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

Blockchain'in "mümkün olmayan üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "dağıtıklık" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistemleri tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır, yani blok zinciri projelerinin "aşırı güvenlik, herkesin katılabileceği, hızlı işlem" gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" üzerine tartışılan bu sonsuz konu hakkında, şu anda piyasada mevcut olan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş genişletme uygulaması: Yerinde yürütme kapasitesini artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Durum Parçalama/Shard, örneğin parça, UTXO, çoklu alt ağ
• Zinciri dışı dış kaynak kullanımı genişletmesi: yürütmeyi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Decoupling Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör Modeli, Süreç İzolasyonu, Mesaj Tabanlı, örneğin akıllı 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 kanıt sıkıştırması, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla seviyeyi kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" şeklinde tam bir genişletme sistemi oluşturur. Bu makalede, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplama üzerinde durulacaktır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalarına göre, ölçeklendirme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel işleme parçacığı giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, planlama karmaşıklığı da artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da artar.

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Temsilci Akıllı Varlık Sistemi (Agent / Actor Model) olarak bilinen bir tür paralel hesaplama paradigmasına aittir. Bu model, çapraz zincir/asenkron mesaj sistemleri (blok zincir senkronizasyon modeli değil) olarak çalışır. Her bir Temsilci, bağımsız olarak çalışan "akıllı varlık süreci" olarak görev yapar ve asenkron mesajlar, olaylar iletimi, senkronizasyon planlaması gerektirmeksizin paralel bir şekilde çalışır. Temsil edilen projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Bildiğimiz Rollup veya parçalı genişletme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarına aittir ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Genişlemeyi, "birden fazla zinciri/işletim alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok/virtual makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri, bu makalenin tartışma odaklarından biri değildir ancak yine de mimari felsefelerin karşılaştırılması için kullanılacaktır.

İki, EVM Serisi Paralel Geliştirme Zinciri: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesinden geçerek bugüne geldi, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en fazla geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırma açısından kritik bir yol olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projelerden ikisidir, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırmasından hareketle, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) fikrine dayanarak, 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 gerçekleştirir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel prensibidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, çok boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde işlem hacmini artırmayı ve gecikmeyi azaltmayı hedefler. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), mutabakatın sağlanması (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blokların sunulması (Commit).

Asenkron Yürütme: Konsensüs - Yürütme Asenkron Ayrık

Geleneksel zincirde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize süreçlerdir, bu seri model performans genişlemesini ciddi şekilde sınırlar. Monad, "asenkron yürütme" aracılığıyla 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.
• İcra süreci (icra katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra:乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlem yürütmede katı bir seri model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisi benimseyerek işlem işleme hızını büyük ölçüde artırır.

İcra mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin arasında durum çatışması 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 çatışması) izlemek.
• Eğer bir çelişki tespit edilirse, çelişen işlemler seri hale getirilip yeniden yürütülecek, durum doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralını değiştirerek uyumlu bir yol seçti: yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve dinamik olarak çakışmaları tespit ederek paralellik sağlıyor; bu, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi. Olgunluğu, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyası için bir paralel hızlandırıcı görevi görüyor.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının 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 artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler 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 sunduğu temel yenilikler: Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır; bu, "zincir içi iş parçacığı" paralel yürütme sistemini inşa etmektedir.

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 parçacığına dayalı" hale getirir ve paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağlar. Bu VM'ler arasında senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurulur; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiğine Dayalı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi geliştirmiştir. Sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) tutar. Her işlem, hangi hesapların değiştirileceğini ve hangi hesapların okunacağını, tamamını bağımlılık ilişkisi olarak modelleyerek belirler. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, tepe sırasına göre seri veya gecikmeli bir şekilde zamanlama sırasına alınacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlanan yazma işlemlerini garanti eder.

Asenkron Yürütme ve Geri Arama Mekanizması

B

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" boyutunda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve sonraki nesil yüksek performanslı zincir içi sistemlerin inşası için paradigma seviyesinde 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 asenkron yürütme planlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zordur, bu da onu Ethereum felsefesi altında bir süper dağıtık işletim sistemi gibi yapar.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, shardlama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Shardlama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (Shard) böler, her alt zincir belirli işlemler ve durumlar ile ilgilenir, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. İkisi de blok zinciri genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırmak amacıyla throughput optimizasyonu yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilmesini sağlar. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel paralel işleme mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) 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, mutabakat, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemini benimser, böylece her aşama bağımsız ve paralel olarak gerçekleştirilebilir, bu da genel işleme verimliliğini artırır.
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 artırmanın yanı sıra, paralel icra sayesinde işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağı (SPNs): SPNs, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPNs aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağılımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, bu da 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 ana ağı yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla gerçekleştirir.