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

1. Arka Plan ve Genel Bakış

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" gibi unsurlar, blockchain sistem tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır; yani blockchain projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılımı, yüksek hızda işlem" sağlama konusunda zorluklar yaşadığıdır. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu sürekli tartışma için, mevcut pazardaki ana akım blockchain genişletme çözümleri paradigma bazında sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneklerini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçekleme: Yatay Durum Bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı: İşlemi zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı ayrıştırma tipi genişleme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj yönlendirme, örneğin ajanlar, çok iş parçacıklı asenkron zincir

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok seviyeyi kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" tam bir genişletme sistemi oluşturur. Bu makale, paralel hesaplamanın ana akım genişletme yöntemi olarak tanıtılmasına odaklanmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların 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. Paralel parçacık boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, planlama karmaşıklığı da artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artar.

• 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 paralellik (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat seviyesi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Actor akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir; bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası / asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak her Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı varlık süreçleri" olarak değerlendirilir ve eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay tetikleme, senkronizasyon programlamasına ihtiyaç duymadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve aşina olduğumuz Rollup veya parçalama genişletme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarına aittir ve zincir içi paralel hesaplamalara dahil değildir. Bunlar, "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel çalıştırarak" genişlemeyi sağlarken, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik seviyesini artırmaz. Bu tür genişletme çözümleri, bu makalenin ana konusu değildir ancak yine de mimari konseptlerin karşılaştırmasında kullanılacaktır.

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

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir aşamaya ulaşamadı. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırma dengesini sağlamak için kritik bir yol olarak yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması ile 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 düşünce olan boru hatları işleme (Pipelining) üzerine inşa edilmiştir ve konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution), yürütme katmanında ise iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) uygulanmaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon sağlamaktadır.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel prensibidir; temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme işlemini birden fazla bağımsız aşamaya bölmek ve bu aşamaları paralel işleyerek üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltmayı hedefler. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşma sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron Çalışma: Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve yürütmesi genellikle senkron bir süreçtir, bu seri model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde sınırlar. Monad, "asenkron yürütme" aracılığıyla konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama asenkron hale getirir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek hale getirir, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak verimliliğini artırır.

Kilit Tasarım:

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

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

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

İcra mekanizması:

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

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralını değiştirerek uyumlu bir yol seçti: durum yazımını erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi, olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmaktadır; bağımsız bir L1 halka zinciri olarak veya Ethereum üzerindeki yürütme güçlendirme katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlanabilir en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'in sunduğu temel yenilik, "zincir içi iş parçacıklarına" yönelik 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 parçacığına dayalı" hale getirir ve paralel planlama için en küçük ayrıştırma birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) aracılığıyla iletişim kurar; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG zamanlama sistemi geliştirmiştir. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) tutar. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre seri veya gecikmeli olarak zamanlama sıralamasına tabi tutulacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlı yazma olmamasını garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapar ve senkron çağrı yığınını asenkron mesaj mekanizması ile değiştirir. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" açısından yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmaya dayalı yeni bir yaklaşım sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlaması ile en uç paralel potansiyeli serbest bırakmayı hedefliyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; bu da onu Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemi haline getiriyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, sharding ile oldukça farklıdır: Sharding, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (Shards) böler; her alt zincir, kısmi işlemler ve durumlarla ilgilenir, bu da ağ katmanında tek zincir kısıtlamalarını aşar. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak sadece yürütme katmanında yatay olarak genişler ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonları ile performansı artırır. Her ikisi, blok zinciri genişleme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırmak için ana hedef olarak throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. İşlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirmek için Gecikmeli Yürütme (Deferred Execution) ve Mikro Sanal Makine (Micro-VM) mimarisi kullanmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPNs) iş birliği ile çalışarak 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 (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırmakta ve asenkron işlem yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel olarak gerçekleşmesini sağlamaktadır, böylece genel işlem verimliliği artırılmaktadır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalıştırma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM adlı iki sanal makine ortamını desteklemektedir. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel çalıştırma sayesinde işlem kapasitesini de yükseltmektedir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, böylece sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çok çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmaktadır.