Bối cảnh lịch sử và sự phát triển của bộ xử lý hợp tác
Trong lĩnh vực máy tính truyền thống, bộ xử lý đồng xử lý là đơn vị xử lý phân bổ các nhiệm vụ phức tạp cho CPU. Công nghệ này rất phổ biến trong ngành công nghiệp máy tính, ví dụ như bộ xử lý đồng xử lý chuyển động M7 mà Apple phát hành vào năm 2013 đã cải thiện đáng kể độ nhạy phát hiện chuyển động của thiết bị thông minh. GPU nổi tiếng được biết đến là khái niệm bộ xử lý đồng xử lý do Nvidia đưa ra vào năm 2007, chủ yếu chịu trách nhiệm cho các nhiệm vụ như kết xuất đồ họa. GPU tăng tốc các ứng dụng chạy trên CPU bằng cách xử lý mã tính toán cường độ cao, kiến trúc này được gọi là "tính toán không đồng nhất" hoặc "tính toán hỗn hợp".
Vai trò chính của bộ xử lý đồng xử lý là đảm nhận các nhiệm vụ cụ thể phức tạp và yêu cầu hiệu suất cao, giúp CPU có thể tập trung vào việc xử lý các công việc linh hoạt và đa dạng hơn.
Trong mạng Ethereum, có hai vấn đề nghiêm trọng hạn chế sự phát triển của ứng dụng:
Chi phí Gas cao đã hạn chế phạm vi phát triển của các ứng dụng trên chuỗi. Các giao dịch chuyển tiền thông thường cần 21000 Gas, đây đã là mức tối thiểu của chi phí Gas trên mạng Ethereum. Các hoạt động khác như lưu trữ dữ liệu sẽ tiêu tốn nhiều Gas hơn, điều này đã cản trở nghiêm trọng việc áp dụng rộng rãi của các ứng dụng và người dùng.
Hợp đồng thông minh chỉ có thể truy cập dữ liệu của 256 khối gần đây, trong tương lai với việc nâng cấp Pectra và việc thực hiện đề xuất EIP-4444, các nút đầy đủ sẽ không còn lưu trữ dữ liệu khối trong quá khứ. Sự thiếu hụt dữ liệu này dẫn đến việc các ứng dụng đổi mới dựa trên dữ liệu khó xuất hiện, ảnh hưởng đến sự phát triển của các ứng dụng đòi hỏi dữ liệu như Tiktok, Instagram trên blockchain.
Các vấn đề này đã chỉ ra rằng khả năng tính toán và tính khả dụng của dữ liệu là lý do chính hạn chế việc áp dụng quy mô lớn của các mô hình tính toán mới. Chuỗi Ethereum bản thân nó không được thiết kế để xử lý một lượng lớn các tác vụ tính toán và dữ liệu nặng. Để tương thích với những ứng dụng này, cần phải giới thiệu khái niệm về bộ đồng xử lý. Chuỗi Ethereum tự nó giống như CPU, trong khi bộ đồng xử lý giống như GPU, xử lý các tác vụ tính toán và dữ liệu nặng.
Với sự phát triển của công nghệ chứng minh không kiến thức, để đảm bảo tính đáng tin cậy của bộ đồng xử lý trong tính toán ngoài chuỗi, hầu hết các dự án bộ đồng xử lý đều dựa trên công nghệ chứng minh không kiến thức.
Phạm vi ứng dụng của ZK đồng xử lý rất rộng, gần như bao trùm tất cả các tình huống ứng dụng phi tập trung thực sự, bao gồm mạng xã hội, trò chơi, DeFi, hệ thống quản lý rủi ro dựa trên dữ liệu chuỗi, oracle, lưu trữ dữ liệu, đào tạo và suy luận mô hình ngôn ngữ lớn, v.v. Về lý thuyết, những chức năng mà ứng dụng Web2 có thể thực hiện, ZK đồng xử lý cũng có thể thực hiện trên blockchain, trong khi Ethereum được sử dụng như lớp thanh toán cuối cùng để đảm bảo tính an toàn của ứng dụng.
Hiện tại, định nghĩa về bộ xử lý đồng xử lý ZK trong ngành công nghiệp chưa hoàn toàn thống nhất. ZK-Query, ZK-Oracle, ZKM, v.v. đều có thể được coi là bộ xử lý đồng xử lý, chúng có thể hỗ trợ truy vấn dữ liệu đầy đủ trên chuỗi, dữ liệu đáng tin cậy ngoài chuỗi và kết quả tính toán ngoài chuỗi. Từ góc độ này, Layer2 về cơ bản cũng là một loại bộ xử lý đồng xử lý của Ethereum.
Tổng quan dự án hợp tác xử lý
Các dự án đồng xử lý hiện tại khá nổi bật chủ yếu tập trung vào ba kịch bản ứng dụng: chỉ mục dữ liệu trên chuỗi, oracle và ZKML. Trong đó, các dự án máy ảo ZK đa năng như Delphinus tập trung vào zkWASM, trong khi Risc Zero thì chuyên về kiến trúc Risc-V.
Kiến trúc công nghệ đồng xử lý
Lấy ví dụ về bộ xử lý đồng xử lý ZK đa năng, chúng tôi sẽ phân tích kỹ lưỡng ba dự án Risc Zero, Lagrange và Succinct về kiến trúc công nghệ của chúng, nhằm hiểu sự khác biệt và tương đồng trong thiết kế công nghệ và cơ chế của loại máy ảo đa năng này, từ đó đánh giá xu hướng phát triển trong tương lai của bộ xử lý đồng xử lý.
Risc Zero
Bộ đồng xử lý ZK của Risc Zero được gọi là Bonsai, nó xây dựng một bộ thành phần chứng minh không biết liên quan đến blockchain. Bonsai dựa trên kiến trúc tập lệnh Risc-V, có tính linh hoạt cao, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như Rust, C++, Solidity, Go.
Chức năng chính của Bonsai bao gồm:
zkVM chung, có thể chạy bất kỳ máy ảo nào trong môi trường không có kiến thức/được xác minh.
Hệ thống tạo chứng minh ZK có thể được tích hợp trực tiếp vào hợp đồng thông minh hoặc blockchain.
Rollup chung, phân phối kết quả tính toán được chứng thực trên Bonsai lên chuỗi.
Các thành phần cốt lõi của Bonsai bao gồm:
Mạng chứng minh: Nhận và xác minh mã ZK, tạo ra chứng minh ZK.
Request Pool：Lưu trữ các yêu cầu chứng minh do người dùng khởi xướng.
Công cụ Rollup: Thu thập kết quả chứng minh và đóng gói tải lên mạng chính Ethereum.
Image Hub: Nền tảng phát triển trực quan cho các chức năng và ứng dụng.
State Store：Lưu trữ trạng thái ngoài chuỗi.
Chợ Chứng Minh: Thị trường sức mạnh tính toán của chuỗi công nghiệp ZK.
Lagrange
Lagrange nhằm mục đích xây dựng bộ đồng xử lý và cơ sở dữ liệu có thể xác minh, bao gồm dữ liệu lịch sử trên blockchain, hỗ trợ phát triển ứng dụng mà không cần tin cậy. Các chức năng chính của nó bao gồm:
Cơ sở dữ liệu có thể xác minh: Lưu trữ hợp đồng thông minh trên chuỗi chỉ mục, lưu trạng thái vào cơ sở dữ liệu.
Tính toán dựa trên nguyên tắc MapReduce: kiến trúc zkMR hỗ trợ thực thi song song.
Thiết kế cơ sở dữ liệu của Lagrange liên quan đến ba phần: dữ liệu lưu trữ hợp đồng, dữ liệu trạng thái EOA và dữ liệu khối. Nó tạo ra một cấu trúc dữ liệu khối thân thiện với bằng chứng SNARK, mỗi nút lá đều là một tiêu đề khối.
Tính toán máy ảo ZKMR của Lagrange được chia thành hai bước:
Bản đồ: Các máy phân tán ánh xạ dữ liệu, tạo ra cặp khóa-giá trị.
Reduce: Các máy tính phân tán tính toán chứng minh riêng biệt, sau đó kết hợp lại.
ZKMR có thể kết hợp các chứng minh của tính toán nhỏ thành chứng minh của tính toán tổng thể, mở rộng hiệu quả khả năng chứng minh cho tính toán phức tạp.
Ngắn gọn
Mục tiêu của Succinct Network là tích hợp các sự kiện lập trình vào mọi khía cạnh của phát triển blockchain. Nó hỗ trợ nhiều loại mã, bao gồm Solidity và ngôn ngữ lĩnh vực zero-knowledge chuyên dụng, có thể được thực thi trong các bộ xử lý ngoài chuỗi.
ZKVM ngoài chuỗi của Succinct được gọi là SP (Succinct Processor), hỗ trợ Rust và các ngôn ngữ LLVM khác. Các tính năng cốt lõi của nó bao gồm:
Công nghệ chứng minh đệ quy dựa trên STARKs.
Hỗ trợ bộ bao bọc từ SNARKs đến STARKs.
Kiến trúc zkVM tập trung vào tiền biên dịch.
So sánh dự án hợp xử lý
Khi so sánh bộ xử lý ZK đồng xử lý thông dụng, chúng tôi chủ yếu xem xét các khía cạnh sau:
Khả năng chỉ mục/dữ liệu đồng bộ
Công nghệ được áp dụng (SNARKs so với STARKs)
Có hỗ trợ chứng minh đệ quy không
Hiệu suất của hệ thống chứng minh
Tình hình hợp tác sinh thái
Bối cảnh tài chính
Hiện tại, các con đường kỹ thuật của các dự án chủ đạo có xu hướng đồng nhất, chẳng hạn như đều sử dụng các bộ bọc từ STARKs đến SNARKs, cũng như công nghệ chứng minh đệ quy. Do việc tạo ra chứng minh của thuật toán ZK là giai đoạn tốn kém nhất về chi phí và thời gian, các dự án đều đang xây dựng mạng lưới người chứng minh và thị trường điện toán đám mây.
Trong trường hợp con đường công nghệ tương tự, sự đột phá của dự án có thể phụ thuộc nhiều hơn vào sức mạnh của đội ngũ và sự hỗ trợ từ các nguồn lực hệ sinh thái VC phía sau để giành được thị phần lớn hơn.
Sự khác biệt giữa bộ xử lý đồng xử lý và Layer2
Khác với Layer2 hướng đến người dùng, bộ đồng xử lý chủ yếu hướng đến phát triển ứng dụng. Nó có thể hoạt động như một thành phần tăng tốc hoặc thành phần mô-đun, được áp dụng trong các tình huống sau:
Là thành phần máy ảo ngoại tuyến của ZK Layer2
Cung cấp sức mạnh tính toán ngoại tuyến cho ứng dụng trên chuỗi công.
Là một oracle để lấy dữ liệu có thể xác minh từ các chuỗi khác cho ứng dụng chuỗi công.
Đóng vai trò cầu nối giữa các chuỗi để truyền tải thông điệp
Bộ xử lý đồng xử lý mang đến tiềm năng đồng bộ dữ liệu trong toàn chuỗi theo thời gian thực và tính toán đáng tin cậy hiệu suất cao với chi phí thấp, có khả năng tái cấu trúc hầu hết các phần mềm trung gian của blockchain, bao gồm oracle, truy vấn dữ liệu, cầu nối liên chuỗi, v.v.
Những thách thức mà bộ xử lý đồng xử lý phải đối mặt
Rào cản gia nhập cho các nhà phát triển cao, cần phải nắm vững ngôn ngữ và công cụ cụ thể.
Ngành công nghiệp đang ở giai đoạn đầu, hiệu suất zkVM liên quan đến nhiều khía cạnh phức tạp.
Cơ sở hạ tầng như phần cứng vẫn chưa trưởng thành, việc thương mại hóa vẫn cần thời gian.
Các dự án có đường công nghệ tương tự, khó tạo ra lợi thế nổi bật, điểm cạnh tranh chuyển sang hợp tác về tài nguyên và hệ sinh thái.
Tóm tắt và triển vọng
Công nghệ ZK có tính ứng dụng rất cao, giúp hệ sinh thái Ethereum phát triển từ phi tập trung sang phi tín nhiệm. Bộ đồng xử lý ZK là công cụ quan trọng để triển khai công nghệ ZK, lý thuyết có thể hiện thực hóa phiên bản blockchain của bất kỳ ứng dụng Web2 nào.
Việc áp dụng quy mô lớn của ZK đồng xử lý chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố: cơ sở dữ liệu có thể chứng minh theo thời gian thực toàn chuỗi và tính toán ngoài chuỗi chi phí thấp. Mục tiêu này cần được thực hiện thông qua các vòng lặp lặp lại dần dần. Ứng dụng thương mại của ZK chip tính toán là điều kiện tiên quyết quan trọng cho việc triển khai quy mô lớn của đồng xử lý.
Thị trường hiện tại thiếu đổi mới, tạo ra cơ hội để xây dựng công nghệ ứng dụng quy mô lớn thế hệ tiếp theo. Dự kiến trong chu kỳ tiếp theo, chuỗi công nghiệp ZK sẽ có khả năng thực hiện thương mại hóa. Hiện tại là thời điểm tốt nhất để chú ý đến các công nghệ cốt lõi có thể hỗ trợ tương tác trên chuỗi cho 1 tỷ người dùng.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Bộ đồng xử lý ZK: Một mô hình mới vượt qua giới hạn hiệu suất của Ethereum
Bối cảnh lịch sử và sự phát triển của bộ xử lý hợp tác
Trong lĩnh vực máy tính truyền thống, bộ xử lý đồng xử lý là đơn vị xử lý phân bổ các nhiệm vụ phức tạp cho CPU. Công nghệ này rất phổ biến trong ngành công nghiệp máy tính, ví dụ như bộ xử lý đồng xử lý chuyển động M7 mà Apple phát hành vào năm 2013 đã cải thiện đáng kể độ nhạy phát hiện chuyển động của thiết bị thông minh. GPU nổi tiếng được biết đến là khái niệm bộ xử lý đồng xử lý do Nvidia đưa ra vào năm 2007, chủ yếu chịu trách nhiệm cho các nhiệm vụ như kết xuất đồ họa. GPU tăng tốc các ứng dụng chạy trên CPU bằng cách xử lý mã tính toán cường độ cao, kiến trúc này được gọi là "tính toán không đồng nhất" hoặc "tính toán hỗn hợp".
Vai trò chính của bộ xử lý đồng xử lý là đảm nhận các nhiệm vụ cụ thể phức tạp và yêu cầu hiệu suất cao, giúp CPU có thể tập trung vào việc xử lý các công việc linh hoạt và đa dạng hơn.
Trong mạng Ethereum, có hai vấn đề nghiêm trọng hạn chế sự phát triển của ứng dụng:
Chi phí Gas cao đã hạn chế phạm vi phát triển của các ứng dụng trên chuỗi. Các giao dịch chuyển tiền thông thường cần 21000 Gas, đây đã là mức tối thiểu của chi phí Gas trên mạng Ethereum. Các hoạt động khác như lưu trữ dữ liệu sẽ tiêu tốn nhiều Gas hơn, điều này đã cản trở nghiêm trọng việc áp dụng rộng rãi của các ứng dụng và người dùng.
Hợp đồng thông minh chỉ có thể truy cập dữ liệu của 256 khối gần đây, trong tương lai với việc nâng cấp Pectra và việc thực hiện đề xuất EIP-4444, các nút đầy đủ sẽ không còn lưu trữ dữ liệu khối trong quá khứ. Sự thiếu hụt dữ liệu này dẫn đến việc các ứng dụng đổi mới dựa trên dữ liệu khó xuất hiện, ảnh hưởng đến sự phát triển của các ứng dụng đòi hỏi dữ liệu như Tiktok, Instagram trên blockchain.
Các vấn đề này đã chỉ ra rằng khả năng tính toán và tính khả dụng của dữ liệu là lý do chính hạn chế việc áp dụng quy mô lớn của các mô hình tính toán mới. Chuỗi Ethereum bản thân nó không được thiết kế để xử lý một lượng lớn các tác vụ tính toán và dữ liệu nặng. Để tương thích với những ứng dụng này, cần phải giới thiệu khái niệm về bộ đồng xử lý. Chuỗi Ethereum tự nó giống như CPU, trong khi bộ đồng xử lý giống như GPU, xử lý các tác vụ tính toán và dữ liệu nặng.
Với sự phát triển của công nghệ chứng minh không kiến thức, để đảm bảo tính đáng tin cậy của bộ đồng xử lý trong tính toán ngoài chuỗi, hầu hết các dự án bộ đồng xử lý đều dựa trên công nghệ chứng minh không kiến thức.
Phạm vi ứng dụng của ZK đồng xử lý rất rộng, gần như bao trùm tất cả các tình huống ứng dụng phi tập trung thực sự, bao gồm mạng xã hội, trò chơi, DeFi, hệ thống quản lý rủi ro dựa trên dữ liệu chuỗi, oracle, lưu trữ dữ liệu, đào tạo và suy luận mô hình ngôn ngữ lớn, v.v. Về lý thuyết, những chức năng mà ứng dụng Web2 có thể thực hiện, ZK đồng xử lý cũng có thể thực hiện trên blockchain, trong khi Ethereum được sử dụng như lớp thanh toán cuối cùng để đảm bảo tính an toàn của ứng dụng.
Hiện tại, định nghĩa về bộ xử lý đồng xử lý ZK trong ngành công nghiệp chưa hoàn toàn thống nhất. ZK-Query, ZK-Oracle, ZKM, v.v. đều có thể được coi là bộ xử lý đồng xử lý, chúng có thể hỗ trợ truy vấn dữ liệu đầy đủ trên chuỗi, dữ liệu đáng tin cậy ngoài chuỗi và kết quả tính toán ngoài chuỗi. Từ góc độ này, Layer2 về cơ bản cũng là một loại bộ xử lý đồng xử lý của Ethereum.
Tổng quan dự án hợp tác xử lý
Các dự án đồng xử lý hiện tại khá nổi bật chủ yếu tập trung vào ba kịch bản ứng dụng: chỉ mục dữ liệu trên chuỗi, oracle và ZKML. Trong đó, các dự án máy ảo ZK đa năng như Delphinus tập trung vào zkWASM, trong khi Risc Zero thì chuyên về kiến trúc Risc-V.
Kiến trúc công nghệ đồng xử lý
Lấy ví dụ về bộ xử lý đồng xử lý ZK đa năng, chúng tôi sẽ phân tích kỹ lưỡng ba dự án Risc Zero, Lagrange và Succinct về kiến trúc công nghệ của chúng, nhằm hiểu sự khác biệt và tương đồng trong thiết kế công nghệ và cơ chế của loại máy ảo đa năng này, từ đó đánh giá xu hướng phát triển trong tương lai của bộ xử lý đồng xử lý.
Risc Zero
Bộ đồng xử lý ZK của Risc Zero được gọi là Bonsai, nó xây dựng một bộ thành phần chứng minh không biết liên quan đến blockchain. Bonsai dựa trên kiến trúc tập lệnh Risc-V, có tính linh hoạt cao, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như Rust, C++, Solidity, Go.
Chức năng chính của Bonsai bao gồm:
Các thành phần cốt lõi của Bonsai bao gồm:
Lagrange
Lagrange nhằm mục đích xây dựng bộ đồng xử lý và cơ sở dữ liệu có thể xác minh, bao gồm dữ liệu lịch sử trên blockchain, hỗ trợ phát triển ứng dụng mà không cần tin cậy. Các chức năng chính của nó bao gồm:
Thiết kế cơ sở dữ liệu của Lagrange liên quan đến ba phần: dữ liệu lưu trữ hợp đồng, dữ liệu trạng thái EOA và dữ liệu khối. Nó tạo ra một cấu trúc dữ liệu khối thân thiện với bằng chứng SNARK, mỗi nút lá đều là một tiêu đề khối.
Tính toán máy ảo ZKMR của Lagrange được chia thành hai bước:
ZKMR có thể kết hợp các chứng minh của tính toán nhỏ thành chứng minh của tính toán tổng thể, mở rộng hiệu quả khả năng chứng minh cho tính toán phức tạp.
Ngắn gọn
Mục tiêu của Succinct Network là tích hợp các sự kiện lập trình vào mọi khía cạnh của phát triển blockchain. Nó hỗ trợ nhiều loại mã, bao gồm Solidity và ngôn ngữ lĩnh vực zero-knowledge chuyên dụng, có thể được thực thi trong các bộ xử lý ngoài chuỗi.
ZKVM ngoài chuỗi của Succinct được gọi là SP (Succinct Processor), hỗ trợ Rust và các ngôn ngữ LLVM khác. Các tính năng cốt lõi của nó bao gồm:
So sánh dự án hợp xử lý
Khi so sánh bộ xử lý ZK đồng xử lý thông dụng, chúng tôi chủ yếu xem xét các khía cạnh sau:
Hiện tại, các con đường kỹ thuật của các dự án chủ đạo có xu hướng đồng nhất, chẳng hạn như đều sử dụng các bộ bọc từ STARKs đến SNARKs, cũng như công nghệ chứng minh đệ quy. Do việc tạo ra chứng minh của thuật toán ZK là giai đoạn tốn kém nhất về chi phí và thời gian, các dự án đều đang xây dựng mạng lưới người chứng minh và thị trường điện toán đám mây.
Trong trường hợp con đường công nghệ tương tự, sự đột phá của dự án có thể phụ thuộc nhiều hơn vào sức mạnh của đội ngũ và sự hỗ trợ từ các nguồn lực hệ sinh thái VC phía sau để giành được thị phần lớn hơn.
Sự khác biệt giữa bộ xử lý đồng xử lý và Layer2
Khác với Layer2 hướng đến người dùng, bộ đồng xử lý chủ yếu hướng đến phát triển ứng dụng. Nó có thể hoạt động như một thành phần tăng tốc hoặc thành phần mô-đun, được áp dụng trong các tình huống sau:
Bộ xử lý đồng xử lý mang đến tiềm năng đồng bộ dữ liệu trong toàn chuỗi theo thời gian thực và tính toán đáng tin cậy hiệu suất cao với chi phí thấp, có khả năng tái cấu trúc hầu hết các phần mềm trung gian của blockchain, bao gồm oracle, truy vấn dữ liệu, cầu nối liên chuỗi, v.v.
Những thách thức mà bộ xử lý đồng xử lý phải đối mặt
Tóm tắt và triển vọng
Công nghệ ZK có tính ứng dụng rất cao, giúp hệ sinh thái Ethereum phát triển từ phi tập trung sang phi tín nhiệm. Bộ đồng xử lý ZK là công cụ quan trọng để triển khai công nghệ ZK, lý thuyết có thể hiện thực hóa phiên bản blockchain của bất kỳ ứng dụng Web2 nào.
Việc áp dụng quy mô lớn của ZK đồng xử lý chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố: cơ sở dữ liệu có thể chứng minh theo thời gian thực toàn chuỗi và tính toán ngoài chuỗi chi phí thấp. Mục tiêu này cần được thực hiện thông qua các vòng lặp lặp lại dần dần. Ứng dụng thương mại của ZK chip tính toán là điều kiện tiên quyết quan trọng cho việc triển khai quy mô lớn của đồng xử lý.
Thị trường hiện tại thiếu đổi mới, tạo ra cơ hội để xây dựng công nghệ ứng dụng quy mô lớn thế hệ tiếp theo. Dự kiến trong chu kỳ tiếp theo, chuỗi công nghiệp ZK sẽ có khả năng thực hiện thương mại hóa. Hiện tại là thời điểm tốt nhất để chú ý đến các công nghệ cốt lõi có thể hỗ trợ tương tác trên chuỗi cho 1 tỷ người dùng.