Web3 Paralel Hesaplama Alanının Panorama Haritası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü Mü?

1. Paralel Hesaplama Yarışması Genel Görünümü

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blok zinciri projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılabilmesi, yüksek hızda işleme" gibi üç özelliği aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, mevcut pazardaki ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, paradigmaya göre ayrılmaktadır ve bunlar arasında:

• Geliştirilmiş ölçekleme uygulama: Yürütme yeteneğini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Dikey Bölünmüş Durum/Shard, örneğin parça, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: yürütmeyi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmesi genişlemesi: Mimari modüler, işbirliği içinde 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 sıkıştırma, Durumsuz mimari vb., yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla katmanı kapsar, "çok katmanlı iş birliği ve modül kombinasyonu" olan tam bir ölçeklendirme sistemidir. Bu makalede ana olarak paralel hesaplama odaklı ölçeklendirme yöntemleri tanıtılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama ( iç zincir paralelliği ), 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. 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 artmaktadır.

• Hesap seviyesinde (Hesap seviyesi ): Solana projesini temsil ediyor
• Nesne düzeyinde (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem seviyesi (Transaction-level): Monad, Aptos projelerini temsil eder.
• Çağrı düzeyi / MikroVM paralel (Çağrı düzeyi / MikroVM ): MegaETH projesini temsil eder.
• Talimat düzeyinde (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Actor akıllı ajan sistemi ( Agent / Actor Model ) ile temsil edilmektedir. Bunlar, bir başka paralel hesaplama paradigmalarına ait olup, çapraz zincir/asenkron mesaj sistemi ( blok zinciri senkronizasyon modeli olmayan ) olarak tanımlanır. Her Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı ajan süreçleri" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesaj, olay odaklı ve senkronizasyon planlaması olmaksızın çalışır. Temsilci projeler 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 hesaplamaya ait değildir. Bu çözümler, ölçeklendirmeyi "birden fazla zincir/işletim alanını eşzamanlı çalıştırarak" gerçekleştirir, tek bir blok/ sanal makine içindeki eşzamanlılık derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari fikirlerin karşılaştırmasında kullanılacaktır.

İki, EVM tabanlı paralel geliştirilmiş zincir: Uyumlulukta performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanındaki verimlilik darboğazı hâlâ köklü bir atılım kaydedememiştir. Ancak, bu arada EVM ve Solidity, hâlâ en fazla geliştirici temeline ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmayı dengeleyen kritik bir yol olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum parçalama üzerinden 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 blok zinciridir. Temel paralel işleme fikri olan (Pipelining) temel alınarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolünü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemini (MonadDB) tanıtmaktadır ve uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme 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 parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işlemi gerçekleştirir ve nihayetinde verimliliği artırmak ve gecikmeyi azaltmak için hedeflenir. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşmaya varma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderme (Commit).

Asenkron Çalışma: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrımı

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkron bir süreçtir, bu seri model performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "eşzamansız yürütme" ile konsensüs katmanını eşzamansız, yürütme katmanını eşzamansız ve depolamayı eşzamansız hale getirmiştir. Blok süresini (blok süresi) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak verimliliğini artırır.

Kilit Tasarım:

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

Optimistik Paralel İcra:乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlem yürütme konusunda katı bir seri model kullanırken, Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisi benimsemekte ve işlem işleme hızını büyük ölçüde artırmaktadır.

İcra mekanizması:

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

Monad, mümkün olduğunca EVM kurallarını 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. Olgunluk seviyesi yüksek, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'nin EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmasıdır. Bu, bağımsız bir L1 halka zinciri olarak veya Ethereum üzerindeki yürütme güçlendirme katmanı (Execution Layer ) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız bir şekilde planlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütmeyi ve düşük gecikme yanıt yeteneğini gerçekleştirmektir. MegaETH'nin önerdiği kritik yenilikler: Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG ( yönlendirilmiş döngüsüz durum bağımlılığı grafiği ) ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi iş parçacıklaştırmaya" yönelik paralel yürütme sistemini birlikte oluşturur.

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 parçacıklaştırmış" ve paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağlamıştır. Bu VM'ler arasında, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi ( Asynchronous Messaging ) ile iletişim kurularak, çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paralel bir yapıdadır.

Eyalet Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiğiyle yönlendirilen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi kurmuştur. Sistem, ( Bağımlılık Grafiği )'i gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği olarak sürdürmektedir. Her işlem, hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu, tümünü bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sırasına konulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazma işlemlerini garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine paketlemesi gerçekleştirir, işlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanır ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizmasıyla çalışır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tüm boyutlarda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmaya dayalı yeni bir yaklaşım sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız VM'lere 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 yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemi gibi.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, (Sharding) ile büyük ölçüde farklıdır: Sharding, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (Shards) ayırarak her bir alt zincirin belirli işlemler ve durumlar üzerinde sorumluluk taşımasını sağlar ve tek zincir kısıtlamasını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincirin içinde aşırı paralel yürütme optimizasyonuyla performans kırılmalarını aşar. Her iki yaklaşım, blok zinciri genişletme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı hedefleyen throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, (Deferred Execution) ve (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem seviyesi veya hesap seviyesi paralel işleme gerçekleştirilerek sağlanmaktadır. Pharos Network, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zincir ağı olarak, temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu yapı, ana ağ ile özel işlem ağı (SPNs) arasındaki işbirliği ile çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtları (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 çeşitli aşamalarını (, konsensüs, yürütme, depolama ) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemini kullanarak, her aşamanın bağımsız ve paralel olarak gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
2. İki Sanal Makine Paralel Çalışma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun işleme ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, yalnızca sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağı ( SPNs ): SPNs, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli görev veya uygulamaları işlemek üzere tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPNs aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir ve bu da sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması(Modular Consensus & Restaking): Pharos, PBFT, PoS, PoA( gibi çeşitli konsensüs modellerini destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması tanıtmaktadır) ve ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlamak için yeniden stake etme protokolü(Restaking) kullanmaktadır.

Ayrıca, Pharos, çok versiyonlu Merkle ağaçları, delta kodlama (, versiyon adresleme ) ve ADS itme ( teknolojileri aracılığıyla, depolama motorunun temelinden yürütme modelini yeniden yapılandırarak, yüksek verim, düşük gecikme ve güçlü doğrulanabilir zincir üzerindeki işleme kapasitesine sahip yerel blok zinciri yüksek performanslı depolama motoru Pharos Store'u tanıttı.

Genel olarak, Pharos'un Rollup Mesh'i