Web3 Paralel Hesaplama Alanının Genel Manzarası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü?

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır; bu da blok zinciri projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı ve hızlı işlem yapma" özelliklerini aynı anda gerçekleştirmelerinin zor olduğunu göstermektedir. "Ölçeklenebilirlik" konusuna ilişkin olarak, mevcut pazardaki ana akım blok zinciri genişletme çözümleri paradigmaya göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklenebilirlik uygulaması: Yürütme yeteneklerini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Yatay Durum Bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: yürütmeyi zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Ayrıştırma Tabanlı Ölçekleme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri ölçeklenme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok seviyeyi kapsar ve "çoklu katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" olan eksiksiz bir ölçeklenme sistemidir. Bu makale, paralel hesaplamayı ana akım ölçeklenme yöntemi olarak tanıtmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre sınıflandırıldığında, 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 artar, zamanlama karmaşıklığı da artar, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da giderek artar.

• Hesap düzeyinde paralel (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyi paralellik (Transaction-level): Monad, Aptos projelerini temsil eder.
• 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, Agent / Actor Model olarak bilinen Actor akıllı varlık sistemini temsil eder; bunlar, zincirler arası / asenkron mesaj sistemlerine (blok zinciri senkronizasyon modelinin dışında) ait başka bir paralel hesaplama paradigmasıdır. Her Agent, bağımsız olarak çalışan bir "akıllı varlık süreci" olarak işlev görür ve eşzamanlı olarak asenkron mesajlar, olay odaklı işler, senkronizasyon programlaması gerektirmeden çalışır. Temsil eden projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya parçalara ayırma ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, ölçeklendirme sağlamak için "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel çalıştırarak" gerçekleştirilir, tek bir blok / sanal makine içindeki eşzamanlılık derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri, bu makalenin tartışma konusu değildir ancak yine de mimari anlayışın farklılıklarını karşılaştırmada kullanılacaktır.

İki, EVM Sıra Parallelik Geliştirme Zinciri: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, shard'lama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanının işlem hacmi darboğazı hala köklü bir kırılma yaşamamıştır. Bu arada, EVM ve Solidity, hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artıran EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, yeni bir genişletme evriminin önemli yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projelerden olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırmasından yola çıkarak yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi inşa etmektedir.

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 dayanan bu sistem, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyonu gerçekleştirmektedir.

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, üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdeklerde çalışır ve bloklar arası eşzamanlı işleme gerçekleştirilir. Sonuç olarak, verimliliği artırmak ve gecikmeyi azaltmak hedeflenir. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), uzlaşma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel zincirde, işlem uzlaşması ve yürütülmesi genellikle senkron bir süreçtir; bu seri model, performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile uzlaşma katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirir. Blok zamanını (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemin daha esnek olmasını, işlem akışının daha ayrıntılı hale gelmesini ve kaynak verimliliğinin artmasını sağlar.

Kilit Tasarım:

• Konsens süreci (konsens katmanı) yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, sözleşme mantığını yürütmez.
• İcra süreci (icra katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan hemen sonra bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra: 乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlemleri katı bir seri modelle yürütmektedir. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını büyük ölçüde artırmaktadır.

Uygulama mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin arasında durum çatışması olmadan, tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel yürütmeyi varsayıyor.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini izlemek (örneğin, okuma/yazma çatışması).
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı bir şekilde yeniden yürütülerek durum doğruluğu sağlanır.

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralını değiştiren uyumlu bir yol seçti: yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor, bu da onu performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benzetiyor. 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 konumlandırılmıştır. 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 zamanlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'in önerdiği ana yenilik, "zincir içi çoklu iş parçacığı" paralel yürütme sistemini birlikte inşa eden Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır.

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

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıttı ve yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirdi, paralel zamanlama için en küçük izole birim sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar, çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız depolama yapabilir, doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği ile yönlendirilen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etmiştir. Sistem, her an global bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) tutmaktadır; her işlem, hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıralama ile seri veya ertelenmiş şekilde zamanlama sırasına konulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecinde durum tutarlılığını ve tekrarlı yazma işlemlerinin önlenmesini garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesaplar bazında mikro sanal makine kapsülleme gerçekleştirir, işlem planlaması için durum bağımlılık grafiği kullanır ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması uygular. Hesap yapısından, planlama mimarisine ve yürütme akışına kadar tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlamasıyla aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmayı hedefliyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor, Ethereum fikri altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, shardlama (Sharding) ile oldukça farklıdır: shardlama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (shardlar) böler, her bir alt zincir belirli işlemler ve durumlar üzerinde sorumluluk taşır, böylece tek zincir kısıtlamalarını kırarak ağ katmanında ölçeklenebilirlik sağlar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay olarak ölçeklenir, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. İkisi, blok zinciri ölçeklenme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmak amacıyla, throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işlemeyi gerçekleştirmektedir. Pharos Network, modüler ve tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve çekirdek paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ve özel işlem ağlarının (SPN'ler) işbirliği ile çalışarak, çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtı (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi ileri teknolojileri entegre etmektedir.

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) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar, böylece genel işlem verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalışması (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 çalıştırma ile işlem işleme yeteneğini de geliştirmiştir.
3. Özel İşlem Ağı (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik olarak dağıtılmasını ve görevlerin paralel olarak işlenmesini sağlayarak, sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırmaktadır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, birden fazla konsensüs modelini (örneğin, PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmuş ve ana ağ ile SPN'leri yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla gerçekleştirmiştir.