Web3 Paralel Hesaplama Yarışı Panorama Haritası: Yerel Ölçekleme için En İyi Çözüm mü?

1. Web3 Paralel Hesaplamanın Sınıflandırılması ve Teknolojik Paradigması

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" blockchain sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyar; yani blockchain projelerinin "en yüksek güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işlem" hedeflerini aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blockchain genişletme çözümleri paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklendirme uygulaması: Yürütme yeteneklerini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli.
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parça, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: İşlemi zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Çözülmesi Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron paralel genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj güdümlü, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri ölçekleme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, State-less mimari vb. Bunlar, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsamaktadır ve "çok katmanlı iş birliği, modüler kombinasyon" olarak tam bir ölçekleme sistemi sunmaktadır. Bu makalede, ana akım ölçekleme yöntemi olarak paralel hesaplamaya özel olarak odaklanılmaktadır.

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. Paralel parçacık boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, zamanlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek 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 seviyesi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör zeka sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir. Bunlar, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir ve zincirler arası / asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak işlev görür. Her bir Agent, bağımsız olarak çalışan "zeka süreci" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay tetikleyici, senkronizasyon zamanlaması gerektirmeksizin çalışır. Temsil edilen projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Tanıdık Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Ölçeklendirme sağlamak için "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel çalıştırma" yöntemini kullanırlar, tek bir blok / sanal makine içindeki eşzamanlılık düzeyini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir ancak yine de mimari kavramların farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

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

Ethereum'un seri işleme mimarisi gelişimini sürdürdü ve shardlama, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklenebilirlik denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanındaki verimlilik darboğazı hâlâ köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en geniş geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırma açısından EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, yeni bir ölçeklenme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH ise bu yönde en temsilci projelerdir; sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırma üzerinden, yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına 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 işlem fikri olan pipeline işleme (Pipelining) üzerine kurulmuştur ve konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution), yürütme katmanında ise iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirir.

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 olarak işlemek, üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltma etkisine ulaşır. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), mutabakatın sağlanması (Consensus), işlem yürütülmesi (Execution) ve blokun onaylanması (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma İcrası

Geleneksel blok zincirinde, işlem mutabakatı ve yürütümü genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Monad, "asenkron yürütme" ile mutabakat katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama işlemlerini asenkron hale getirmiştir. Blok sürelerini (block time) ve onay gecikmelerini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem akışını daha ayrıntılı ve kaynak kullanımını daha yüksek hale getirmiştir.

Kilit Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) sadece 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, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel Yürütme：乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlem yürütme konusunda katı bir seri model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisi benimseyerek işlem işleme hızını büyük 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 duruma (örneğin okuma/yazma çatışmaları) erişilip erişilmediğini izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri hale getirilip yeniden yürütülecek, durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, uyumlu bir yol seçti: EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirmek, yürütme sırasında durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlamak, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor; olgunluğu, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmıştır. Hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak hem de Ethereum üzerinde bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Ana tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu, bağımsız olarak planlanabilen en küçük birimlere ayrıştırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütmeyi ve düşük gecikme yanıt yeteneğini gerçekleştirmektir. MegaETH'in önerdiği temel yenilikler arasında: Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (yönlendirilmiş asiklik durum bağımlılığı grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması bulunmaktadır. Bu yenilikler, "zincir içi iş parçacıklaştırma" odaklı paralel yürütme sistemini birlikte inşa etmektedir.

Micro-VM (Mikro Sanal Makine) Mimarisi: Hesap, İplik Gibi

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirir ve paralel planlama için en küçük izolasyon birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paraleldir.

Eyalet Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) sürdürmektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelemeli olarak zamanlama sıralamasına tabi tutulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazmayı garanti eder.

Asenkron İcra ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmiştir. İşlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanmakta ve senkron çağrı yığınları yerine asenkron mesaj mekanizması ile işlem yapmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu bir yeniden tasarım ile, bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemler inşa etmek için paradigma düzeyinde yeni bir düşünce sunan paralel bir hesaplama platformudur.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlaması ile en uç paralel potansiyeli serbest bırakmaya çalışıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zordur; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin 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 durumlardan sorumludur ve tek zincir kısıtlamasını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. Her ikisi, blok zincir genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırma hedefi ile throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. İşlem seviyesinde veya hesap seviyesinde paralel işleme ulaşmak için Gecikmeli Yürütme (Deferred Execution) ve Mikro Sanal Makine (Micro-VM) mimarisi kullanmaktadır. Pharos Network, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması «Rollup Mesh» olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile Özel İşlem Ağları (SPN'ler) arasındaki işbirliği sayesinde çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtı (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi gelişmiş teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin farklı aşamalarını (örneğin, konsensüs, icra, depolama) ayrıştırır ve asenkron işlem yöntemini benimseyerek, her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalıştırma (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 artırmanın yanı sıra, paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir, benzer