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

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" ile blockchain sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyar; yani blockchain projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işleme" gibi üç özelliği aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna gelince, şu anda piyasada bulunan ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmaya göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yürütme yeteneğini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Durum Bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişletme: çalışmayı zincir dışına almak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı sökme tipi genişleme: Mimari modüler, işbirlikçi çalışma, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blockchain ölçeklendirme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Stateless mimarisi vb., yürütme, durum, veri, yapı gibi birden fazla katmanı kapsamaktadır ve "çok katmanlı işbirliği, modüler kombinasyon" tam bir ölçeklendirme sistemi oluşturmaktadır. Bu makale, paralel hesaplamanın ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak ön plana çıktığı konulara odaklanmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre, genişleme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeyi temsil eder. Paralel işlem parçacığı giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk artar, planlama karmaşıklığı da artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da 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 paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder.
• Talimat seviyesinde paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör akıllı sistemine (Agent / Actor Model) dayanmaktadır. Bunlar, çapraz zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modelinin dışında) olarak başka bir paralel hesaplama paradigmalarına aittir. Her bir Agent, bağımsız çalışan "akıllı süreç" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay tetiklemeleri yapar ve senkronize planlamaya ihtiyaç duymaz. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem seviyesinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel olarak çalıştırmak" suretiyle ölçeklendirme sağlarlar, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik düzeyini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri, bu makalenin ana konusu değildir, ancak yine de mimari konseptlerin benzerlikleri ve farklılıkları karşılaştırmasında kullanılacaktır.

İkincisi, EVM Tabanlı Paralel Geliştirilmiş Zincir: Uyumlulukta Performans Sınırlarının Aşılması

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi bir dizi ölçeklenme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanındaki throughput dar boğazı hâlâ köklü bir aşama kaydedememiştir. Ancak, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en geniş geliştirici tabanına 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 ölçeklenme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projelerden ikisi olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerine kurularak, yüksek eşzamanlılık ve yüksek throughput senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blockchain'dir. Temel paralel fikir olan boru hatlı işleme (Pipelining) üzerine kuruludur; konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir; temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma hedeflerine ulaşır. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderimi (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem mutabakatı ve yürütmesi genellikle senkronize bir süreçtir; bu sıralı model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Monad, "asenkron yürütme" ile mutabakat katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. 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.

Ana tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, sözleşme mantığını uygulamaz.
• Uygulama süreci (uygulama katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra

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

İcra Mekanizması:

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

Monad, uyumlu bir yol seçti: EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirecek şekilde, yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor. Bu, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor; olgunluk seviyesi yüksek olduğu için 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 konumlandırılmaktadır. Hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak, hem de Ethereum üzerinde bir yürütme güçlendirme 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 üzerinde yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt kabiliyeti sağlamaktır. MegaETH'in sunduğu ana yenilik, "zincir içi iş parçacığı"na odaklanan paralel yürütme sistemini inşa eden Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsüz 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 zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletimi (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği ile sürülen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, her zaman işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) bakımını yapar. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıralama ile seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sırasına konulacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazmayı önler.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesaplar bazında mikro sanal makine kapsüllemesi sağlamaktadır. İşlem planlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması getirmektedir. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" tüm boyutlarda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir içi sistemlerin inşası için paradigmalar düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM'ye 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 dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, shardlama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Shardlama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (shard'lar) böler, her bir alt zincir belirli işlemler ve durumlar ile ilgilenir, tek zincir kısıtlamasını ağ katmanında genişleterek kırar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay olarak genişler ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performansı aşar. Her iki proje, blok zinciri genişletme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme olmak üzere iki yönü temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı hedefleyerek throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyi veya hesap düzeyi paralel işleme gerçekleştirilerek sağlanmaktadır. 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 (SPN'ler) işbirliği ile çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamları (TEE) gibi gelişmiş 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, uzlaşma, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak tanır, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun yürütme ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamaları işlemek için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler sayesinde Pharos, kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesini ve görevlerin paralel işlenmesini sağlayarak 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 ana ağ ile SPN'ler arasında yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla bağlantı sağlar.