Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklenmenin Nihai Yolu

Ön Söz: Ölçekleme, sonsuz bir konu ve paralellik, nihai savaş alanıdır

Blockchain sistemleri doğdukları günden beri ölçeklenebilirlik gibi temel bir sorunla karşı karşıya. Bitcoin ve Ethereum'un performans darboğazları, geleneksel Web2 sistemleri kadar değil. Bu, sadece sunucu eklemekle çözülebilecek bir durum değil, aksine blockchain'in temel tasarımındaki sistematik kısıtlamalardan kaynaklanıyor - "merkeziyetsizlik, güvenlik, ölçeklenebilirlik" üçlüsü.

Son on yılda, sayısız ölçeklendirme denemesine tanık olduk; Bitcoin ölçeklendirme tartışmalarından Ethereum parçalanmasına, durum kanallarından Rollup ve modüler blok zincirine kadar. Mevcut ana akım ölçeklendirme çözümü olarak Rollup, TPS'de büyük bir artış sağlasa da, blok zincirinin temel "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarına henüz ulaşamamıştır; özellikle yürütme açısından hala zincir içi seri hesaplamalarla sınırlıdır.

Zincir içi paralel hesaplama giderek sektörün odağı haline geliyor. Tek zincir atomikliğini korurken, yürütme motorunu tamamen yeniden yapılandırmayı hedefliyor ve blok zincirini "işlem bazında seri yürütme" den "çoklu iş parçacığı + boru hattı + bağımlılık zamanlaması" şeklinde yüksek eşzamanlılık sistemine yükseltiyor. Bu sadece yüzlerce kat daha yüksek bir işlem hacmi sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda akıllı sözleşme uygulamalarının patlama yapmasının anahtarı olabilir.

Paralel hesaplama, akıllı sözleşmelerin yürütülmesinin temel modelini zorlamakta ve işlem paketleme, durum erişimi, çağrı ilişkileri ve depolama düzeninin temel mantığını yeniden tanımlamaktadır. Amacı sadece verimliliği artırmak değil, aynı zamanda gelecekteki Web3 yerel uygulamaları için gerçekten sürdürülebilir bir altyapı desteği sağlamaktır.

Rollup pazarında homojenleşme eğilimi arttıkça, zincir içi paralellik yeni dönem Layer1 rekabetinin belirleyici değişkeni haline geliyor. Bu sadece bir teknoloji yarışı değil, aynı zamanda bir paradigma mücadelesi. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen yürütme platformu, muhtemelen bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacak.

Genişletme Paradigması Panorama: Beş Çeşit Yol, Her Birinin Kendi Vurgusu

Bir kamu zinciri teknolojisinin evrimi içindeki en önemli, en sürekli ve en zor konulardan biri olan ölçeklenebilirlik, son on yılda neredeyse tüm ana akım teknolojik yolların ortaya çıkması ve evrimini tetikledi. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zinciri daha hızlı nasıl çalıştırabiliriz" konulu teknik yarış, sonunda beş temel yolun ayrışmasına neden oldu. Her bir yol, darboğaza farklı açılardan yaklaşarak, kendi teknik felsefesi, uygulama zorluğu, risk modeli ve uygun senaryoları ile farklılık göstermektedir.

Birinci sınıf yollar, en doğrudan zincir üzerinde genişlemedir. Temsilci uygulamalar arasında blok boyutunu artırmak, blok oluşturma süresini kısaltmak veya veri yapısını ve konsensüs mekanizmasını optimize ederek işleme kapasitesini artırmak bulunmaktadır. Bu yöntem, tek zincir tutarlılığının sadeliğini korur, anlaşılması ve uygulanması kolaydır, ancak merkeziyetçilik riski, düğüm işletme maliyetlerinin artması, senkronizasyon zorluğunun artması gibi sistemsel sınırlara kolayca ulaşabilir. Bu nedenle, günümüz tasarımlarında artık ana akım bir çekirdek çözüm olmaktan çıkmış ve daha çok diğer mekanizmaların yardımcı bir kombinasyonu haline gelmiştir.

İkinci tür yol, zincir dışı genişlemedir; temsilcileri durum kanalları ve yan zincirlerdir. Bu tür yolların temel düşüncesi, çoğu işlem faaliyetini zincir dışına taşımak ve yalnızca nihai sonuçları ana zincire yazmaktır; ana zincir nihai hesaplaşma katmanı olarak işlev görür. Bu düşünce teorik olarak sınırsız genişletilebilir bir işlem hacmine sahip olsa da, zincir dışı işlemlerin güven modeli, fon güvenliği, etkileşim karmaşıklığı gibi sorunlar uygulamalarını kısıtlamaktadır.

Üçüncü tür rota, şu anda en popüler ve en yaygın şekilde dağıtılan Layer2 Rollup rotasıdır. Bu yöntem, zincir dışı yürütme ve zincir içi doğrulama mekanizması aracılığıyla ölçeklenebilirlik sağlar. Optimistik Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır: ilki hızlı bir şekilde gerçekleştirilir ve yüksek uyumluluğa sahiptir, ancak zorluk süresi gecikmesi ve dolandırıcılık kanıtı mekanizması sorunları vardır; ikincisi güvenliği güçlü, veri sıkıştırma yeteneği iyidir, ancak geliştirilmesi karmaşık ve EVM uyumluluğu yetersizdir.

Dördüncü tür yol, son yıllarda ortaya çıkan modüler blok zinciri mimarisidir ve Celestia, Avail, EigenLayer gibi örnekleri temsil etmektedir. Bu yön, blok zincirinin temel işlevlerinin - yürütme, mutabakat, veri kullanılabilirliği, uzlaşma - tamamen ayrılmasını savunur, farklı işlevleri yerine getiren birden fazla özel zincir tarafından gerçekleştirilir ve daha sonra çapraz zincir protokolleri ile birleştirilerek ölçeklenebilir bir ağ oluşturulur.

Son kategori, zincir içi paralel hesaplama optimizasyon yoludur. Önceki dört kategori esas olarak "yatay bölme" üzerine yapı düzeyinde odaklanırken, paralel hesaplama "dikey yükseltme" vurgular, yani tek bir zincir içinde yürütme motoru mimarisini değiştirerek atomik işlemlerin eşzamanlı işlenmesini sağlar. Solana, paralel VM kavramını zincir düzeyindeki sistemlere en erken uygulayan projedir. Monad, Sei, Fuel, MegaETH gibi yeni nesil projeler ise, daha ileri giderek boru hatlı yürütme, iyimser eşzamanlılık, depolama bölümlendirmesi, paralel ayrıştırma gibi öncü fikirleri entegre etmeye çalışarak modern CPU benzeri yüksek performanslı yürütme çekirdekleri inşa etmektedir.

Paralel Hesaplama Sınıflandırma Haritası: Hesaptan Talimata Beş Ana Yol

Blok zinciri ölçeklendirme teknolojisinin sürekli evrildiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımlarının temel yolu haline gelmektedir. Yürütme modelinden yola çıkarak, bu teknolojik soydan gelişim sürecini gözden geçirdiğimizde, net bir paralel hesaplama sınıflandırma haritası oluşturabiliriz; bu harita beş ana teknik yol olarak kabaca ayrılabilir: hesap düzeyinde paralellik, nesne düzeyinde paralellik, işlem düzeyinde paralellik, sanal makine düzeyinde paralellik ve talimat düzeyinde paralellik. Bu beş yol, kaba birimden ince birime kadar giden yolculuk, paralel mantığın sürekli olarak detaylandırılma sürecini ve sistem karmaşıklığı ile zamanlama zorluğunun sürekli artan yolunu yansıtmaktadır.

En erken ortaya çıkan hesap seviyesinde paralellik, Solana'nın temsil ettiği bir paradigma olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu model, hesap-durumunun ayrıştırılmış tasarımına dayanmakta olup, işlemde yer alan hesap kümesinin statik analizini yaparak çelişki ilişkilerinin var olup olmadığını belirlemektedir. Eğer iki işlem tarafından erişilen hesap kümeleri birbiriyle örtüşmüyorsa, birden fazla çekirdek üzerinde eşzamanlı olarak yürütülebilir. Bu mekanizma, yapılandırılmış ve belirgin bir şekilde tanımlanmış, girdi-çıktı ilişkisi net olan işlemleri işlemek için oldukça uygundur, özellikle DeFi gibi tahmin edilebilir yolların olduğu programlar için. Ancak, doğal varsayımı, hesap erişiminin tahmin edilebilir olduğu ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarım yapılabilir olduğudur; bu durum, karmaşık akıllı sözleşmelerle karşılaştığında, temkinli yürütme ve paralellik oranının düşmesi gibi sorunlara yol açabilmektedir.

Hesap modelinin temelinde daha da ayrıntılı hale getirerek, nesne düzeyinde paralel teknik katmanına geçiyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynaklar ve modüller için anlamsal soyutlama getiriyor ve daha ince granüllü "durum nesneleri" birimi üzerinden eşzamanlı zamanlamayı sağlıyor. Aptos ve Sui bu alandaki önemli araştırmacılardır, özellikle ikincisi Move dilinin lineer tür sistemi aracılığıyla, derleme zamanında kaynakların sahipliğini ve değişkenliğini tanımlayarak, çalışma zamanında kaynak erişim çatışmalarının hassas kontrolüne olanak tanıyor. Bu yöntem, hesap düzeyindeki paralelliğe kıyasla daha fazla evrensellik ve ölçeklenebilirlik sunmakta, daha karmaşık durum okuma/yazma mantıklarını kapsayabilmekte ve doğal olarak oyun, sosyal, AI gibi yüksek heterojenlik senaryolarına hizmet etmektedir.

İleri düzey işlem seviyesi paralelliği, Monad, Sei, Fuel gibi temsilcilerle yeni nesil yüksek performanslı zincirler tarafından araştırılan bir yönüdür. Bu yol, durumu veya hesapları en küçük paralel birim olarak almaktan vazgeçmiş, bunun yerine tüm ticari işlemin kendisi etrafında bağımlılık grafiği inşa etmeye odaklanmıştır. İşlemleri atomik işlem birimleri olarak ele almakta, statik veya dinamik analizler aracılığıyla işlem grafiği oluşturarak, zamanlayıcıya bağımlı olarak eşzamanlı akış yürütmesini sağlamaktadır. Bu tasarım, sistemin alt yapı durumunu tamamen anlamasına gerek kalmadan paralellikten maksimum düzeyde faydalanmasına olanak tanır. Monad özellikle dikkat çekicidir, zira modern veritabanı motoru teknolojileri olan iyimser eşzamanlı kontrol, paralel akış zamanlaması, sıralı olmayan yürütme gibi unsurları bir araya getirerek zincir yürütmesini "GPU zamanlayıcısı" paradigmasına daha yakın hale getirmektedir.

Sanal makine düzeyindeki paralellik, eşzamanlı çalışma yeteneğini doğrudan VM altındaki talimat zamanlama mantığına gömerek, EVM'nin dizisel yürütme ile ilgili sınırlamalarını tamamen aşmayı hedefliyor. MegaETH, Ethereum ekosisteminin içindeki "süper sanal makine deneyi" olarak, EVM'yi yeniden tasarlayarak çok iş parçacıklı eşzamanlı akıllı sözleşme kodu yürütmesini desteklemeye çalışıyor. Alt yapısı, her sözleşmenin farklı yürütme bağlamlarında bağımsız olarak çalışmasını sağlamak için segmentli yürütme, durum ayrımı, asenkron çağrılar gibi mekanizmaları kullanarak, nihai tutarlılığı sağlamak için paralel senkronizasyon katmanından yararlanıyor.

Son sınıf yol, en ince ayrıntılı ve teknik olarak en yüksek engelli komut düzeyinde paralellik. Bunun düşüncesi, modern CPU tasarımındaki sıralı yürütme ve komut boru hattından kaynaklanmaktadır. Bu paradigma, her akıllı sözleşmenin nihayetinde bayt kodu komutlarına derlendiğini göz önünde bulundurarak, her bir işlemi x86 komut seti gibi zamanlama analizi ve paralel yeniden sıralama ile gerçekleştirebileceğimizi savunmaktadır. Fuel ekibi, FuelVM'lerinde komut düzeyinde yeniden sıralanabilir bir yürütme modelini başlangıçta tanıtmıştır ve uzun vadede, blok zinciri yürütme motoru komut bağımlılıklarını tahmin ederek dinamik yeniden sıralama gerçekleştirdiğinde, paralellik teorik sınırına ulaşacaktır.

İki Büyük Ana Yarışma Alanı Derinlik Analizi: Monad vs MegaETH

Paralel hesaplama evriminin çoklu yollarında, mevcut piyasa en çok odaklanan, en yüksek sesle dile getirilen ve en eksiksiz anlatıma sahip iki ana teknoloji yolu, şüphesiz Monad'ı temsil eden "sıfırdan paralel hesaplama zinciri inşa etme" ve MegaETH'yi temsil eden "EVM içindeki paralel devrim"dir. Bu ikisi sadece mevcut kripto protokol mühendislerinin en yoğun şekilde yatırım yaptığı AR-GE yönleri değil, aynı zamanda mevcut Web3 bilgisayar performans yarışmasında en kesin iki kutup sembolüdür.

Monad, tamamen bir "hesaplama ilkesinin savunucusu"dur; tasarım felsefesi mevcut EVM ile uyumlu olmayı amaçlamaz, aksine modern veritabanları ve yüksek performanslı çok çekirdekli sistemlerden ilham alarak, blok zinciri yürütme motorunun temel çalışma şekliyi yeniden tanımlamayı hedefler. Temel teknoloji sistemi, olumsuz eşzamanlı kontrol, işlem DAG zamanlaması, sıralı yürütme, toplu işleme boru hattı gibi veritabanı alanındaki olgun mekanizmalara dayanır ve zincirin işlem işleme performansını milyon TPS seviyesine yükseltmeyi amaçlar. Monad mimarisinde, işlemlerin yürütülmesi ve sıralaması tamamen ayrıştırılmıştır; sistem önce işlem bağımlılık grafiği oluşturur, ardından zamanlayıcıya akış paralel yürütmesi için devreder. Tüm işlemler, belirgin okuma/yazma kümesi ve durum anlık görüntüsü ile birlikte işlem atomik birimi olarak kabul edilir; zamanlayıcı, bağımlılık grafiğine dayalı olarak iyimser bir şekilde yürütme gerçekleştirir ve çakışma meydana geldiğinde geri alım ve yeniden yürütme işlemi yapar.

Ve daha da kritik olan, Monad'ın EVM ile olan karşılıklı çalışabilirliği terk etmemiş olmasıdır. Geliştiricilerin Solidity sözdizimi ile sözleşme yazmalarını destekleyen, "Solidity-Uyumlu Ara Dil" benzeri bir ara katman aracılığıyla, yürütme motorunda ara dil optimizasyonu ve paralel planlama gerçekleştirmektedir. Bu "yüzeyde uyum, altta yeniden yapılandırma" tasarım stratejisi, Ethereum ekosistemi geliştiricilerine dost kalırken, alt düzey yürütme potansiyelini en üst düzeye çıkarma imkanı sunar, bu da tipik bir "EVM'yi yutmak ve sonra onu yeniden yapılandırmak" teknik stratejisidir.

Monad’ın "Yeni Dünya Kurucusu" tutumunun aksine, MegaETH tamamen zıt bir proje türüdür; mevcut Ethereum dünyasından başlayarak, çok küçük değişim maliyetleri ile yürütme verimliliğinde büyük bir artış sağlamayı seçmektedir. MegaETH, EVM standartlarını devirmemekte, mevcut EVM yürütme motoruna paralel hesaplama yeteneğini entegre etmeyi hedeflemekte ve "çok çekirdekli EVM"nin gelecekteki bir versiyonunu inşa etmektedir. Temel prensibi, mevcut EVM talimat yürütme modelinin tamamen yeniden yapılandırılmasıdır; bu da, thread düzeyinde izolasyon, sözleşme düzeyinde asenkron yürütme, durum erişim çakışma tespiti gibi yetenekleri kazandırarak, birden fazla akıllı sözleşmenin aynı blok içinde aynı anda çalışmasına ve nihayetinde durum değişikliklerini birleştirmesine olanak tanımaktadır. Bu model, geliştiricilerin mevcut Solidity sözleşmelerini değiştirmeden, yeni bir dil veya araç zinciri kullanmadan, yalnızca MegaETH zincirinde dağıtılan aynı sözleşmeyi kullanarak önemli performans kazançları elde etmelerini gerektirmektedir.

MegaETH'nin temel突破ü, VM çoklu iş parçacığı zamanlama mekanizmasındadır. Geleneksel EVM, yığın tabanlı tek iş parçacığı yürütme modeli kullanır; her talimat lineer olarak yürütülür ve durum güncellemeleri senkronize olarak gerçekleşmelidir. MegaETH, bu modeli kırarak, asenkron çağrı yığınını ve yürütme bağlamı ayrım mekanizmasını tanıtmıştır, böylece "eşzamanlı EVM bağlamı"nın aynı anda yürütülmesini sağlamaktadır. Her bir sözleşme, bağımsız bir iş parçacığında kendi mantığını çağırabilir ve tüm iş parçacıkları nihai durumu gönderirken, paralel senkronizasyon katmanı aracılığıyla durumu çakışma tespiti ve yakınsama için birleştirir. Bu mekanizma, modern tarayıcıların JavaScript çoklu iş parçacığı modeline çok benzer; ana iş parçacığı davranışının belirleyiciliğini korurken, arka planda asenkron yüksek performanslı zamanlama mekanizmasını da getirir.

Daha önemlisi, MegaETH, Ethereum ekosistemi ile derinlikte bir bağ kurmayı seçti. Gelecekteki ana varış noktası muhtemelen Optimism, Base gibi bir EVM L2 Rollup ağı olacaktır.