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

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blockchain sistemlerinin tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır; bu da blockchain projelerinin aynı anda "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı ve yüksek hızlı işlem" gerçekleştirmesinin zor olduğunu göstermektedir. "Ölçeklenebilirlik" üzerine bu sürekli konuya yönelik olarak, mevcut pazardaki ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Geliştirilmiş ölçeklenebilirliğin uygulanması: Yürütme yeteneğini yerinde artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölünmüş Durum / Shard, örneğin parça, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişletme: Yürütmeyi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Ayrıştırma Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Mimari modüler, iş birliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh.
• Asenkron Eşzamanlı Genişleme: 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 kanıtı sıkıştırma, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok seviyeyi kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" olan tam bir genişletme sistemidir. Bu makalede, paralel hesaplamanın ana genişletme yöntemi olarak vurgulanması amaçlanmaktadır.

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

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör akıllı sistemleri (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir. Bunlar, başka bir paralel hesaplama paradigmalarına aittir ve çapraz zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak işlev görür. Her bir Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı ajan süreçleri" olarak kabul edilir ve eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay tetikleme ve senkronizasyon planlamasına gerek kalmadan çalışır. Temsil eden projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve sıkça duyduğumuz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" ölçeklendirmeyi gerçekleştirir, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir ama yine de mimari konseptlerin benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

İki, EVM sisteminin paralel güçlendirilmiş zinciri: Uyumlulukta performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi günümüze kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklendirme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala köklü bir aşama kaydedememiştir. Ancak, EVM ve Solidity hala mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırmanın kritik yolu olarak, yeni bir ölçeklendirme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu doğrultuda en temsili projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerinde yüksek eş zamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarileri inşa etmektedir.

Monad’ın paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işlem anlayışı olan boru hattı işleme (Pipelining) üzerine kuruludur ve konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ile 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) tanıtarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel düşüncesi, blokzincirin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme gerçekleştirilir ve nihayetinde, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma hedeflenir. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok taahhüdü (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel zincirde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model performans ölçeklendirmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama asenkron hale getirmiştir. Blok zamanını (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha dayanıklı hale getirir, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak kullanım oranını artırır.

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel Çalıştırma：乐观并行执行

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

İşlem Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini (örneğin, okuma/yazma çatışmaları) izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı olarak yeniden yürütülecek ve durum doğruluğu sağlanacaktır.

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, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor ve olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor. 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 üzerinde bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak işlev görebilir. 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'in önerdiği ana yenilik, "zincir içi iş parçacıklaştırmaya" yönelik paralel yürütme sistemini birlikte inşa eden Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (yönlendirilmiş döngüsel durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır.

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

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak, yürütme ortamını "iş parçacıklaştırmıştır", paralel zamanlama için en küçük izole birim sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar, bu sayede 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 dayanan bir DAG planlama sistemi inşa etmiştir. Sistem, global bir bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak sürdürmektedir; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu, tümünü bir bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıralama ile seri veya ertelenmiş bir şekilde planlanır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazma olmamasını garanti eder.

Asenkron Çalışma ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, mikro sanal makine kapsüllemesini hesap birimi bazında gerçekleştirmekte, işlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması getirmektedir. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir fikir 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 zor hale gelir, bu da onu Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemine daha çok benzetir.

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 bir alt zincir belirli işlemler ve durumlarla ilgilenir, tek zincir sınırlamasını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak, yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde sınır paralel yürütme optimizasyonu ile performansı aşar. İkisi, blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi eşzamanlı hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmak için ana hedef olarak throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu hedefe, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde eşzamanlı işleme gerçekleştirilerek ulaşılmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın eşzamanlı bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel eşzamanlı hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) işbirliği sayesinde çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) destekler ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamları (TEE) gibi ileri teknolojileri entegre eder.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizmasının analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemesi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel olarak gerçekleşmesini sağlar, bu da genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalışma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun yürütme ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de geliştirmiştir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesini ve görevlerin paralel olarak işlenmesini sağlayarak 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 (Rest