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

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blok zinciri projelerinin "aşırı güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işleme"yi aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusunda, mevcut piyasa üzerindeki ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalara göre sınıflandırılmıştır, bunlar arasında:

• Geliştirilmiş ölçeklenebilirlik uygulaması: Yerinde yürütme kapasitesinin artırılması, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum ayrımı genişletmesi: Durumsal yatay bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağlar
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişletme: İcraatı zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Ayrıştırma Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılmış sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör Modeli, Süreç İzolasyonu, Mesaj Tahrik, örneğin Ajan, Çoklu İş Parçacığı Asenkron Zinciri

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırması, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsamaktadır ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" olan tam bir genişletme sistemidir. Bu yazıda, paralel hesaplamanın ana akım genişletme yöntemi olarak ele alınması vurgulanmaktadır.

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

• Hesap düzeyinde paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder.
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyinde paralellik (Transaction-level): Monad, Aptos projesini temsil eder.
• Çağrı seviyesi / Mikro VM paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder.
• Talimat seviyesinde paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Agent / Actor Model olarak temsil edilen Actor zeka sistemi ile temsil edilmektedir. Bunlar, çapraz zincir/asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli olmayan) olarak, her bir Agent bağımsız olarak çalışan "zeka süreçleri" olarak hareket eder, eşzamanlı asenkron mesaj, olay odaklı, senkronizasyon planlamasına ihtiyaç duymadan çalışır. Temsil edilen projeler AO, ICP, Cartesi gibi projelerdir.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya shard genişletme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasına aittir ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zinciri/çalışma alanını paralel olarak çalıştırarak" genişlemeyi sağlar, tek bir blok/virtual machine içindeki eşzamanlılığı artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir ancak yine de mimari fikirlerin benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

İkincisi, EVM uyumlu paralel artırılmış zincir: Uyumda performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, shardlama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesi ile gelişti, ancak yürütme katmanındaki verimlilik darboğazı hala köklü bir kırılma yaşamadı. Ancak, EVM ve Solidity, hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmayı amaçlayan EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, yeni bir genişletme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu alandaki en temsilci projeler olarak, gecikmeli yürütme ve durum parçalama üzerine odaklanarak, yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi oluşturuyor.

Monad'ın Paralel Hesaplama Mekanizmasının Analizi

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

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 işlemek, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak, bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşır ve nihayetinde throughput'u artırıp gecikmeyi azaltmayı amaçlar. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

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

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel Çalışma

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

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin durum çatışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı durumu (örneğin, okuma/yazma çatışması) erişip erişmediğini izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri hale getirilerek yeniden yürütülecek ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştiren uyumlu bir yol seçti: durum yazımını erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralelliği sağlamaktadır. Bu, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor. Olgunluğu sayesinde 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 konumlanmaktadır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerinde bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlayabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini sağlamaktır. MegaETH'nin öne çıkan yeniliği, "zincir içi threadleme" paralel yürütme sistemini ortak bir şekilde inşa eden Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş asiklik durum bağımlılığı grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır.

Micro-VM (Mikro Sanal Makine) mimarisi: Hesap bir ipliktir

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iplikleme" yaptı ve paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) ile birbirleriyle iletişim kurarak, çok sayıda VM bağımsız bir şekilde çalışabilir ve bağımsız depolama yapabilir, doğal olarak paralel bir şekilde çalışır.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı 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 bağımlılık ilişkisi olarak modelliyor. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sıralamasına tabi tutulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazmayı garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

MegaETH, asenkron programlama paradigması üzerine inşa edilmiştir ve Aktör Modeli'ne benzer asenkron mesajlaşmayı kullanarak geleneksel EVM'in seri çağrı sorununu çözmektedir. Sözleşme çağrıları asenkron (tekrarsız yürütme) olarak gerçekleştirilir; sözleşme A'dan B'ye, oradan C'ye çağrıldığında, her bir çağrı asenkron hale getirilir ve beklemeye gerek kalmadan gerçekleştirilir. Çağrı yığını asenkron çağrı grafiği (Call Graph) olarak genişletilir; işlem işleme = asenkron grafiği tarama + bağımlılık çözme + paralel planlama.

Özetle, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapmakta ve senkron çağrı yığınları yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" boyutunda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmalar düzeyinde yeni bir düşünce sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme zamanlaması ile aşırı paralel potansiyeli serbest bırakıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalı (Sharding) ile oldukça 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 kısıtlamalarını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak, sadece yürütme katmanında yatay olarak genişler ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performans artışı sağlar. İkisi, blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi 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 gerçekleştirilir. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve ana paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ve özel işlem ağlarının (SPN'ler) iş birliği ile çalışarak çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) destekler ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamları (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, işlemlerin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) ayrıştırarak asenkron işleme yöntemi kullanır; böylece her aşama bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilebilir, bu da genel işleme verimliliğini artırır.
2. İkili Sanal Makine Paralel Yürütme (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun yürütme ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu ikili VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de artırmıştır.
3. Özel İşlem Ağı (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, bu da sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (PBFT, PoS, PoA gibi) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla ana ağ ile SPN'ler arasında bağlantı kurar.