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

1. Web3 Paralel Hesaplama Genel Görünümü

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blok zinciri projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işlem" hedeflerini aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklendirme uygulama: Yerinde yürütme yeteneğini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Parçalama, örneğin shard, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: işlemi zincir dışına taşımak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Ayrık Genişleme: 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, çok iş parçacıklı asenkron zincir

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırma, Durumsuz mimari vb., yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla katmanı kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" olan tam bir genişletme sistemidir. Bu makalede, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplama üzerinde durulacaktır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanmaktadır. Paralel mekanizmalara göre, ölçeklenme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Sırasıyla, 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 düzeyi paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder.
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem seviyesi paralellik (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı düzeyi / Mikro VM paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat seviyesinde paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Actor akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir; bunlar, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Çapraz zincir / asenkron mesaj sistemi (blok zinciri senkronizasyon modeli değildir) olarak, her Agent bağımsız olarak çalışan "akıllı varlık süreci"dir ve paralel bir şekilde asenkron mesaj, olay tetikleme ve senkronizasyon programlaması olmaksızın çalışmaktadır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya shard genişletme çözümleri, sistem seviyesinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Genişletmeyi "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makinenin içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri, bu yazının tartışma odak noktası değildir, ancak yine de mimari fikirlerin karşılaştırılması için kullanılacaktır.

İkincisi, EVM Sistemi Paralel Geliştirilmiş Zincir: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, shardlama, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklendirme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir kırılma yaşamamıştır. Ancak bu arada, EVM ve Solidity, mevcut en güçlü geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformları olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğu ile yürütme performansını artırma arasındaki dengeyi sağlamak için kritik bir yol olarak, yeni bir ölçeklendirme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projelerdir ve sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum parçalama yaklaşımından yola çıkarak, yüksek eş zamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi oluşturmaktadır.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

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

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel fikir, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işleme sokmaktır. Böylece, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturulur. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır ve bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşarak nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma hedeflenir. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), mutabakat (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron Yürütme: Konsensüs - Yürütme Asenkron Ayrıştırma

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

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 hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine girilir, tamamlanmayı beklemeye gerek yoktur.

Optimistik Paralel İcra:乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlemlerin yürütülmesinde katı bir sıralı model kullanır. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırır.

Yürütme 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 izlemek (örneğin, okuma/yazma çatışmaları).
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri olarak yeniden yürütülecek ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

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

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'yi EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırmaktadır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme güçlendirme 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 gerçekleştirmektir. MegaETH'nin önerdiği ana yenilik, Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır; bu bileşenler, "zincir içi iş parçacığı" odaklı paralel yürütme sistemini birlikte inşa eder.

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

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, bu sayede çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paralel hale gelir.

Eyalet Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği ile yönlendirilen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) bakımını yapar; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modelliyor. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilir, bağımlılık ilişkisi olan işlemler ise topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş bir şekilde zamanlama sırasına alınır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazımın olmamasını sağlar.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

MegaETH, aktör modeli benzeri asenkron mesajlaşma ile asenkron programlama paradigması üzerine inşa edilmiştir ve geleneksel EVM seri çağrı sorununu çözmektedir. Sözleşme çağrıları asenkron olup (özyinelemeli yürütme değildir), A -> B -> C sözleşme çağrısı yapıldığında, her çağrı asenkron hale getirilir ve bloklama beklemesi gerekmez; çağrı yığını asenkron çağrı grafiğine (Call Graph) açılır; işlem işleme = asenkron grafiği gezme + bağımlılık belirleme + paralel zamanlama.

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesaplar bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmektedir. İşlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanırken, senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" ekseninde yeniden tasarlanan 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 aşamalı yürütme planlaması ile aşırı paralel potansiyeli serbest bırakıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; 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 bağımsız alt zincirlere (parçalar Shards) böler, her bir alt zincir belirli işlemler ve durumlar üzerinde sorumludur, tek zincir sınırlamasını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonları ile performansı artırır. İkisi, blok zinciri genişletme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı hedefleyerek, throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme sağlanmaktadır. Pharos Network, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağı olarak, temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) işbirliği aracılığıyla, 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 İşlemi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (konsensüs, yürütme, depolama gibi) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde yürütülmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliği artırılır.
2. İki Sanal Makine Paralel Çalışması (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 sadece sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme ile işlem işleme yeteneğini 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 olarak dağıtımını 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 sunuyor ve yeniden stake etme protokolü ile...