Web3 Paralel Hesaplama Alanının Panorama Haritası: Doğal Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?

1. Blok Zinciri Ölçeklenebilirlik Yarışı Genel Görünümü

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik", blok zinciri sistemleri tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır. Yani, blok zinciri projelerinin "mükemmel güvenlik, herkesin katılabileceği, hızlı işlem" gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, piyasada mevcut olan ana akım blok zinciri ölçekleme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır. Bu çözümler arasında:

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğini artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişlemesi: yürütmeyi zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmüş genişleme: Mimari modüler, işbirlikçi çalışma, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çok iş parçacıklı asenkron zincir

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 çeşitli katmanları kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" şeklinde tam bir genişletme sistemi oluşturur. Bu makale, paralel hesaplamayı ana akım genişletme yöntemi olarak tanıtmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalarına göre, ölçeklenme 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 artar, planlama karmaşıklığı da artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da artar.

• Hesap düzeyinde paralellik (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 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 sistemi (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak, her bir Agent bağımsız çalışan "akıllı varlık süreci" olarak hareket eder. Paralel bir şekilde asenkron mesaj, olay odaklı, senkronizasyon planlaması gerektirmeden çalışır. Temsil eden projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve herkesin aşina olduğu Rollup veya shard genişletme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" genişlemeyi sağlarken, tek bir blok / sanal makine içindeki eşzamanlılığı artırmaz. Bu tür genişleme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir ancak yine de mimari anlayışın farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

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

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar parçalama, Rollup, modüler mimari gibi bir dizi ölçeklendirme denemesi yaşadı, ancak yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala köklü bir aşamaya geçemedi. Ancak, EVM ve Solidity, hâlâ mevcut en fazla geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırma konusunda bir anahtar yol olarak EVM tabanlı paralel artırılmış zincir, yeni bir ölçeklendirme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması ile yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik sahnelerine 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 (Pipelining) ilkesine dayanan Monad, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sağlamaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) sunarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad paralel yürütmenin temel ilkesidir ve ana fikri, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işleme tabi tutarak üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır ve bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşarak nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma amacını taşır. Bu aşamalar; işlem önerisi (Propose), mutabakat sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderme (Commit) olarak sıralanır.

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem mutabakatı ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir, bu seri model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile mutabakat katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama katmanını asenkron hale getirmiştir. Blok zamanını (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak kullanımını daha verimli hale getirmektedir.

Kilit Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, sözleşme mantığını yerine getirmez.
• 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 Yürütme：乐观并行执行

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

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri optimist bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini (örneğin, okuma / yazma çatışmaları) izlemek.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri halde yeniden yürütülecek ve durum 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; olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

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 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 zamanlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içinde yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu ana yenilik: Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (Yönlendirilmiş Asiklik Durum Bağımlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır; bunlar birlikte "zincir içi iş parçacığı" odaklı paralel yürütme sistemini 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 parçacıklarına ayırır" ve paralel planlama için en küçük ayrıştırma birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurarak, çok sayıda VM'nin bağımsız bir şekilde çalışmasına ve bağımsız bir şekilde depolanmasına olanak tanır ve doğal olarak paralel çalışır.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi geliştirmiştir. Sistem, her işlemin hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu modellendirerek, 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 ertelenmiş bir şekilde zamanlama sıralaması yapılacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlayan yazımları 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 kapsüllemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği üzerinden işlem planlaması yapmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmalar seviyesinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme planlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor, bu da onu Ethereum felsefesine dayalı süper dağıtık bir işletim sistemi gibi yapıyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) ayırır; her alt zincir, belirli işlemler ve durumlar için sorumludur, bu da tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar; buna karşın Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. Her iki proje, blok zinciri genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

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

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) ayrıştırır ve asenkron işlem yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız bir şekilde paralel olarak yürütülmesini sağlar, böylece genel işlem verimliliği artırılır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun yürütme 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 Ağı (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin kritik 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 sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stakes Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar (örneğin PBFT, PoS