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

Blok zincirinin "mümkün olmayan üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik", blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blok zinciri projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı ve hızlı işlem" sağlamakta zorlandığını göstermektedir. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır; bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklendirme uygulaması: Yerinde yürütme kapasitesinin artırılması, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli.
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Durum Bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı: İfayı zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmesi ile genişleme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışmak, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blockchain ölçeklendirme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla katmanı kapsayan, "çok katmanlı iş birliği ve modül kombinasyonu" olan eksiksiz bir ölçeklendirme sistemidir. Bu yazı, paralel hesaplamanın ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak vurgulanmasına odaklanmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemler / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre, genişletme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her biri farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel parçacık boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artar.

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir, bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir ve çapraz zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak her bir Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı süreçler" olarak yer alır, eşzamanlı şekilde asenkron mesajlar, olay tetikleme ve senkronize planlamaya gerek kalmadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve aşina olduğumuz Rollup veya shard genişletme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, genişlemeyi sağlamak için "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirir, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari fikirlerin karşılaştırılması için kullanılacaktır.

İki, EVM Tabanlı Paralel Genişletilmiş Zincir: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugün, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi bir dizi ölçeklenme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity, hala mevcut en güçlü geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırma arasında denge kurmanın ana yolu olarak, yeni bir ölçeklenme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa etmek için gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması perspektifinden hareket eden bu yöndeki en temsilci projelerdir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir ve temel paralel fikir olan boru hatları işleme (Pipelining) üzerine kuruludur. Konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eş zamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlanmaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir ve temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya bölmek ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, çok katmanlı bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde throughput'u artırma ve gecikmeyi azaltma hedeflerine ulaşır. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok taahhüdü (Commit).

Asenkron Çalışma: Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkron bir süreçtir, bu seri model performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" aracılığıyla konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek hale getirir, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak verimliliğini artırır.

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütmesinde katı bir seri model kullanmaktadır. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırmaktadır.

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser 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 seri hale getirilerek yeniden yürütülür, durumun doğruluğu sağlanır.

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

MegaETH'in paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmaktadır. Hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak hem de Ethereum üzerinde bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bir bileşen olarak işlev görebilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilir en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme tepkisi yeteneğini gerçekleştirmektir. MegaETH'in sunduğu ana yenilik, Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (Yönlendirilmiş Asiklik Durum Bağıntı Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması ile birlikte "zincir içi iş parçalılaştırma" odaklı paralel yürütme sistemini oluşturmaktadır.

Micro-VM (Mikro Sanal Makine) mimarisi: Hesap bir iş parçacığıdır

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak, yürütme ortamını "iş parçacıklı" hale getirir ve paralel planlama için en küçük ayrılma birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar, böylece çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız depolama yapabilir ve doğal olarak paralel hale gelir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG zamanlama sistemi oluşturdu. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) olarak sürdürmektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıralama ile seri veya ertelenmiş bir şekilde zamanlama sırasına konulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazım yapmamayı sağlar.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştiriyor, işlem zamanlaması için durum bağıntı grafiğini kullanıyor ve eşzamanlı çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanıyor. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" boyutlarında yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmaya dayalı yeni bir fikir sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme planlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zordur; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

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 durumlar için sorumludur, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme yapar ve tek zincir içindeki maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. İkisi, blok zinciri genişletme yollarında dikey güçlendirme ile yatay genişleme arasında iki yönü temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırma amacıyla throughput optimizasyonu yollarına odaklanmaktadır. Bu hedef, Deferred Execution (Gecikmeli İcra) ve Micro-VM mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işlemeyi gerçekleştirmektedir. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zincir ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) iş birliği yoluyla, çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve Zero Knowledge Proof (ZK), Trusted Execution Environment (TEE) gibi gelişmiş teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliği artırılır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun icra ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel icra ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağı (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevleri veya uygulamaları işlemek için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesini ve görevlerin paralel işlenmesini sağlar, bu da sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve