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

I. Arka Plan: Blok Zinciri Ölçeklenebilirliğinin Sürekli Konusu

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zincir sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır. Yani, blok zincir projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, yüksek hızlı işlem" gibi hedefleri aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" bu sürekli tartışma konusu için, şu anda piyasada bulunan ana akım blok zincir genişletme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır; bunlar arasında:

• Geliştirilmiş ölçekleme uygulaması: Yürütme yeteneğini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Durum Bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağlar
• Zincir dışı dış kaynaklı ölçeklenebilirlik: İşlemi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmüş genişletme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalara ayırma, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırma, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla katmanı kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" olan kapsamlı bir genişletme sistemi oluşturur. Bu yazıda, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / komutların paralel yürütülmesine odaklanmaktadır. Paralel mekanizmalara göre, genişletme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel iş parçacığı boyutu giderek daha ince, paralel yoğunluğu giderek daha yüksek, zamanlama karmaşıklığı da giderek daha karmaşık hale gelmektedir; programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da giderek artmaktadır.

• Hesap düzeyinde paralel (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 düzeyi / Mikro VM paralelliği (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat düzeyi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder.

Zincir dışı asenkron eş zamanlı model, Actor akıllı varlık sistemini (Agent / Actor Model) temsil eder, başka bir paralel hesaplama paradigmasıdır. Zincirler arası / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak, her bir Agent bağımsız çalışan "akıllı süreç" olarak, eş zamanlı asenkron mesaj, olay güdümlü, senkronizasyon planlamasına gerek olmadan faaliyet gösterir. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

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

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

Ethereum'un seri işleme mimarisi, bugüne kadar parçalara ayrılma, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklendirme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hâlâ köklü bir kırılma yaşamadı. Bununla birlikte, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en büyük geliştirici temeline ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmanın ana yolu olarak, yeni bir ölçeklendirme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırmasına odaklanarak 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) ilkesine dayalı olarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında optimistik eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlamaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolünü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemini (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme için temel ilkesidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak, bloklar arası eşzamanlı işlemeyi gerçekleştirir ve nihai olarak throughput'u artırma ve gecikmeyi azaltma etkisi elde edilir. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrılmış

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve yürütülmesi genellikle senkron bir akıştır, bu seri model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Monad, "asenkron yürütme" sayesinde konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem akışını daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini daha yüksek hale getirmektedir.

Kilit Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamaktan sorumludur, sözleşme mantığını yürütmez.
• Yürütme süreci (yürütme katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandığında hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine girilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra: Optimistik Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütme konusunda katı bir seri model kullanır. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını büyük ölçüde artırır.

Yürütme Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını 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, çatışan işlemler sıralı bir şekilde yeniden yürütülerek durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, uyumlu bir yol seçti: EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirmek, yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve dinamik çelişkileri tespit ederek paralellik sağlamak, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi, olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor, EVM dünyası için bir paralel hızlandırıcı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmıştır; hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırma katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak programlanabilir en küçük birimlere ayırarak zincir içinde yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'in sunduğu ana yenilik, "zincir içinde iplikleme" yönünde paralel yürütme sistemi oluşturan Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır.

Micro-VM (mikro sanal makine) mimarisi: hesap bir iş parçacığıdır

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iş parçacıklarıyla" ayırmakta ve paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağlamaktadır. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar; birçok VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paralel bir şekilde.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği tarafından yönlendirilen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayanan bir DAG zamanlama sistemi inşa etmiştir. Sistem, bir küresel bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak korur. Her işlem hangi hesapları değiştiriyorsa ve hangi hesapları okuyorsa, bunların hepsi bağımlılık ilişkisi olarak modellenir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre sıralanarak veya ertelenerek zamanlama yapılır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlanmayan yazımları garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

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

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlama yolunu seçti: aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme planlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında bir süper dağıtılmış işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) ayırır; her alt zincir belirli bir işlem ve durumu yönetir, bu da ağ katmanında tek zincir kısıtlamalarını aşar. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansını artırır. Her iki proje, blok zinciri genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı hedefleyen bir throughput optimizasyon yoluna odaklanmaktadır. Bu hedefe, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilerek ulaşılmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın bir L1 blok zincir ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) iş birliği yoluyla çalışmakta, 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 (konsensüs, yürütme, depolama gibi) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak tanır, böylece genel işlem verimliliğini artırır.
2. İkili Sanal Makine Paralel Çalıştırma (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 ikili VM mimarisi sadece sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler sayesinde, 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 (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması getiriyor ve aracılığıyla