Web3 Paralel Hesaplama Yarışı Genel Görünümü: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü Mü?

Birinci Bölüm: Paralel Hesaplamanın Blok Zincirindeki Uygulamaları

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zincir sistemlerinin tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır. Yani blok zincir projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, yüksek işlem hızı" sağlanması oldukça zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna dair, mevcut pazardaki ana akım blok zincir genişletme çözümleri paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır. Bu çözümler şunları içermektedir:

• Gelişmiş ölçekleme gerçekleştirin: Yürütme kapasitesini yerinde artırın, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişletme: yürütmeyi zincir dışına taşıma, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı ayrıştırma tipi genişleme: Mimari modüler, işbirlikçi çalışma, 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 ölçeklendirme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırması, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" olan tam bir ölçeklendirme sistemi oluşturur. Bu makale, paralel hesaplamanın ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak vurgulandığı konuyu ele almaktadır.

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

• Hesap düzeyi paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyinde paralellik (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 varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilir; bunlar, bir başka paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak, her bir Agent bağımsız çalışan "akıllı varlık süreci" olarak, eşzamanlı asenkron mesajlar, olay tetikleme ve senkronizasyon planlaması gerektirmeden çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve bizim sıkça duyduğumuz Rollup veya parça genişletme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarına aittir ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Genişlemeyi, "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

İki, EVM Uyumluluğu ile Paralel Geliştirme Zinciri: Uyumlulukta Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi günümüze kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanının throughput darboğazı hala köklü bir atılım elde edebilmiş değil. Ancak, bu arada EVM ve Solidity, hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM sisteminin paralel güçlendirilmesi, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırmanın ana yolu olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH ise bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum parçalama üzerinden yüksek eşzamanlılık ve yüksek throughput sahnelerine yönelik EVM paralel işleme mimarisini 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) anlayışına dayanan Monad, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında optimistik eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sunar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon sağlar.

Pipeline: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir; bu kavramın özünde, blok zincirinin yürütme sürecinin birden fazla bağımsız aşamaya ayrılması ve bu aşamaların paralel işlenmesi yer alır. Böylece üç boyutlu bir akışkan yapı oluşur, her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışır ve bloklar arası eşzamanlı işlem gerçekleştirilir. Sonuç olarak, verimlilik artırılır ve gecikme azaltılır. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blokun onaylanması (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem mutabakatı ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir, bu seri model performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile mutabakat katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini artırmıştır.

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlem yürütümünde katı bir seri model benimsemektedir. Oysa Monad, "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırmaktadır.

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector)" çalıştırarak, işlemler arasında aynı durumu (örneğin, okuma/yazma çatışmaları) erişip erişmediğini izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı olarak yeniden yürütülerek durum doğruluğu sağlanır.

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, daha çok performans odaklı bir Ethereum'a benziyor. Olgunluğu, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'dan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'yi EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırıyor; bu, bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak veya Ethereum üzerindeki yürütme artırma katmanı (Execution Layer) ya da modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak programlanabilir en küçük birimlere ayrıştırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini sağlamaktır. MegaETH'nin önerdiği ana yenilikler: Micro-VM mimarisi + Durum Bağlılığı DAG (Yönlendirilmiş Ağaç Durum Bağlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi iş parçacığı" paralel yürütme sistemini birlikte inşa etmektedir.

Micro-VM (Mikro Sanal Makine) Mimarisi: Hesap, İp Uçlarıdır

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak, yürütme ortamını "iş parçacığına ayırır" ve paralel programlama için minimum ayrıştırma birimi sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar, böylece çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paralel hale gelir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiğine Dayalı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyen bir küresel bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak sürdürmektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sırasına alınacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlı yazımın önlenmesini garanti eder.

Asenkron Çalışma ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği ile işlem zamanlaması yapmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutuyla yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir içi sistemlerin inşası için paradigmalar düzeyinde yeni bir fikir sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme zamanlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; bu, Ethereum felsefesi temelinde süper dağıtık bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile önemli ölçüde farklılık gösteriyor: Parçalama, blok zincirini yatay olarak birkaç bağımsız alt zincire (parçalar Shards) ayırarak, her alt zincirin kısmi işlemler ve durumlarla sorumlu olmasını sağlar ve tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme gerçekleştirir ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. İkisi de blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil ediyor.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırmak amacıyla throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu hedefe, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirerek ulaşılmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zincir ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPNs) iş birliği 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 İşlemi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin her aşamasını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron bir işlem yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işlem verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalışma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel işlem ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevleri veya uygulamaları işlemek için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. 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, birden fazla konsensüs modelini (örneğin PBFT) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması tanıtmıştır.