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

1. Blockchain'de Paralel Hesaplamanın Uygulama Arka Planı

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeleri ortaya koyuyor; yani blok zincir projeleri, "üst düzey güvenlik, herkesin katılabilmesi, hızlı işlem" hedeflerini aynı anda gerçekleştirmekte zorluk çekiyor. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş genişleme uygulaması: Yürütme yeteneğini yerinde artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli.
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: Yürütmeyi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmesi genişletme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışmak, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçeklenebilirlik: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül bileşimi" olan tam bir genişletme sistemi oluşturur. Bu makalede, paralel hesaplamanın ana akım genişletme yöntemi olarak vurgulandığına odaklanılacaktır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin/komutların paralel yürütülmesine odaklanmaktadır. Paralel mekanizmalara göre, ölçeklendirme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her biri farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Sırasıyla paralel granül boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk artar, planlama karmaşıklığı da artar, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da artar.

• Hesap düzeyinde paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder.
• Nesne düzeyi 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

Dış zincir asenkron eş zamanlı model, Aktör akıllı varlık sistemi (Ajan / Aktör Modeli) ile temsil edilir, bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası/asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak, her Ajan bağımsız olarak çalışan "akıllı süreç" olarak, eş zamanlı bir şekilde asenkron mesaj, olay odaklı ve senkronizasyon planlamasına gerek olmadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Bildiğimiz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Ölçeklendirmeyi "birden fazla zincir/uygulama alanını eşzamanlı çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok/virtual makine içindeki eşzamanlılığı artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri, bu makalenin ana konusu değildir ancak mimari fikirlerin karşılaştırılmasında yine de kullanılacaktır.

İki, EVM Serisi Paralel Geliştirilmiş Zincir: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi günümüze kadar, shardleme, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirdi ancak yürütme katmanındaki işlem kapasitesi hala köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak, aynı zamanda, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmanın ana yolu olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projelerdir ve sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerine odaklanarak yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarileri inşa etmektedirler.

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) fikrine dayanmaktadır. Konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında optimistik paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) uygulanmaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyonu gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad paralel yürütmenin 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 parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışarak, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde veri akışını artırma ve gecikmeyi azaltma etkisine ulaşır. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), uzlaşma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderimi (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrımı

Geleneksel zincirlerde, 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 depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak kullanımını artırır.

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

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

Yürütme mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri optimistik bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma (örneğin, okuma/yazma çatışması) erişilip erişilmediğini izler.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri 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 dinamik çakışmaları algılayarak paralellik sağlıyor. Bu, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi, olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor; EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmaktadır. Hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak, hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu, bağımsız olarak zamanlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu ana yenilik, "zincir içi çok iş parçacıklı" paralel yürütme sistemini inşa etmek için Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılığı grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasının birleşimidir.

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 ayırır" 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 ve bağımsız depolanabilir, doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG planlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) bakımını yapar. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak planlanır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazmama durumunu 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 paketleme gerçekleştirir, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapar ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu 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 bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlaması ile en yüksek paralel potansiyeli serbest bırakıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile büyük ölçüde farklıdır: Parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) böler; her alt zincir, belirli işlemler ve durumlar için sorumludur, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar; tek zincir içinde aşırı paralel yürütme optimizasyonları ile performans kırılmasını aşar. Her iki yaklaşım, blok zinciri genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

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 gerçekleştirmektedir. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve çekirdek paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) iş birliği sayesinde, 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 mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işlem yöntemleri kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak tanır, böylece genel işlem verimliliği artırılır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun yürütme ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM adlı iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel icra ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağı (SPNs): SPNs, Pharos mimarisinin ana bileşenlerindendir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler sayesinde, Pharos kaynakların dinamik dağılımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirerek sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması tanıtmaktadır ve yeniden stake protokolü aracılığıyla