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

Blockchain'ın "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blockchain sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyar, yani blockchain projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, yüksek hızlı işlem" sağlamakta zorluk çekmesidir. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu sonsuz tartışma için, şu anda piyasada yer alan ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmalara göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme gerçekleştirme: Yerinde yürütme yeteneğini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: İşlemleri zincir dışında gerçekleştirmek, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı ayrıştırma genişlemesi: mimari modüler, birlikte çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişletme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri ölçeklenme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül birleşimi" olan tamamlayıcı bir ölçeklenme sistemidir. Bu makalede, paralel hesaplamanın ana akım ölçeklenme yöntemi olarak tanıtımına odaklanılacaktır.

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

• Hesap düzeyinde paralel (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem seviyesi 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, Agent / Actor Model olarak bilinen Aktör zeka sistemini temsil eder. Bunlar, bir başka paralel hesaplama paradigmasına aittir ve zincirler arası / asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değildir) olarak işlev görür. Her bir Agent bağımsız çalışan bir "zeka süreci" olarak, eşzamanlı olarak asenkron mesajlar, olay tetikleme, senkronizasyon planlamasına gerek olmadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve bildiğimiz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, ölçeklendirmeyi "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirir, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanacağız.

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

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi bir dizi genişleme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanının işlem hacmi darboğazı hala köklü bir atılım gerçekleştirememiştir. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hala mevcut en güçlü geliştirici tabanı ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansı artışını dengeleyen anahtar 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 ayrıştırması üzerinden, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) fikrine dayanan Monad, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sunar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) getirmiştir ve uçtan uca optimizasyon sağlar.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkelerinden biridir. Bu düşüncenin özünde, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işlemek yatar. Bu, çok katmanlı bir boru hattı mimarisi oluşturur; her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır ve bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır. Nihayetinde, bu işlem hacmini artırma ve gecikmeyi azaltma amacı taşır. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), mutabakat sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderme (Commit).

Asenkron Çalışma：Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blockchain'de, 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 süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha dayanıklı, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini daha yüksek hale getirmiştir.

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, yürütme tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel Yürütme: İyimser Paralel Yürütme

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlemleri sıkı bir seri modelle yürütmektedir. Buna karşın Monad, "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırmaktadır.

Uygulama Mekanizması:

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

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralını değiştirerek uyumlu bir yol seçti: yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çatışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor. Bu, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi; olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'yi EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırmaktadır. Hem bağımsız bir L1 kamu 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 ayrıştırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikmeli yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu temel yenilik, Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması ile "zincir içi iş parçacığı" yönelimli paralel yürütme sistemini birlikte inşa etmektir.

Micro-VM (mikro sanal makine) mimarisi: hesap eşittir iş parçacığı

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

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği ile yönlendirilen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayanan bir DAG zamanlama sistemi geliştirmiştir. Sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) sürdürmektedir; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu, tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılığı olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelemeli olarak zamanlama sırasına alınacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazma işlemlerini sağlamaktadır.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine paketlemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme akışı" boyutunda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme planlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zordur; daha çok Ethereum felsefesi çerçevesinde süper dağınık bir işletim sistemi gibidir.

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 bir alt zincir belirli işlemler ve durumlar ile ilgilenir, tek zincir kısıtlamasını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak sadece yürütme katmanında yatay genişleme sağlar, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. Her ikisi de blok zinciri genişletme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırma hedefiyle, işleme optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu hedefe, Gecikmeli İcra (Deferred Execution) ve Mikro-VM mimarisi (Micro-VM) aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirerek ulaşılmaktadır. 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 İşlem Ağı'nın (SPN) 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 yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işlem verimliliği artırılır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalışma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme ile işlem işleme yeteneğini de artırır.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik tahsisini ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, bu da sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çoklu konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmakta ve ana ağ ile SPN'ler arasında yeniden stake protokolü (Restaking) aracılığıyla bağlantı sağlamaktadır.