Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır; yani blok zincir projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işlem" hedeflerine aynı anda ulaşması zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, günümüzdeki piyasa üzerindeki ana akım blok zincir genişletme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır.

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneklerini artırma, örneğin paralel, GPU, çoklu çekirdek
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parça, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişlemesi: İşlemi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapısal Ayrıştırma Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Mimari modüler, iş birliği içinde çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri ölçeklendirme çözümleri arasında: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırması, Durumsuz mimari gibi yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi çoklu katmanları kapsayarak "çok katmanlı işbirliği ve modül kombinasyonu" olan tam bir ölçeklendirme sistemi oluşturur. Bu yazıda, ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılacaktır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / komutların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalarına göre, ölçeklendirme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılır; her biri farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefelerini temsil eder. Sırasıyla paralel parçacık boyutu giderek daha ince, paralel yoğunluğu giderek daha yüksek, zamanlama karmaşıklığı da giderek daha yüksek, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek daha yüksektir.

• Hesap düzeyinde paralel (Account-level): Proje Solana'yı temsil eder.
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyinde paralel (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / Mikro VM paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat seviyesi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Agent/Actor Model olarak bilinen Actor akıllı varlık sistemi ile temsil edilmektedir. Bunlar, bir başka paralel hesaplama paradigmalarına aittir ve zincirler arası/asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak işlev görmektedir. Her bir Agent, bağımsız çalışan bir "akıllı varlık süreci" olarak, paralel bir şekilde asenkron mesajlar, olay sürücü, senkronizasyon planlaması gerektirmeden çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve aşina olduğumuz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, ölçeklendirmeyi "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmada kullanılacaktır.

İki, EVM Sistem Paralel Geliştirme Zinciri: Uyumlulukta Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, shard'lama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi ile bugüne kadar gelişti, ancak yürütme katmanındaki işleme sıkışıklığı hala köklü bir atılım sağlamadı. Ancak bu arada, EVM ve Solidity, şu anda en fazla geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformları olmaya devam ediyor. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırma yönünde kritik bir yol olarak EVM yan zincirleri, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline geliyor. Monad ve MegaETH, gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırma perspektifinden hareketle, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işleme senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa eden en temsilci projeler olarak öne çıkıyor.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad, Ethereum sanal makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) ilkesi üzerine kurulmuştur ve konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution), yürütme katmanında ise iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sağlamaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında Monad, sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) getirerek uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işlemek, üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama, bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak bloklar arasında eşzamanlı işleme sağlar. Sonuç olarak, verimliliği artırmak ve gecikmeyi azaltmak hedeflenir. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel zincirde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işleme sürecini daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini artırır.

Temel tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamaktan sorumludur, sözleşme mantığını yürütmez.
• Uygulama süreci (uygulama katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandığında hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine girilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel Çalıştırma：乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütme konusunda katı bir seri model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırır.

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri optimist bir şekilde paralel olarak gerçekleştirecektir.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak, işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini (örneğin, okuma/yazma çatışmaları) izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı olarak yeniden yürütülerek durumun doğruluğu sağlanır.

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştiren uyumlu bir yol seçti: yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor. Bu, daha çok performans odaklı bir Ethereum'a benziyor ve olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor; EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmıştır. Hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) veya modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini sağlamaktır. MegaETH’in önerdiği ana yenilik, 'Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG' (Yönlendirilmiş Aykırı Durum Bağımlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması ile birlikte 'zincir içi iş parçacıklaşma' odaklı bir paralel yürütme sistemi oluşturmaktır.

Micro-VM (Mikro-Sanallaştırıcı) mimarisi: Hesap, işlem hattıdır

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıttı ve yürütme ortamını "iş parçacığına ayırdı", paralel planlama için en küçük izolasyon birimini sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar ve çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG planlama sistemi inşa etmiştir. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) sürdürmektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıralama ile seri veya ertelenmiş bir şekilde zamanlanacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazımın önlenmesini garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

MegaETH, aktör modeli benzeri asenkron mesajlaşma üzerine inşa edilmiştir ve geleneksel EVM'in seri çağrı sorununu çözer. Sözleşme çağrıları asenkron (rekürsif olmayan yürütme) olup, A sözleşmesini çağırdığınızda B'ye, B'yi çağırdığınızda C'ye geçerken, her çağrı asenkron olarak gerçekleştirilir ve beklemek için engel oluşturulmaz; çağrı yığını asenkron çağrı grafiğine (Call Graph) genişletilir; işlem yönetimi = asenkron grafiği gezinme + bağımlılık çözme + paralel zamanlama.

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu olarak yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmalar düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için eşzamansız yürütme zamanlamasını kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor, daha çok Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemi gibi.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile oldukça farklıdır: parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) böler; her alt zincir, kısmi işlemler ve durumlarla sorumlu olup, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında genişletir. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak, yalnızca yürütme katmanında yatay olarak genişler ve tek zincir içinde sınırlı paralel yürütme optimizasyonları ile performansını artırır. İkisi de blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırma hedefiyle, geçiş optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu hedefe, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem seviyesinde veya hesap düzeyinde paralel işleme ile ulaşılmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPNs) iş birliği ile çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamları (TEE) gibi ileri teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) ayrıştırarak asenkron bir işleme yöntemi benimser, böylece her aşama bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilebilir, bu da genel işleme verimliliğini artırır.
2. İki Sanal Makine Paralel Çalıştırma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel çalıştırma ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik tahsisini ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, böylece sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden stake etme protokolü aracılığıyla (