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

Blockchain'ın "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyuyor; bu, blok zinciri projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, yüksek hızlı işleme" sağlamasının zor olduğuna işaret ediyor. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu ebedi meseleye yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalara göre ayrılıyor, bunlar arasında:

• Gelişmiş genişletme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğini artırmak, örneğin paralel işleme, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişletme: İşlemleri zincir dışında gerçekleştirme, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmesi genişletme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılmış sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj yönlendirmesi, örneğin ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Durumsuz mimari vb., yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" olan eksiksiz bir genişletme sistemidir. Bu makalede, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / komutların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre, ölçeklenme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir, her biri farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder, sırasıyla paralel parçacık boyutu giderek daha ince, paralel yoğunluk giderek daha yüksek, planlama karmaşıklığı da giderek daha yüksek, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da giderek daha yüksektir.

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Actor akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilir, bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası / asenkron mesaj sistemi (blok senkronizasyon modeli değil) olarak, her Agent bağımsız çalışan bir "akıllı varlık süreci" olarak, eşzamanlı şekilde asenkron mesajlar, olay odaklı, senkronizasyon programlamasına gerek duymadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya shard genişleme çözümü, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplamaya dahil değildir. Genişlemeyi sağlamak için "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" bunu gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür genişleme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari fikirlerin benzerlik ve farklılık karşılaştırmasında kullanılacaktır.

İkincisi, EVM Sistemi Paralel Güçlendirilmiş Zincir: Uyumlulukta Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, shardlama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanındaki throughput darboğazı hala köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak, bu arada, EVM ve Solidity hala mevcut en güçlü geliştirici temeline ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını iyileştirmenin ana yolu olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, yüksek eşzamanlılık ve yüksek throughput senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini oluşturmak için gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırma bakış açılarıyla bu alandaki en temsilci projelerdir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) ilkesine dayalı olarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) getirerek uçtan uca optimizasyon sağlamaktadır.

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, çok katmanlı bir boru hattı yapısı oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltmayı amaçlar. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderme (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirlerinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize süreçlerdir; bu seri model, performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok zamanını (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 hemen sonra bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlemlerin yürütülmesinde katı bir sıralı model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını büyük ölçüde artırmaktadır.

İcra Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• 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 gibi; olgunluğu, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmaktadır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak, hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme süresi yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'in önerdiği ana yenilik, 'Micro-VM' mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (Yönlendirilmiş Döngüsel Olmayan Durum Bağlantı Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması ile birlikte, 'zincir içi çoklu iş parçacığı' paralel yürütme sistemini oluşturmaktır.

Micro-VM (mikro sanal makine) mimarisi: Hesap bir ipliktir

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıttı ve yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirerek paralel planlama için en küçük ayrıştırma birimini sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) ile birbirleriyle iletişim kurar ve çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız depolama yapabilir, doğal olarak paralel bir şekilde çalışabilir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiğine Dayalı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi geliştirdi. Sistem, her işlem sırasında hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyen bir küresel bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak sürdürmektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılığı olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelemeli olarak zamanlama sırasına alınacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazımını garanti eder.

Asenkron İcra ve Geri Çağırma Mekanizması

MegaETH, geleneksel EVM'in seri çağrı sorununu çözen, Aktör Modeli benzeri asenkron mesajlaşma üzerine inşa edilmiştir. Sözleşme çağrıları asenkron olup (rekürsif olmayan yürütme), sözleşme A -> B -> C çağrıldığında, her çağrı asenkron hale getirilir ve beklemek için engellenmez; çağrı yığını asenkron çağrı grafiğine (Call Graph) genişletilir; işlem işleme = asenkron grafiği tarama + bağımlılık çözümü + paralel zamanlama.

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, işlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanmakta ve senkron çağrı yığınını asenkron mesaj mekanizması ile değiştirmektedir. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma seviyesinde yeni bir düşünce sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM'ye tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme zamanlaması ile son derece paralel potansiyeli serbest bırakıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık 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) ayırır; her alt zincir, belirli işlemler ve durumlarla sorumlu olup, tek bir zincir kısıtlamasını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak, yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. İkisi, blok zincirinin genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme iki yönü temsil eder.

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

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) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesine olanak tanır, 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 ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun icra ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel icra ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
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 sayesinde, Pharos kaynakların dinamik olarak dağıtılmasını ve görevlerin paralel işlenmesini sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden stake protokolü aracılığıyla