V神提出膠水和協(xié)處理器計(jì)算模型！提高效率和安全性
以太坊共同創(chuàng)辦人Vitalik Buterin最新撰文，探討了現(xiàn)代運(yùn)算如何采用「膠水(Glue)和協(xié)處理器(Coprocessor)」架構(gòu)來(lái)提高效率，這種架構(gòu)將運(yùn)算分為兩部分：一個(gè)是通用但效率較低的「業(yè)務(wù)邏輯」，另一個(gè)是高度結(jié)構(gòu)化且運(yùn)算密集型的「昂貴工作」，并通過(guò)靈活的通用「膠水」元件和高效的專用「協(xié)處理器」來(lái)優(yōu)化這兩種運(yùn)算形式。
實(shí)務(wù)上運(yùn)算分離例子
Vitalik詳細(xì)說(shuō)明了「膠水和協(xié)處理器」架構(gòu)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，包括以太坊虛擬機(jī)(EVM)、人工智能(AI)、網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用(Webapps)和可編程密碼學(xué)等。
在EVM的例子中，Vitalik分析了一筆交易的Gas費(fèi)，指出大部分運(yùn)算(約73%)集中在幾個(gè)結(jié)構(gòu)化的昂貴操作上，如存儲(chǔ)讀寫(xiě)和日志記錄，而其余部分則是「業(yè)務(wù)邏輯」，例如處理交易的具體細(xì)節(jié)。
在AI領(lǐng)域，Vitalik以PyTorch中的例子說(shuō)明了如何使用Python編寫(xiě)高層次的「業(yè)務(wù)邏輯」，而將密集運(yùn)算(如矩陣和向量操作)交由CUDA和ASIC來(lái)高效處理。
Vitalik還探討了在可編程密碼學(xué)中如何實(shí)現(xiàn)這種分離，例如STARKs可以通過(guò)通用虛擬機(jī)(如RISC-V)構(gòu)建證明器來(lái)處理通用業(yè)務(wù)邏輯，同時(shí)使用專門(mén)模組來(lái)高效處理特定昂貴的運(yùn)算操作。其他可編程加密技術(shù)如SNARKs、多方計(jì)算(MPC)和全同態(tài)加密(FHE)可能也會(huì)采用類似的優(yōu)化方法。
各領(lǐng)域運(yùn)算分離例子
運(yùn)算分離加劇的原因
Vitalik認(rèn)為，現(xiàn)代運(yùn)算越來(lái)越傾向于采用這種架構(gòu)，因?yàn)樗试S開(kāi)發(fā)者將運(yùn)算分離，從而在不同層面上進(jìn)行優(yōu)化，并且這種分離正在增加，主要是由于以下幾個(gè)原因：
CPU時(shí)脈速度的極限：隨著CPU時(shí)脈速度的提升達(dá)到瓶頸，進(jìn)一步的性能提升需要通過(guò)并行運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，并行運(yùn)算難以理解和實(shí)現(xiàn)，因此開(kāi)發(fā)者傾向于繼續(xù)使用順序邏輯，并將并行化交由后端專門(mén)的模塊來(lái)處理。
業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)算成本的降低：隨著運(yùn)算速度的大幅提升，業(yè)務(wù)邏輯的運(yùn)算成本變得微不足道。在這種情況下，優(yōu)化業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)行的虛擬機(jī)(VM)時(shí)，更注重開(kāi)發(fā)者友好性、安全性等目標(biāo)，而將運(yùn)算效率的需求交給專門(mén)的「協(xié)處理器」模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵昂貴操作的明確化：隨著時(shí)間的推移，在密碼學(xué)和人工智能等領(lǐng)域，已經(jīng)越來(lái)越清楚哪些是最重要且昂貴的操作類型(如模算數(shù)、橢圓曲線計(jì)算、快速傅立葉轉(zhuǎn)換、矩陣乘法等)，這使得專門(mén)優(yōu)化這些操作的協(xié)處理器變得更加可行且重要。
膠水和協(xié)處理器的優(yōu)化方向
最后，Vitalik提出了一些關(guān)于如何改進(jìn)EVM、提高運(yùn)算安全性、推動(dòng)開(kāi)源硬體以及加速密碼學(xué)主流化的建議。
EVM(以太坊虛擬機(jī))：
EVM不需要追求效率,而應(yīng)該注重熟悉度和生態(tài)系統(tǒng)。
可以通過(guò)加入?yún)f(xié)處理器(預(yù)編譯)來(lái)提高效率。
改進(jìn)EVM的方法包括添加更好的預(yù)編譯/特殊操作碼，以及改進(jìn)儲(chǔ)存布局。
安全運(yùn)算和開(kāi)源硬件：
當(dāng)前硬件安全面臨復(fù)雜性和專有性的挑戰(zhàn)。
開(kāi)源和安全的替代方案正在推進(jìn)，但效率仍是問(wèn)題。
建議采用「膠水和協(xié)處理器」架構(gòu)：用開(kāi)源、安全但較慢的主晶片處理敏感計(jì)算，并用專有但高效的ASIC模塊處理密集運(yùn)算。
密碼學(xué)：
這種架構(gòu)對(duì)密碼學(xué)(尤其是可程序化密碼學(xué))的主流化很有利。
一些高度結(jié)構(gòu)化的運(yùn)算(如SNARKs、MPC等)已經(jīng)有了高度優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。
通用VM執(zhí)行可能仍有較高開(kāi)銷，但只要密集運(yùn)算部分使用專門(mén)技術(shù)處理，整體開(kāi)銷就可控。
Vitalik補(bǔ)充道，雖然膠水不需要高效能，但在延遲和數(shù)據(jù)帶寬方面仍有一定要求。對(duì)于需要反復(fù)處理相同數(shù)據(jù)的運(yùn)算(如密碼學(xué)和AI)，膠水的效率可能成為瓶頸。
結(jié)論
Vitalik總結(jié)道，這一趨勢(shì)對(duì)于運(yùn)算效率的最大化、開(kāi)發(fā)者友好性、安全性和開(kāi)放性的平衡具有積極意義。通過(guò)讓不同部分專注于不同目標(biāo)，它實(shí)現(xiàn)了效率與其他價(jià)值(如安全性、開(kāi)放性和簡(jiǎn)單性)的共存。
這種架構(gòu)讓更專業(yè)的客戶端運(yùn)算變得可能，特別是改善了在用戶本地硬件上運(yùn)行敏感且高性能要求的運(yùn)算(如ZK證明、AI推理)的能力。同時(shí)，運(yùn)算的模塊化降低了小型和新興參與者的進(jìn)入門(mén)檻，促進(jìn)了多個(gè)運(yùn)算領(lǐng)域間的合作與學(xué)習(xí)。
此外，這種趨勢(shì)為密碼學(xué)本身提供了加速機(jī)會(huì)，并為區(qū)塊鏈的發(fā)展開(kāi)辟了新路徑，允許優(yōu)化特定功能(如預(yù)編譯)而不是整體虛擬機(jī)，使得性能和安全性可以同時(shí)得到提升。
以上就是V神提出膠水和協(xié)處理器計(jì)算模型！提高效率和安全性的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于運(yùn)算分離加劇的原因的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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