Web3 Paralel Hesaplama Yarışı: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü?

I. Paralel Hesaplama Teknolojisi Yolu Özeti

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik", blockchain sistemlerinin tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır; yani blockchain projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı ve hızlı işlem" sağlamakta zorlandığını göstermektedir. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blockchain genişletme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklendirme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli.
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Yatay Bölünmüş Durum / Shard, örneğin parçalamak, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişletme: İşlemi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Ayrık Ölçeklenebilirliği: Mimari modüler, eşgüdümlü çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blockchain ölçeklendirme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Stateless mimarisi vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modüler kombinasyon" tam bir ölçeklendirme sistemi oluşturur. Bu makalede, ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak paralel hesaplama üzerinde durulmaktadır.

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

• Hesap düzeyinde eşzamanlılık (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyi paralellik (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı Seviyesi / Mikro VM Paralelliği (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 edilmektedir; bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmalarına aittir. Çoklu zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak, her bir Agent bağımsız olarak çalışan "akıllı varlık süreci" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay odaklı ve senkronizasyon zamanlamasına ihtiyaç duymadan işlem yapar. Temsil projeleri arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplamalara ait değildir. Bunlar, "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" ölçeklendirmeyi gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de bunları mimari kavramların karşılaştırılmasında kullanacağız.

İki, EVM Tabanlı Paralel Geliştirilmiş Zincir: Uyumlulukta Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar shard, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanının işlem hacmi darboğazı hala köklü bir突破 elde edemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hala şu anda en fazla geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğu ile yürütme performansını artırma arasındaki dengeyi sağlamak için önemli bir yol haline geliyor ve yeni bir genişleme evriminin önemli yönü olmaya başlıyor. Monad ve MegaETH, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerinden yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa eden bu yönü en iyi temsil eden projelerdir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir ve temel paralel işleme (Pipelining) ilkesine dayanır. Konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) ile çalışır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında Monad, sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon sağlar.

Pipelining: Çok Aşamalı Boru Hattı Paralel İcra Mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel fikir, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, çok katmanlı bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltmayı hedefler. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), mutabakat sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

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

Kilit Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, akit mantığını yerine getirmez.
• Yürütme süreci (yürütme katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine girilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

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

İcra mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması 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) izlemek.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri olarak yeniden yürütülerek durumun doğruluğu sağlanır.

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

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlanmaktadır. Hem bağımsız bir L1 ana zincir olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme güçlendirme katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Ana tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilir en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu temel yenilik, "zincir içi iş parçacıklaştırmaya" yönelik paralel yürütme sistemini birlikte inşa eden Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş asiklik durum bağımlılığı 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 getirerek paralel planlama için en küçük izolasyon birimini sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar, bu sayede çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal bir paralellik sunar.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Planlama Mekanizması

MegaETH, bir hesap durumu erişim ilişkisine dayalı DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, her zaman bir küresel bağımlılık grafiği (Dependency Graph) tutar; her işlem, hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu tam olarak bağımlılık ilişkisi olarak modelleyerek kaydedilir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel bir şekilde yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıralamaya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sıralaması yapılır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazma olmamasını garanti eder.

Asenkron İşlem ve Geri Çağırma Mekanizması

MegaETH, geleneksel EVM'nin seri çağrı sorununu çözmek için, Aktör Modeli'ne benzer bir asenkron iletişim ile asenkron programlama paradigması üzerine inşa edilmiştir. Sözleşme çağrıları asenkron olup (özyinelemeli yürütme değil), A'dan B'ye, B'den C'ye yapılan her çağrı asenkron hale getirilir ve bekletme gereksinimi yoktur; çağrı yığını asenkron çağrı grafiğine (Call Graph) genişletilir; işlem işleme = asenkron grafiği dolaşma + bağımlılık çözme + paralel planlama.

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesaplar bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, işlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiği kullanır ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizmasıyla çalışır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış paralel bir hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir içi sistemleri inşa etmek için paradigmalar düzeyinde yeni bir yaklaşım sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme zamanlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zordur, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemi gibi daha çok.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile büyük farklılıklar göstermektedir: parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) ayırır; her alt zincir belirli işlemler ve durumlar için sorumludur ve tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay olarak genişler ve tek zincir içinde sınırda paralel yürütme optimizasyonlarıyla performans artışı sağlar. Her iki proje, blok zinciri genişletme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil etmektedir.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırmak için ana hedef olarak geçiş optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme sağlamaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizmasına "Rollup Mesh" denir. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) iş birliği ile çalışarak, 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 mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemlerin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar, böylece genel işleme 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 çalışma ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel çalışma ile işlem işleme yeteneğini de 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 tahsisini 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) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmaktadır.