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

I. Paralel Hesaplama Yarışması Genel Görünümü

Blockchain'ın "imkansız üçgeni" "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik", blockchain sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyar; yani blockchain projelerinin "en yüksek güvenlik, herkesin katılımı ve hızlı işlem" gibi üç özelliği aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada bulunan ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri, paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır. Bu çözümler şunları içermektedir:

• Gelişmiş genişletme uygulaması: Yürütme kapasitesini yerinde artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli.
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay durum bölme, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağlar
• Zincir dışı dış kaynaklı ölçekleme: İcraatı zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı ayrıştırma genişletmesi: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zincir

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Stateless mimari vb., yürütme, durum, veri, yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" şeklinde tam bir genişletme sistemi sunar. Bu yazıda, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılacaktır.

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

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör akıllı sistemleri (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir. Bunlar, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir ve zincirler arası/asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak çalışır. Her bir Agent, bağımsız çalışan "akıllı süreç" olarak hareket eder ve eşzamanlı olarak asenkron mesajlar, olay odaklı ve senkronizasyon planlaması olmadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve aşina olduğumuz Rollup veya parçalama genişleme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasına aittir ve zincir içi eşzamanlı hesaplamalara dahil edilmez. Bunlar, genişlemeyi sağlamak için "birden fazla zincir/uygulama alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirilir, tek bir blok/virtuelleştirilmiş makine içindeki eşzamanlılık derecesini artırmak yerine. Bu tür genişleme çözümleri, bu makalenin tartışma konusu değildir ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

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

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalara ayırma, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala temel bir atılım sağlamamıştır. Ancak bu arada, EVM ve Solidity, mevcut en büyük geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformları olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırma açısından kritik bir yol olarak, yeni bir genişletme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırma ile yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik 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) ilkesine dayanarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sunar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, 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 ilkesi olup, temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işlemek suretiyle üç boyutlu bir akışkan yapı oluşturmaktır. Her aşama, bağımsız bir iş parçacığı veya çekirdek üzerinde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işlemeyi gerçekleştirmekte ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltma hedeflenmektedir. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma İcrası

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

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 hemen sonra bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel Çalışma: İyimser Parallellik

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

İşletim Mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin durum çatışması olmadan yürütüleceğini varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak gerçekleştirecektir.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini (örneğin okuma/yazma çatışmaları) izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı olarak yeniden yürütülerek durum doğruluğu sağlanır.

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirerek uyumlu bir yol seçti: yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor. Bu, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi; 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 konumlandırılmıştır; bağımsız bir L1 halka zinciri olarak veya Ethereum üzerindeki yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütmeyi ve düşük gecikme tepkisini gerçekleştirmektir. MegaETH'in önerdiği ana yenilikler arasında: Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (Yönlendirilmiş Asiklik Durum Bağımlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi iş parçacığı"na yönelik paralel yürütme sistemini birlikte inşa etmektedir.

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

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıttı ve yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirerek paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) aracılığıyla iletişim kurar ve çok sayıda VM bağımsız bir şekilde çalışabilir, bağımsız depolama yapabilir ve doğal olarak paralel hale gelir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG zamanlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, her zaman işlem sırasında hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) tutmaktadır. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre sıralanacak veya ertelenecektir. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecinde durum tutarlılığını ve tekrarsız yazmayı garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Kısacası, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap düzeyinde mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, işlem zamanlamasını durum bağımlılık grafiği ile yapar ve senkron çağrı yığınlarının yerini asenkron mesaj mekanizması alır. Hesap yapısından zamanlama mimarisine ve yürütme süreçlerine kadar tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmalar düzeyinde yeni bir düşünce sunar.

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 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 felsefesi, shardlama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Shardlama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (Shard'lar) ayırır; her alt zincir, bazı işlemler ve durumlar için sorumludur ve tek zincir kısıtlamasını ağ katmanında genişletir. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme yapar ve tek zincir içinde aşırı paralel yürütme optimizasyonları ile performansı artırır. İkisi, blok zincirinin genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil etmektedir.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırma hedefiyle, throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla, işlem düzeyi veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilmesini sağlamaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blockchain ağı olarak, çekirdek paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) işbirliği sayesinde, çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi ileri teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliği artar.
2. İki Sanal Makine Paralel Çalışması (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki tür 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 çalışmanın getirdiği avantajlarla işlem 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 aracılığıyla 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 getiriyor ve ana ağ ile SPN arasında yeniden stake etme protokolü (Restaking) ile entegrasyon sağlıyor.