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

1. Paralel Hesaplamaya Genel Bakış

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyar; bu, blok zinciri projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işlem" sağlamanın zor olduğu anlamına gelir. "Ölçeklenebilirlik" üzerine, şu anda piyasada mevcut olan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Geliştirilmiş genişletme uygulaması: Yürütme yeteneğinin yerinde artırılması, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Durum Bölme/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: İşlemi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA.
• Yapı Dekopajlı Ölçekleme: Mimari modüler, iş birliği içinde çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşımlı sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Genişleme: 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 sıkıştırma, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi çoklu katmanları kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modüler kombinasyon" tam bir genişleme sistemi sunar. Bu makalede, paralel hesaplamanın ana akım genişletme yöntemi olarak tanıtımına odaklanılacaktır.

Zincir içi paralel hesaplama ( intra-chain paralellik ), blok içindeki işlemlerin/komutların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre, genişleme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her kategori farklı bir performans hedefini, geliştirme modelini ve mimari felsefeyi temsil eder. Sırasıyla, paralel parçacık boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da giderek artar.

• Hesap düzeyinde paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder.
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem Seviyesi Paralel (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / MikroVM paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder.
• Komut düzeyinde paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör akıllı ajan sistemini (Agent / Actor Model) temsil eder, bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası/asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak, her Ajan bağımsız çalışan "akıllı ajan süreçleri" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olaylar iletimi yapar ve senkronizasyon programlamasına ihtiyaç duymaz. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve sıkça duyduğumuz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zinciri/yürütme alanını paralel olarak çalıştırarak" ölçeklenmeyi gerçekleştirirler, tek bir blok/ sanal makine içindeki eşzamanlılığı artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir ancak yine de mimari anlayışların karşılaştırması için kullanılacaktır.

İki, EVM tabanlı paralel artırılmış zincir: Uyumluluk içinde performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, parçalı sistemler, Rollup ve modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir kırılma yaşamamıştır. Bununla birlikte, EVM ve Solidity, mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformları olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmanın ana yolu olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH ise bu yönde en temsilci projelerdir; sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması yaklaşımından başlayarak, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi 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 (Pipelining) kavramına dayanan bu sistem, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, Monad, konsensüs ve depolama katmanlarında sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon sağlar.

Pipelining: Çok Aşamalı Boru Hattı Paralel İcra Mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkelerinden biridir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işlemek suretiyle üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işlemeyi gerçekleştirir ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma hedeflenir. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok taahhüdü (Commit).

Asenkron Çalışma: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrımı

Geleneksel zincirlerde, işlem uzlaşması ve yürütülmesi genellikle senkronize bir süreçtir; bu sıralı model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile uzlaşma katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama katmanını asenkron hale getirir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini belirgin şekilde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini daha yüksek hale getirir.

Temel Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamaktan sorumludur, 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 İcra

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

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Tespit Cihazı (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini (örneğin okuma/yazma çatışması) izlemek.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri olarak yeniden yürütülecek ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralını değiştiren uyumlu bir yol seçti. Uygulama sırasında durumu yazmayı erteleyerek ve dinamik çatışma tespiti ile paralellik sağladı. Bu, performans odaklı bir Ethereum’a daha çok benziyor ve olgunluk seviyesi sayesinde EVM ekosisteminin göçünü kolaylaştırıyor; EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'dan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'nin EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmasıdır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak işlev görebilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığı, yürütme ortamı ve durumu, bağımsız olarak zamanlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu temel yenilik, Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (Yönlendirilmiş Aykırı Durum Bağımlılığı Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır; bu unsurlar "zincir içi iş parçacıklaştırma" için paralel yürütme sistemini birlikte inşa eder.

Micro-VM (Mikro Sanal Makine) Mimarisi: Hesap, İpdir

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini getirerek yürütme ortamını "iş parçacığına" ayırır ve paralel zamanlama için en küçük izole birim sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) yoluyla iletişim kurar; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız depolama yapabilir, doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiğine Dayalı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, bir hesap durumu erişim ilişkisine dayanan bir DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, her zaman bir global bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak korur; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu, tümünü bağımlılık ilişkisi olarak modelleyerek temsil eder. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak gerçekleştirilebilirken, bağımlılığı olan işlemler topolojik sıraya göre sıralanarak ya da ertelenerek planlanır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlı yazma olmamasını garanti eder.

Asenkron Çalıştırma ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Özetle, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştiriyor, durum bağımlılık grafiği üzerinden işlem zamanlaması yapıyor ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanıyor. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tüm boyutlarda yeniden tasarlanan bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmaya dayalı yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak 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 sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile önemli ölçüde farklılık göstermektedir: parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) böler, her alt zincir belirli işlemler ve durumlar ile ilgilenir, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme yapar, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonları ile performansı artırır. Her ikisi de blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme gibi iki yönü temsil etmektedir.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmak için ana hedef olarak throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. İşlem düzeyi veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirmek için gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi kullanmaktadır. Pharos Network, modüler ve tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağı olarak, temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağları (SPN'ler) arasındaki işbirliği ile 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 İşleme (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin her aşamasını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) ayrıştırarak asenkron işleme yöntemi kullanır; bu sayede her aşama bağımsız olarak paralel bir şekilde gerçekleştirilebilir ve böylece toplam işleme verimliliği artırılır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalışma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel çalışma ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağı (SPNs): SPN'ler, belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış, modüler alt ağlar gibi Pharos mimarisinin temel bileşenleridir. SPN'ler sayesinde, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, böylece sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlar.

Ayrıca, Pharos çoklu versiyonlu Merkle ağaçları, diferansiyel kodlama (Delta Encoding), versiyon adresleme (Versioned Addressing) ve ADS itme (ADS Pushdown) teknolojileri aracılığıyla, depolama motorunun altından yürütme modelini yeniden yapılandırarak, yüksek verimlilik, düşük gecikme ve güçlü