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

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blok zinciri projelerinin aynı anda "aşırı güvenlik, herkesin katılımı, yüksek işlem hızı" sağlaması zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu kalıcı tartışma için, mevcut pazardaki ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme gerçekleştirin: Yerinde yürütme yeteneğini artırın, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Temelli Ölçekleme: Durumsal Yatay Parçalama/Sharding, örneğin parça, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı ölçekleme: İşlemleri zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmüş genişleme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçeklenebilirlik: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin ajanlar, çok iş parçacıklı asenkron zincir

Blok zinciri ölçeklendirme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri, yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modüler kombinasyon" tam ölçeklendirme sistemi oluşturur. Bu makalede, paralel hesaplamanın ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak tanıtılmasına odaklanılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama ( intra-chain paralellik ), blok içindeki işlemlerin/komutların 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. Paralel işlem parçacığı boyutu giderek daha ince, paralel işlem yoğunluğu giderek daha yüksek, zamanlama karmaşıklığı giderek daha fazla, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artmaktadır.

• Hesap düzeyinde paralel (Account-level): Solana projesini temsil eder.
• Nesne düzeyinde eşzamanlılık (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyinde paralel (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / MikroVM paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat seviyesi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı eşzamansız paralel model, Temsilci Akıllı Ajan Sistemleri (Agent / Actor Model) ile temsil edilir, bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası/eşzamansız mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak, her Ajan bağımsız çalışan "akıllı ajan süreci" olarak, eşzamanlı bir şekilde eşzamansız mesajlar, olaylara dayalı, senkronizasyon planlaması gerektirmeden çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve aşina olduğumuz Rollup veya parça genişletme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Genişlemeyi "birden fazla zincir/işletim alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok/ sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri, bu makalede tartışılan konunun odak noktası değildir, ancak yine de mimari konseptlerin benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

İkincisi, EVM uyumlu paralel geliştirilmiş zincir: Uyumluluk içinde performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesinden geçerek gelişti, ancak yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala köklü bir atılım elde edemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity, hâlâ en fazla geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansının artırılmasını dengeleyen anahtar yol olarak, yeni bir genişletme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsili projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırmasından yola çıkarak, yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik 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 blockchain'dir. Temel paralel işleme (Pipelining) ilkesine dayalı olarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) getirerek uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel çalışma mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaların paralel olarak işlenmesini sağlamaktır. Bu, çok katmanlı bir boru hattı mimarisi oluşturur. Her aşama bağımsız ipliklerde veya çekirdeklerde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırmak ve gecikmeyi azaltmak için sonuçlanır. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron Yürütme: Konsensüs - Yürütme Asenkron Ayrımı

Geleneksel blok zincirlerinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir, bu sıralı model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha dayanıklı, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak kullanımını daha yüksek hale getirir.

Kilit Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralar, sözleşme mantığını uygulamaz.
• İcra süreci (icra katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan hemen sonra bir sonraki blok konsensüs sürecine girilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

Optimistik Paralel İcra: Optimistik Paralel İcra

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

İcra Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması olmadığını varsayarak, tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini (örneğin, okuma/yazma çatışmaları) izlemek.
• Çatışma tespit edilirse, çatışan işlemler sıralı olarak yeniden yürütülecek ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

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, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor ve olgunluğu sayesinde EVM ekosisteminin taşınmasını kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'dan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'nin EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel çalışma katmanı olarak konumlandırılmasıdır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu, bağımsız olarak programlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu ana yenilikler arasında: Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (Yönlendirilmiş Aksiyel Durum Bağımlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi iş parçacıklaştırma" için paralel bir yürütme sistemi oluşturmaktadır.

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

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak, yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getiriyor ve paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağlıyor. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurarak, birçok VM'nin bağımsız olarak çalışmasını ve bağımsız olarak depolanmasını sağlıyor, doğal olarak paralel bir şekilde.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği tabanlı zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG planlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, her zaman küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) bakımını yapar; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini, hangi hesapları okuduğunu tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre sıralanır ya da ertelenerek planlanır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığı ve tekrar eden yazmaların olmamasını garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem planlaması yapmakta ve senkronizasyon çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizmasını kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir içi sistemlerin inşası için paradigma seviyesinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız VM'lere tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlaması ile aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmayı hedefliyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemi gibi.

Monad ve MegaETH'in tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) böler; her alt zincir, belirli işlem ve durumların sorumluluğunu üstlenir, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü korur, yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme gerçekleştirir, tek zincir içinde son derece paralel yürütme optimizasyonları ile performansın üstesinden gelir. Her ikisi de blok zincirinin genişleme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmak için ana hedef olarak akış optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işlem gerçekleştirmek için Gecikmeli İcra (Deferred Execution) ve Mikro Sanal Makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla sağlanmaktadır. Pharos Network, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağı olarak, temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağları (SPN'ler) arasındaki iş birliği ile 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 mekanizmasının analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemesi (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 verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalıştırma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmesine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel çalıştırma ile işlem işleme kapasitesini 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 dinamik kaynak tahsisi 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, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlar.

Ayrıca, Pharos, çoklu versiyonlu Merkle ağaçları, delta kodlama (Delta Encoding), versiyonlu adresleme (Versioned Addressing) ve ADS itme (ADS Pushdown) teknolojileri aracılığıyla, depolama motorunun alt katmanlarından yürütme modelini yeniden yapılandırarak, yerel blok zinciri yüksek performanslı depolama motoru Pharos Store'u tanıtmıştır. Bu, yüksek verim, düşük gecikme ve güçlü doğrulanabilir zincir içi işleme yeteneği sağlamaktadır.

Genel olarak, Phar