原標題：我如何學會停止擔心並愛上執行分片
視頻鏈接：https://www.youtube.com/watch?v=A0OXif6r-Qk
講師：Scott Sunarto (@smsunarto) 在研究日
文章編輯：Justin Zhao (@hiCaptainZ)
大家好，我叫 Scott (@smsunarto)，是 Augus Labs (@ArgusLabs_) 的創始人。今天，我將討論一個我們已經有一段時間沒有觸及的主題。隨著 roll-up 成為當前的熱點，我們不常談論執行分片，與數據分片相比。因此，讓我們重新審視這個有些被忽視的執行分片主題。
這將是一場輕鬆的演講。我知道大家整天都在聆聽複雜的概念，所以我會儘量保持實用。我為這次演講準備了一個合適的幻燈片設計。
對於那些不認識我的人，一個有趣的事實是我在 Twitter 上被稱為動漫女孩。我還錯過了我的大學畢業典禮來到這裡，這讓我的父母非常不滿。目前，我是 Argus Labs 的創始人。我們自認為是一家遊戲公司，而不是基礎設施或加密公司。我最大的抱怨之一是，所有的加密遊戲都想建立工具，但沒有人想創建內容或應用程序。我們需要更多用戶實際可以使用的應用程序。
之前，我是 Dark Forest (@darkforest_eth) 的共同創建者，與我出色的朋友 Brian Gu (@gubsheep) 和 Alan Luo (@alanluo_0) 一起。Brian 現在在運營 0xPARC (@0xPARC)，他比我聰明得多。
今天的演講將專注於執行分片，但在一個對於我們通常討論執行分片的背景來說是陌生的。我們通常在一層一的背景下討論執行分片，比如以太坊分片或 Near 分片。但今天，我想稍微改變一下背景。讓我們想想在 roll-up 環境中，分片會是什麼樣子。
這裡的根本問題是，為什麼一家遊戲公司要架構自己的 roll-up，以及我們可以從《魔獸世界》中學到什麼來設計 roll-up。此外，我們還將探討 roll-up 的設計空間如何超越當前的現實。
為了回答這些問題，讓我們回到 2020 年，當時 Dark Forest 的想法首次被提出。我們問自己，如果我們創建一個每一個遊戲行動都是鏈上交易的遊戲會怎樣？那時這是一個荒謬的前提，今天對許多人來說仍然如此。但這是一個有趣的假設，所以我們構建了它，Dark Forest 因此誕生。
Dark Forest 是一個完全鏈上的太空探索 MMORTS 遊戲，運行在以太坊上，使用 ZK-Snarks。回到 2020 年，ZK 並不像今天那樣流行，因為文檔幾乎不存在。Circom 唯一可用的文檔是 Jordi Baylina (@jbaylina) 的 Google 文檔。儘管面臨挑戰，我們從過程中學到了很多，Dark Forest 就是這種學習的體現。
Dark Forest 是一個超出我們預期的實驗。我們擁有超過 10,000 名玩家，消耗了數萬億的燃氣，並且在遊戲中出現了大量的混亂，玩家們在鏈上互相背叛。Dark Forest 和鏈上遊戲最迷人的地方是平台化的本質。通過擁有一個鏈上遊戲，你為新興行為打開了設計空間，並允許人們構建與遊戲互動的智能合約，以及替代客戶端和遊戲模式，例如 Dark Forest Arena 和 GPU 礦工。
然而，強大的力量伴隨著巨大的責任。當我們在 xDai 上推出 Dark Forest 時，現在被稱為 Gnosis Chain，我們最終填滿了整個鏈的區塊空間。這使得該鏈幾乎無法用於其他任何事情，包括 DeFi、NFT 或任何其他 xDAI 的東西。
那麼，現在該怎麼辦？我們是否到了死胡同？鏈上遊戲是否永遠無法成為現實？還是我們回到製作只有 JPEG 在鏈上的遊戲，並說服人們錢是從樹上長出來的？答案是，我們讓軟件做事情。我們中的許多人以非常僵化的方式思考區塊鏈和 roll-up，彷彿沒有太多改進的空間。但我不同意。我們可以實驗並發現新的可能性。
我們問自己這個問題：如果我們要從零開始設計一個專門為遊戲而設的區塊鏈，它會是什麼樣子？我們需要高吞吐量，因此需要同時擴展讀取和寫入。大多數區塊鏈都是設計來進行大量寫入的。每秒交易數是人們所宣傳的指標，但現實是，讀取同樣重要。如果你無法從區塊鏈節點讀取，你怎麼知道你的位置在哪裡？這實際上是我們在區塊鏈建設中發現的第一個瓶頸。
Dark Forest 遇到了一個問題，完整的節點被大量使用，I/O 爆炸，因為我們需要從鏈上狀態讀取數據。這導致了數千美元的伺服器成本，xDAI 團隊慷慨地為我們支付了這些費用。然而，這對於長期來說並不理想。我們需要高吞吐量，不僅僅是每秒寫入交易，還需要讀取，例如從區塊鏈本身獲取數據。
我們還需要一個水平可擴展的區塊鏈，以避免噪音鄰居問題。我們不希望一個受歡迎的遊戲突然在一個區塊鏈上崩潰，導致所有其他功能停止運作。我們還需要靈活性和可定制性，以便我們可以修改狀態機，使其設計為遊戲。這包括擁有遊戲循環，使其自我執行，等等。
最後但同樣重要的是，對於不熟悉在線遊戲架構的人來說，這可能有些模糊，我們需要高 tick 率。Tick 是遊戲世界中的原子時間單位。在區塊鏈上下文中，我們有區塊作為原子時間單位。在遊戲中，我們有 tick。這在構建完全鏈上遊戲時幾乎是類似的，區塊鏈的 tick 速度或區塊生成速度等於遊戲本身的 tick。
如果你有更高的 tick 或每秒更多的區塊，遊戲感覺會更靈敏。相反，如果你有較低的 tick，遊戲感覺會更遲鈍。需要記住的一個關鍵點是，如果區塊生成延遲，你會在遊戲中視覺上感受到延遲。這是一個糟糕的體驗。如果你曾經處理過因為輸掉遊戲而對著電腦大喊的憤怒玩家，那真的是一個非常糟糕的情況。
目前，我們的 rollup 每秒一個區塊，這等於一個 tick 率。如果我們想要更酷的遊戲，我們需要更高的 tick 率。例如，Minecraft 這個簡單的像素藝術遊戲每秒有 26 個 tick。我們還有很長的路要走，才能構建出像 Minecraft 那樣靈敏的遊戲。
一個可能的解決方案是部署我們自己的 rollup。雖然這似乎在表面上解決了問題，但實際上並沒有解決問題的根本原因。例如，你的寫入吞吐量會更高，但並不完全達到遊戲所需的水平。當然，如果你的遊戲有一百名玩家，那就足夠了。但如果你想構建需要更高吞吐量的遊戲，由於當前建設中 I/O 的方式，會有非常嚴格的限制。
在讀取方面，你並不會真正獲得性能提升。你仍然需要依賴索引器。你並不真正擁有水平可擴展性。如果你試圖啟動一個新的 rollup 來水平擴展你的遊戲，你會使現有的智能合約生態系統碎片化。玩家部署的市場將無法與你為水平擴展遊戲而啟動的其他鏈兼容。這會帶來很多問題。
最後，高 tick 率和每秒區塊數根本不是一回事。我們可以盡力推進。我們可能會達到每秒兩個區塊，也許三個，但這真的是這些區塊鏈能達到的極限，因為有很多開銷，比如重新編組等，這對計算周期非常耗費。
為了解決這個問題，我們回顧 2000 年代初和 1990 年代末，當時在線遊戲如 MMO 剛剛興起。他們有分片的概念。這不是一個新概念；它在過去就已經存在。我們在數據庫架構中使用的 “分片” 一詞實際上來自於《Ultima Online》的參考。他們是第一個使用 “分片” 這個術語來解釋他們不同伺服器的遊戲。
那麼，分片在遊戲中是如何運作的？這不是一個通用的解決方案。它是工具箱中的一個工具，如何將其融入你的遊戲因上下文而異。例如，第一種分片結構是我喜歡稱之為基於位置的分片。思考它的一個良好心理模型是想像一個被分成四個象限的笛卡爾圖，每個象限都有自己的遊戲分片。每當你想跨越一個分片時，你會向另一個分片發送通信，說：“嘿，我想移動到那裡，” 然後你會被傳送到你的分片，留下你之前的玩家身體。通過這樣做，你將伺服器的工作負載分配到多個物理實例，而不是強迫單個伺服器為整個遊戲世界進行所有計算。
第二種結構在當今更受歡迎。它被稱為多元宇宙分片，你有多個彼此鏡像的遊戲實例。你可以選擇想要去的任何分片，並且它是默認負載均衡的，這樣每個伺服器不會變得過於擁擠。
現在，這裡的關鍵問題是如何將這個概念引入 rollup？這就是我們創建 World Engine 的原因。World Engine 是我們的旗艦基礎設施，基本上是一個有意見的分片序列器，旨在啟動。與我們在過去幾次演講中看到的許多分片序列器設計相比，我們的設計不同，更適合我們的需求。我們優化的目標是：A、吞吐量，B、我們想確保沒有鎖定阻塞運行時，以確保 tick 率和區塊時間盡可能高效，因此它默認是同步的，並且我們設計序列器的方式是部分順序，而不是強制總排序，這樣每個交易需要在其他交易之後發生。
這裡的關鍵組件是我們有兩個主要的東西。我們有基於 EVM 的分片，這就像一個純 EVM 鏈，玩家可以部署智能合約來與遊戲組合，創建帶有稅收的市場等等。這將像一個正常的鏈，對吧？每秒一個區塊或每秒一個事物，足夠讓你完成所有典型的設備和市場操作。
這裡的秘密成分是我們使用遊戲分片，這本質上是一個設計為高性能遊戲伺服器的迷你區塊鏈。我們有一個自帶實現的接口，這樣你可以根據自己的喜好自定義這個分片。你可以構建自己的分片並注入到基礎分片中。你只需要實現一組標準接口，就像如果你熟悉 Cosmos，Cosmos 有一個 ABC 接口。你基本上可以將其符合類似的規範，將自己的分片帶入世界引擎堆棧。
這裡的關鍵是我們擁有一個目前無法通過當前分片結構實現的高 tick 率。這就是我想介紹 Cardinal 的地方。Cardinal 是世界引擎的第一個遊戲分片實現。它使用實體 - 組件 - 系統，這是一種數據導向架構。這使我們能夠對遊戲進行並行處理，並提高遊戲計算的吞吐量。它具有可配置的 tick 率，最高可達每秒 20 個 tick。對於這裡的區塊鏈人來說，這是每秒 20 個區塊。
我們還可以進行地理定位以減少延遲。現在，你有可能位於美國的序列器，而亞洲的人們必須等待大約 300 毫秒的延遲，才能讓該交易到達序列器。這在遊戲中是一個巨大的問題，因為 300 毫秒是很長的時間。如果你嘗試以 200 毫秒的延遲玩 FPS 遊戲，那基本上就是永遠，你已經死了。
對我們來說，另一個重要的關鍵是它是自索引的。我們不再需要外部索引器。我們不需要這些框架來緩存遊戲內狀態。這也使我們能夠構建更多實時的遊戲，而不會有延遲問題，因為索引器仍在試圖跟上序列器區塊。
我們還有一個插件系統，允許人們並行化 ZK 驗證等等。對我來說，最好的部分是你可以用 Go 編寫代碼。不再需要與 Solidity 掙扎，試圖讓你的遊戲運行。如果你曾經嘗試用 Solidity 構建區塊鏈遊戲，那真的是一場噩夢。
但對於我們的分片結構來說，關鍵是你可以將任何東西構建為分片。它們基本上是一個無限的設計空間，分片可以是什麼。
假設你不喜歡用 GO 編寫遊戲代碼，你可以選擇退出，但我們正在開發一個 Solidity 遊戲分片，允許你用 Solidity 編寫遊戲實現，同時保留 Cardinal 的許多優勢。你還可以創建一個 NFT 鑄造分片，擁有獨特的內存池和一個排序結構，解決基本鑄造噪音鄰居問題。你甚至可以擁有一個遊戲身份分片，讓你可以使用 NFT 來表示你的遊戲身份，允許你輕鬆地使用 NFT 交易你的遊戲身份，而不必給出你的私鑰，這是不建議的。
這是一個高層次的結構，由於時間限制，我不會深入探討。這裡的關鍵是，我們允許 EVM 智能合約通過使用自定義選擇和傳遞與遊戲分片組合。我們在 Geth 周圍創建了一個包裝器，以允許它們之間的通信。這在雙向上打開了很多設計空間。我們默認是同步的，並且在分片之間無鎖地實現無縫的可組合互操作性。
我們的共享序列器不同之處在於，它不使用共享序列結構，這種結構優先考慮總排序原子包，這需要鎖定機制，並導致主線程阻塞等問題，導致不可靠的 tick 率和區塊時間，從而導致遊戲延遲。它還對每個分片的區塊時間施加限制，並需要各種加密經濟學和結構來防止拒絕服務。還有一個大象在房間裡，我沒有看到很多 VCR 序列器結構提到：如果你有不同的分片相互依賴並導致死鎖，你如何解決死鎖？使用異步設計，這些都不是問題，因為每個人都在做他們想做的事情，然後放手不管。
現實是，跨分片和 Roll-Ups 的原子包通常不是必需的。對於我們的用例，我們不需要任何需要原子包的東西，我們認為不應該圍繞用例純度來設計我們的 Roll-Ups。這還會導致許多其他有趣的特性。例如，每個遊戲分片可以擁有一個單獨的 DA 層，用於基礎鏈。例如，你可以使用基礎分片將數據推送到以太坊，而遊戲分片可以像數據可用性委員會一樣將數據推送到 Celestia。你還可以減少運行完整節點的硬件要求，因為你可以單獨運行基礎分片 Geth 完整節點，而不必運行遊戲分片節點，這使得你更容易與 Alchemy 等事物集成。
總結一下，我想在這裡保持知識上的誠實。很多人想聲稱他們的結構解決了所有生活中的問題，但對我們來說並非如此。我們認為我們的結構對我們有用，但可能不適合你的用例。假設我們的結構適用於每個人的用例並不現實。它符合我們的需求，提供高吞吐量、水平可擴展性、靈活性和高 tick 率，但並不能治癒癌症。如果你需要一個需要同步可組合性的 DeFi 協議，那麼這個結構可能不適合你。
總之，我真的相信以人為本的區塊鏈架構的概念。通過圍繞特定用戶角色和用例進行設計，你可以更好地導航權衡空間，而不是試圖解決每個人的問題。文藝復興的時代已經來臨，每個人都可以設計自己的 Roll-Ups 來滿足他們的特定需求，而不是依賴於通用解決方案。我相信我們應該擁抱寒武紀大爆發。不要像一個通用的第一層那樣構建 roll-ups，因為它根本不是為了解決同樣的問題而設計的。我個人期待看到更多人探索更多針對特定用例或行業的 Roll-Up 設計空間。例如，專門為資產交換設計的 Roll-Up 會是什麼樣子？它會是基於意圖的嗎？專門為鏈上 CLOB 設計的 Roll-Up 會是什麼樣子？說完這些，我將把麥克風交回 MJ。謝謝你們的接待。