Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklenmenin Nihai Yolu

Ön Söz: Ölçekleme, sonsuz bir meseledir; paralel işlem, nihai savaş alanıdır.

Blockchain sistemleri, doğduğu günden beri ölçeklenebilirlik gibi temel bir sorunla karşı karşıyadır. Bitcoin ve Ethereum'un performans darboğazları, geleneksel Web2 dünyasının işlem kapasitesini aşmakta zorlanmaktadır. Bu, basitçe sunucu eklemekle çözülebilecek bir durum değildir; bunun nedeni, blockchain'in altyapı tasarımındaki sistematik sınırlamalardır - "merkeziyetsizlik, güvenlik, ölçeklenebilirlik" üçlüsünün bir arada sağlanamayacağı imkansız üçgen.

Son on yılda, sayısız ölçeklendirme denemesine tanıklık ettik; Bitcoin ölçeklendirme savaşlarından Ethereum shard'larına, durum kanallarından Rollup ve modüler blok zincirlere kadar. Rollup, mevcut en yaygın kabul gören ölçeklendirme paradigması olarak, ana zincirin yükünü azaltırken TPS hedefini büyük ölçüde artırmayı başarmıştır. Ancak, blockchain'in alt yapısındaki "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarını henüz aşamamıştır; özellikle yürütme düzeyinde, hala zincir içi seri hesaplama gibi eski bir paradigma ile sınırlıdır.

Zincir içi paralel hesaplama giderek sektörün dikkatini çekiyor. Bu, tek zincir atomikliği ve bütünleşik yapıyı korurken, yürütme motorunu köklü bir şekilde yeniden yapılandırmayı ve blok zincirini "her bir işlem sıralı yürütme" tek iş parçacığı modundan, "çok iş parçacığı + boru hatları + bağımlılık planlaması" yüksek eşzamanlılık hesaplama sistemine yükseltmeyi deniyor. Bu, sadece yüzlerce kat daha yüksek bir verim sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda akıllı sözleşme uygulamalarının patlak vermesi için kritik bir ön koşul olabilir.

Paralel hesaplama, yalnızca bir "performans optimizasyon aracı" değil, aynı zamanda blok zinciri yürütme modelinin paradigmalarının bir dönüm noktasıdır. Akıllı sözleşmelerin yürütülmesinin temel modeline meydan okumakta ve işlem paketleme, durum erişimi, çağrı ilişkileri ve depolama düzeninin temel mantığını yeniden tanımlamaktadır. Eğer Rollup "işlemleri zincir dışına taşımak" ise, zincir içi paralellik "zincir üzerinde süper bilgisayar çekirdeği inşa etmek" demektir ve amacı, gelecekteki Web3 yerel uygulamaları için gerçek sürdürülebilir altyapı desteği sağlamaktır.

Rollup alanı homojenleşmeye başladığında, zincir içi paralellik yeni dönem Layer1 rekabetinin belirleyici değişkeni haline gelmektedir. Performans artık sadece "daha hızlı" değil, aynı zamanda bir bütün olarak heterojen uygulama dünyasını destekleyip destekleyemeyeceği olasılığıdır. Bu yalnızca bir teknik yarış değil, aynı zamanda bir paradigma mücadelesidir. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen icra platformu, muhtemelen bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacaktır.

Genişletme Paradigması Panorama: Beş Tür Yol, Her Biri Kendi Üzerine Odaklanmış

Kapsama, kamu zinciri teknolojisinin evrimi içinde en önemli, en sürekli ve en zorlayıcı konulardan biri olarak, son on yılda neredeyse tüm ana akım teknolojik yolların ortaya çıkmasına ve evrilmesine yol açtı. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zinciri daha hızlı nasıl çalıştırabiliriz" konusundaki teknik yarışma, sonunda beş temel yola ayrıldı. Her bir yol, darboğazlara farklı açılardan yaklaşarak, kendine özgü teknik felsefeleri, uygulama zorlukları, risk modelleri ve uygun senaryolarla şekillendi.

Birinci tür yol, en doğrudan zincir üstü genişleme yöntemidir; bu yöntem, blok boyutunun artırılması, blok oluşturma süresinin kısaltılması veya veri yapısı ve konsensüs mekanizmasının optimize edilmesiyle işlem kapasitesinin artırılmasını temsil eder. Bu yaklaşım, Bitcoin genişleme tartışmasında bir odak noktası haline gelmiş ve BCH, BSV gibi "büyük blok" yan dallarının doğmasına neden olmuştur; ayrıca erken dönem yüksek performanslı kamu blok zincirleri olan EOS ve NEO'nun tasarım fikirlerini de etkilemiştir. Bu tür yolların avantajı, tek zincir tutarlılığının basitliğini koruması, anlaşılması ve uygulanması kolay olmasıdır; ancak merkeziyetçilik riski, düğüm işletim maliyetlerinin artması ve senkronizasyon zorluğu gibi sistemik sınırlarla kolayca karşılaşılabilir. Bu nedenle, günümüz tasarımlarında artık ana akım bir çekirdek çözüm olmaktan çıkmış ve daha çok diğer mekanizmaların yardımcı bir kombinasyonu haline gelmiştir.

İkinci sınıf yol, zincir dışı genişlemedir ve temsilcileri durum kanalları ve yan zincirlerdir. Bu tür yolların temel düşüncesi, çoğu işlem etkinliğini zincir dışına taşımak, yalnızca nihai sonuçları ana zincire yazmaktır; ana zincir nihai hesaplaşma katmanı olarak işlev görmektedir. Teknik felsefe açısından, bu, Web2'nin asenkron mimari düşüncesine yakındır - ağır işlem yüklerini dışarıda tutmaya çalışmak ve ana zincirin en az güvenilir doğrulamayı yapmasıdır. Bu düşünce teorik olarak sınırsız bir genişletme kapasitesine sahipken, zincir dışı işlemlerin güven modeli, fon güvenliği, etkileşim karmaşıklığı gibi sorunlar uygulamalarının sınırlı kalmasına neden olmaktadır. Tipik olarak, Lightning Network belirgin bir finansal senaryo konumlandırmasına sahip olmasına rağmen, ekosistem ölçeği her zaman patlama yapmamıştır; ayrıca, bazı ticaret platformlarının POS'u gibi yan zincir tabanlı tasarımlar, yüksek işlem hacmi sağlarken ana zincirin güvenliğini devralma zorluğu gibi dezavantajları da ortaya çıkarmaktadır.

Üçüncü tür rota, şu anda en popüler ve en yaygın şekilde dağıtılan Layer2 Rollup rotasıdır. Bu yöntem, ana zinciri doğrudan değiştirmek yerine, dış zincir işlemi ve zincir üzerindeki doğrulama mekanizması aracılığıyla ölçeklenmeyi gerçekleştirir. Optimistic Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır: ilki hızlı bir şekilde uygulanır ve yüksek uyumluluğa sahiptir, ancak zorluk süresi gecikmesi ve dolandırıcılık kanıtı mekanizması sorunları vardır; ikincisi güçlü bir güvenlik, iyi veri sıkıştırma yeteneğine sahiptir, ancak geliştirme karmaşıktır ve EVM uyumluluğu yetersizdir. Hangi tür Rollup olursa olsun, özü, yürütme yetkisini dış kaynak kullanımıdır, aynı zamanda verileri ve doğrulamayı ana zincir üzerinde tutarak merkeziyetsizlik ile yüksek performans arasında göreceli bir denge sağlamaktır. Bazı Layer2 projelerinin hızlı büyümesi, bu yolun uygulanabilirliğini kanıtlamıştır, ancak aynı zamanda veri kullanılabilirliğine (DA) aşırı bağımlılık, hala yüksek olan maliyetler ve geliştirme deneyimindeki parçalanma gibi orta vadeli darboğazları da ortaya çıkarmıştır.

Dördüncü tür rota, son yıllarda ortaya çıkan modüler blok zinciri mimarisidir ve Celestia, Avail, EigenLayer gibi örnekler temsil etmektedir. Modüler paradigma, blok zincirinin temel işlevlerini - yürütme, konsensüs, veri kullanılabilirliği, hesaplaşma - tamamen ayrıştırmayı savunur; farklı işlevleri yerine getiren birden fazla özel zincir tarafından gerçekleştirilir ve ardından çapraz zincir protokolleri ile birleştirilerek ölçeklenebilir bir ağ oluşturulur. Bu yönelim, işletim sistemi modüler mimarisi ve bulut bilişimdeki bileşenlerin bir araya getirilmesi fikrinden derin bir şekilde etkilenmiştir; avantajı, sistem bileşenlerini esnek bir şekilde değiştirebilme yeteneğidir ve belirli aşamalarda ( gibi DA) verimliliği büyük ölçüde artırabilir. Ancak, zorlukları da oldukça belirgindir: Modüler ayrıştırma sonrasında sistemler arasındaki senkronizasyon, doğrulama ve karşılıklı güven maliyetleri son derece yüksektir, geliştirici ekosistemi aşırı dağınıktır ve orta ve uzun vadeli protokol standartları ile çapraz zincir güvenliği talepleri geleneksel zincir tasarımından çok daha yüksektir. Bu model esasen bir "zincir" inşa etmekten ziyade bir "zincir ağı" inşa etmektedir ve genel mimari anlayışı ile işletim için benzeri görülmemiş bir eşik sunmaktadır.

Son kategori, bu makalenin sonraki önemli analiz nesnesidir, zincir içi paralel hesaplama optimizasyon yoludur. Önceki dört kategori, esas olarak yapı düzeyinde "yatay bölme" üzerinde dururken, paralel hesaplama "dikey yükseltme" vurgusu yapmaktadır; yani tek bir zincir içinde yürütme motoru mimarisini değiştirerek atomik işlemlerin eşzamanlı işlenmesini sağlamaktır. Bu, VM zamanlama mantığının yeniden yazılmasını, işlem bağımlılığı analizi, durum çakışması tahmini, paralellik kontrolü, asenkron çağrılar gibi modern bilgisayar sistemleri zamanlama mekanizmalarının tamamının eklenmesini gerektirmektedir. Bazı yüksek performanslı kamu zinciri, paralel VM kavramını zincir düzeyinde sistemlere en erken uygulayan projelerden biridir; hesap modeli temelinde işlem çakışması belirleme ile çok çekirdekli paralel yürütmeyi gerçekleştirmiştir. Monad, Sei, Fuel, MegaETH gibi yeni nesil projeler ise, daha da ileri giderek boru hattı yürütme, iyimser eşzamanlılık, depolama parçalama, paralel çözülme gibi öncü yaklaşımları entegre etmeyi denemekte ve modern CPU benzeri yüksek performanslı yürütme çekirdekleri inşa etmektedir. Bu yönün temel avantajı, çoklu zincir mimarisine bağımlı olmadan işlem sınırlarını aşabilmeyi sağlaması ve karmaşık akıllı sözleşme yürütmesine yeterli hesap esnekliği sunmasıdır; bu, gelecekteki AI Agent, büyük zincir oyunları, yüksek frekanslı türev ürünler gibi uygulama senaryoları için önemli bir teknik ön koşuldur.

Yukarıda belirtilen beş genişletme yolu açısından, arkasındaki ayrım aslında blockchain'in performans, bileşen uyumluluğu, güvenlik ve geliştirme karmaşıklığı arasındaki sistematik dengelemeleridir. Rollup, konsensüsün dış kaynak kullanımı ve güvenlik mirası konusunda güçlüdür, modüler yapı esnekliği ve bileşen yeniden kullanımını öne çıkarır, off-chain genişleme ana zincirin darboğazını aşmayı hedefler ancak güven sorunları yüksektir, iç zincir paralel ise yürütme katmanının köklü bir yükseltmesi ile modern dağıtılmış sistemlerin performans sınırına yaklaşmayı amaçlar, zincir içi tutarlılığı bozma riskini almadan. Her bir yol tüm sorunları çözemez, ancak bu yönler birlikte Web3 hesaplama paradigmasının yükselişinin panoramasını oluşturur ve geliştiricilere, mimarlara ve yatırımcılara son derece zengin stratejik seçenekler sunar.

Tıpkı tarihte işletim sistemlerinin tek çekirdekten çok çekirdekliğe, veri tabanlarının sıralı indekslerden eşzamanlı işlemlere evrildiği gibi, Web3'ün ölçeklenme yolu da nihayetinde yüksek paralel yürütme çağına adım atacaktır. Bu çağda, performans artık sadece zincir hızının rekabeti değil, aynı zamanda temel tasarım felsefesi, mimari anlayış derinliği, yazılım ve donanım iş birliği ile sistem kontrol gücünün bir bütün olarak ifadesidir. Ve zincir içi paralellik, belki de bu uzun süren savaşın nihai cephesi olacaktır.

Paralel Hesaplama Sınıflandırma Haritası: Hesaplardan Talimatlara Beş Ana Yol

Blockchain ölçeklenme teknolojisinin sürekli geliştiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımının temel yolu haline gelmektedir. Yapı katmanı, ağ katmanı veya veri kullanılabilirlik katmanının yatay ayrılmasından farklı olarak, paralel hesaplama yürütme katmanında derinlemesine bir keşif yapmaktadır; bu, blockchain'in çalışma verimliliğinin en temel mantığını ilgilendirmekte ve bir blockchain sisteminin yüksek eşzamanlılık ve çok çeşitli karmaşık işlemlerle karşılaştığında tepki hızı ve işleme kapasitesini belirlemektedir. Yürütme modelinden hareketle, bu teknolojinin gelişim sürecini gözden geçirerek, net bir paralel hesaplama sınıflandırma haritası oluşturabiliriz; bu harita yaklaşık olarak beş teknik yola ayrılabilir: hesap düzeyinde paralel, nesne düzeyinde paralel, işlem düzeyinde paralel, sanal makine düzeyinde paralel ve talimat düzeyinde paralel. Bu beş yol, kaba taneli yapıdan ince taneli yapıya doğru, paralel mantığın sürekli bir şekilde ayrıntılaştırma süreci olduğu gibi, sistem karmaşıklığı ve zamanlama zorluğunun sürekli olarak artan bir yoludur.

En erken ortaya çıkan hesap düzeyinde paralellik, belirli bir yüksek performanslı kamu zincirini temsil eden bir paradigma olarak kabul edilir. Bu model, hesap-durum ayrımına dayanan bir tasarım üzerine kuruludur ve işlemlerde yer alan hesap kümesini statik analiz ederek çelişki ilişkilerinin olup olmadığını belirler. Eğer iki işlem tarafından erişilen hesap kümesi birbirini örtmüyorsa, çoklu çekirdek üzerinde eşzamanlı olarak yürütülebilir. Bu mekanizma, yapılandırması net, girdi ve çıktısı belirgin olan işlemleri işlemek için oldukça uygundur; özellikle DeFi gibi öngörülebilir yolların olduğu programlar için. Ancak, doğal varsayımı, hesap erişiminin öngörülebilir olduğu ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarım yapılabilir olduğudur. Bu, karmaşık akıllı sözleşmeler ( gibi dinamik davranışlarla karşılaştığında, temkinli yürütme ve paralellik oranının düşmesi sorunlarına yol açar. Ayrıca, hesaplar arasındaki çapraz bağımlılık, bazı yüksek frekanslı işlem senaryolarında paralel kazançların ciddi şekilde azalmasına neden olmaktadır. Bu yüksek performanslı kamu zincirinin çalışma zamanı bu açıdan yüksek derecede optimize edilmiştir, ancak çekirdek planlama stratejisi hâlâ hesap granülasyonu kısıtlamalarına tabidir.

Hesap modelinin temeli üzerine daha da ayrıntılı olarak, nesne düzeyinde paralel teknik katmanına giriyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynakların ve modüllerin anlamsal soyutlamasını getirir ve daha ince grained "durum nesneleri" birimi ile eşzamanlı zamanlamaya olanak tanır. Bazı yeni nesil Layer1 projeleri, özellikle de sonuncusu, kaynakların mülkiyetini ve değişkenliğini derleme zamanında tanımlayan Move dilinin doğrusal tip sistemi sayesinde, çalışma zamanında kaynak erişim çatışmalarını hassas bir şekilde kontrol etmeyi sağlayarak bu yönde önemli keşiflerdir. Bu yöntem, hesap düzeyindeki paralelliğe kıyasla daha genel ve ölçeklenebilir olup, daha karmaşık durum okuma/yazma mantıklarını kapsar ve oyun, sosyal, AI gibi yüksek heterojenlikteki senaryolar için doğal olarak hizmet eder. Ancak, nesne düzeyinde paralellik, daha yüksek bir dil eşiği ve geliştirme karmaşıklığını da beraberinde getirir; Move, Solidity'nin doğrudan bir ikamesi değildir, ekosistem geçiş maliyetleri yüksektir ve bunun paralel paradigma yayılma hızını kısıtlamaktadır.

Daha ileri düzeydeki işlem seviyesindeki paralellik, Monad, Sei ve Fuel gibi yeni nesil yüksek performanslı zincirlerin keşfettiği bir yönü temsil etmektedir. Bu yol, durumu veya hesabı en küçük paralel birim olarak almayı bırakır ve bunun yerine tüm işlem işleminin kendisi etrafında bağımlılık grafiği oluşturmaya odaklanır. İşlemleri atomik işlem birimleri olarak görür ve statik veya dinamik analiz ile işlem grafiği )Transaction DAG( oluşturur ve eşzamanlı akış yürütmesi için zamanlayıcıya güvenir. Bu tasarım, sistemin temel durum yapısını tam olarak anlamadan paralelliği en üst düzeye çıkarmasına olanak tanır. Monad özellikle dikkat çekicidir; bunun nedeni, modern veritabanı motoru teknolojilerini bir araya getirerek optimistik eşzamanlı kontrol )OCC(, paralel boru hattı zamanlaması, karışık yürütme gibi yöntemleri birleştirmesidir. Bu, zincir yürütmesini "GPU zamanlayıcısı" paradigmasına daha yakın hale getirir. Pratikte, bu mekanizma son derece karmaşık bağımlılık yöneticileri ve çelişki tespitçileri gerektirir, zamanlayıcı kendisi de bir darboğaz haline gelebilir, ancak potansiyel işleme kapasitesi, hesap veya nesne modelinden çok daha yüksektir ve mevcut paralel hesaplama alanında teorik tavanı en yüksek olan güçlerden biri haline gelmektedir.

Ve sanal makine seviyesinde paralellik, eşzamanlı yürütme yeteneğini doğrudan VM alt düzey talimat programlama mantığına entegre ederek, EVM dizisel yürütmenin katı sınırlamalarını tamamen aşmayı hedeflemektedir. MegaETH, Ethereum ekosisteminin içindeki "süper sanal makine deneyimi" olarak,