目しています。並列メカニズムによって分類されるそのスケーラビリティの方法は、5つの主要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ます。並列粒度は次第に細かくなり、並列強度はますます高く、スケジューリングの複雑さも増し、プログラミングの複雑さと実装の難易度も増しています。

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

チェーン外の非同期並列モデルで、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（ブロック同期モデルではない）として、各エージェントは独立して動作する「インテリジェントプロセス」として、並列方式で非同期メッセージ、イベント駆動、同期スケジューリングを必要とせず、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、チェーン内の並列計算には含まれません。これらは「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。こうしたスケーリングソリューションは本論の重点ではありませんが、私たちは依然としてそれをアーキテクチャ理念の異同比較に利用するつもりです。

二、EVMシステムの並行強化チェーン：互換性の中で性能の限界を突破する

イーサリアムのシリアル処理アーキテクチャはこれまでに、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数回のスケーリングの試みを経てきたが、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を果たしていない。しかし同時に、EVMとSolidityは依然として現在最も開発者基盤とエコシステム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ある。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を両立させる重要な道筋として、新たなスケーリング進化の重要な方向性となりつつある。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、高い同時実行性と高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る。

Monad の並列計算メカニズムの解析

Monadは、Ethereum Virtual Machine（EVM）を再設計した高性能Layer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並行性の概念に基づいて、コンセンサス層での非同期実行（Asynchronous Execution）および実行層での楽観的並行実行（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はそれぞれ高性能の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

パイプライン処理は、モナドの並行実行の基本的な概念であり、その核心的な考え方は、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割し、これらの段階を並行して処理することで、立体的なパイプラインアーキテクチャを形成します。各段階は独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを超えた同時処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、遅延を低減する効果を達成します。これらの段階には、トランザクション提案（Propose）、コンセンサスの達成（Consensus）、トランザクションの実行（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、取引のコンセンサス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」を通じて、コンセンサス層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。これにより、ブロック時間と確認遅延が著しく短縮され、システムの弾力性が向上し、処理プロセスがより細分化され、リソースの利用率が向上します。

コアデザイン：

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）は取引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すると、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取引実行に厳格な直列モデルを採用して、状態の競合を避けています。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ています。

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、すべてのトランザクションを楽観的に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、取引間で同じ状態（読み取り/書き込みの競合）にアクセスしているかどうかを監視します。
• コンフリクトが検出された場合、コンフリクト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、動的に衝突を検出することで並行性を実現します。これは、パフォーマンス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の世界の並行アクセラレーターです。

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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互換のモジュラー高性能並行実行レイヤーと位置付けられています。独立したL1パブリックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化レイヤー（Execution Layer）またはモジュラーコンポーネントとしても機能します。その核心設計目標は、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ル可能な最小単位に再構築し、チェーン内での高並行実行と低遅延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 + ステートデペンデンシーDAG（有向非循環状態依存グラフ）およびモジュラー同期メカニズムであり、これらが「チェーン内スレッド化」された並行実行システムを共同で構築します。

マイクロVM（微虚拟机）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1つのマイクロ仮想マシン（Micro-VM）」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」し、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、同期呼び出しではなく非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して相互に通信し、多数のVMが独立して実行、独立してストレージを持ち、自然に並列化されます。

ステート依存DAG：依存グラフ駆動のスケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウントステータスアクセス関係に基づく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、グローバル依存関係グラフ（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。無衝突の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してスケジューリングされます。依存グラフは、並行実行プロセス中の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は非同期プログラミングパラダイムに基づいて構築されており、Actor Modelに似た非同期メッセージングを使用して、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、そしてCへの呼び出しが行われる際、各呼び出しは非同期化され、ブロック待機する必要はありません。呼び出しスタックは非同期呼び出しグラフ（Call Graph）に展開されます。取引処理は、非同期グラフの走査 + 依存関係の解決 + 並行スケジューリングとなります。

要するに、MegaETHは従来のEVM単スレッド状態機モデルを打破し、アカウントを単位にしてマイクロVM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を用いて同期コールスタックを置き換えています。これは「アカウント構造 → スケジューリングアーキテクチャ → 実行フロー」という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、次世代の高性能オンチェーンシステムを構築するためのパラダイムレベルの新しいアイデアを提供します。

MegaETHは再構築の道を選択しました：アカウントと契約を独立した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ポテンシャルを解放します。理論的には、MegaETHの並列上限は高いですが、複雑さを制御するのが難しく、Ethereum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。

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MonadとMegaETHの両者の設計理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なります。シャーディングはブロックチェーンを水平方向に複数の独立したサブチェーン（シャード）に分割し、各サブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一のチェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を実現します。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を保持し、実行層での水平方向の拡張を行い、単一チェーン内部での限界並列実行最適化を通じて性能を突破します。両者はブロックチェーンの拡張経路における縦の強化と横の拡張の2つの方向を代表しています。

Monadや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核心目標とし、スループット最適化パスに主に集中しています。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ています。一方、Pharos Networkはモジュラーで全スタックの並列L1ブロックチェーンネットワークであり、その核心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、メインネットと特殊処理ネットワーク（SPNs）の協働によって、複数の仮想マシン環境（EVMとWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）や信頼実行環境（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して、各段階が独立して並行して行えるようにし、全体の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、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにしています。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、並行実行によっ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化されたサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的配分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ています。
4. モジュラーコンセンサスと再ステーキングメカニズム（Modular Consensus & Restaking）：Pharosは柔軟なコンセンサスメカニズムを導入し、複数のコンセンサスモデル（例えばPBFT）をサポートしています。