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

I. Paralel Hesaplamanın Teknik Arka Planı ve Gelişim Motivasyonu

Blockchain'in "imkansız üçgeni" "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel ticareti açığa çıkarır; yani blok zinciri projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılımı, yüksek işlem hızı" nı aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna gelince, mevcut pazarda önde gelen blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmaya göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş genişletme yürütme: Yürütme kapasitesini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçeklenme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişlemesi: yürütmeyi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Ko-prosesör, DA
• Yapı çözülmesi genişlemesi: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin 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 mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi çoklu seviyeleri kapsayan, "çok katmanlı işbirliği ve modül kombinasyonu" olan tamamlayıcı bir ölçeklendirme sistemidir. 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, ölçeklendirme 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 giderek artar, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artar.

• Hesap düzeyinde paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne seviyesinde 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 düzeyinde paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Actor akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir. Bunlar, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir ve çapraz zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak işlev görür. Her bir Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı varlık süreçleri" olarak yer alır, paralel bir şekilde asenkron mesajlar, olaylar iletimi ve senkronizasyon planlaması gerektirmeden çalışır. Temsil eden projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler vardır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem seviyesinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bu çözümler, ölçeklendirme sağlamak için "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel olarak çalıştırma" yolunu kullanır, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanacağız.

İkincisi, EVM Tabanlı Paralel Gelişmiş Zincir: Uyumlulukta Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisinin gelişimi, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesi ile günümüze kadar geldi, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi sıkışıklığı hâlâ köklü bir atılım gerçekleştiremedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanı ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel geliştirme zinciri, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırmayı dengeleyen kritik bir yol olarak yeni bir genişletme evriminin önemli bir yönü haline geliyor. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırmasından yola çıkarak yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa ediyor.

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 Monad, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında optimistik paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) gerçekleştirmektedir. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) sunarak uçtan uca optimizasyon sağlamaktadır.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütmenin temel ilkesidir. Bunun temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işleyerek üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak, bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşır 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" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak kullanımını daha yüksek hale getirir.

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel İşlem: İyimser Paralel Yürütme

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

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 seri olarak yeniden işlenecek ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, uyumlu bir yol seçti: EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirmek, yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlamak, daha çok bir performans versiyonu Ethereum gibi, olgunluğu iyi, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'yi EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırmaktadır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlanabilir en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu temel yenilik, "Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsel durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması"dır ve birlikte "zincir içi iş parçacıklı" paralel yürütme sistemini inşa etmektedir.

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

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iplikleme" (threading) ile paralel planlamaya en küçük izolasyon birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrı yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar; birçok VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paralel bir yapıdadır.

Durum Bağımlılık DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) sürdürmektedir; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu, tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilir, bağımlılık ilişkisi olan işlemler ise topolojik sıraya göre sıralı veya ertelenmiş olarak zamanlama yapılır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazımını sağlamaktadır.

Asenkron Çalıştırma ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, işlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanır ve senkron çağrı yığınını asenkron mesaj mekanizması ile değiştirir. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" açısından yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemler inşa etmek için paradigma düzeyinde yeni bir fikir sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak 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 de daha zordur; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benzemektedir.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile büyük bir farklılık göstermektedir: Parçalama, blok zincirini yatay olarak bağımsız alt zincirlere (parçalar Shards) ayırır, her alt zincir belirli işlemler ve durumlar için sorumludur, tek zincir kısıtlamasını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay olarak ölçeklenir, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. Her iki proje, blok zinciri ölçeklendirme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme gibi iki yönü temsil etmektedir.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırma hedefiyle, throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. İşlem düzeyi veya hesap düzeyi paralel işleme, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi ile gerçekleştirilir. Pharos Network ise, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ve özel işlem ağları (SPN'ler) arasındaki iş birliği ile EVM ve Wasm gibi çoklu sanal makine ortamlarını destekler ve sıfır bilgi kanıtı (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi gelişmiş teknolojileri entegre eder.

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) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliği artırılır.
2. İki Sanal Makinenin 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 yürütme ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler sayesinde, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirerek sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Staking Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar.