Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklendirme için En İyi Çözüm mü?

1. Blok Zinciri Paralel Hesaplamanın Arka Planı ve Zorlukları

Blockchain'ın "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blok zinciri projelerinin "son derece güvenli, herkesin katılabileceği ve hızlı işlem yapabilen" bir yapıyı aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik bu kalıcı tartışma için, piyasada mevcut olan ana akım blok zinciri ölçekleme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır.

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yürütme yeteneğini yerinde artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonuna Dayalı Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı ölçeklenme: İşlemleri zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Kooperatif, DA
• Yapı Ayrıştırma Tabanlı Ölçeklendirme: Mimari modüler, birlikte çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri ölçeklendirme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Durumsuz mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" olan tam bir ölçeklendirme sistemidir. Bu makalede, ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak paralel hesaplama üzerinde durulmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içi işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre, genişleme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir, her kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel iş parçacığı boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel güç 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 seviyesinde paralel (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / Mikro VM paralelliği (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat seviyesinde paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Temsilcisi Aktör Akıllı Sistemleri (Agent / Actor Model) olarak bilinen, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Bu, zincirler arası / asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak çalışır. Her bir Temsilci, bağımsız çalışan bir "akıllı süreç" olarak görev yapar ve eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olaylara dayalı, senkronizasyon planlaması gerektirmeden işler. Temsilci projeleri arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve sıkça duyduğumuz Rollup veya parçalama ölçeklenme çözümleri, sistem seviyesi eşzamanlılık mekanizmalarıdır ve zincir içi paralel hesaplamalara dahil değildir. Bunlar, ölçeklenmeyi sağlamak için "birden fazla zincir / yürütme alanını paralel olarak çalıştırma" yolunu izler, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklenme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarının karşılaştırmasında kullanılacaktır.

İki, EVM Serisi Paralel Güçlendirme Zinciri: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirdi, ancak yürütme katmanının işlem hacmi darboğazı hala köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en güçlü geliştirici temeline ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirme zinciri, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmanın ana yolu olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli yönü haline geliyor. Monad ve MegaETH ise bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması ile yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa ediyor.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) prensibine dayanan bu yapı, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında optimistik paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) getirerek uçtan uca optimizasyonu gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkelerinden biridir. 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 parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işlemeyi gerçekleştirir ve nihayetinde verimliliği artırmayı ve gecikmeyi azaltmayı hedefler. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel zincirlerde, işlem mutabakatı ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model, performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" aracılığıyla mutabakat katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok zamanını (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha dayanıklı hale getirir, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak 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 İcra: İyimser Paralel İcra

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

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması olmadığı varsayımıyla tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı durumu (örneğin okuma/yazma çatışmaları) erişip erişmediğini izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı olarak yeniden yürütülerek durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştiren 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 L1 konumlandırması, MegaETH'yi EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırıyor. Bu, bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak veya Ethereum üzerinde bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer) ya da modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu, bağımsız olarak planlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneklerini gerçekleştirmektir. MegaETH'nin önerdiği temel yenilik, "Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılığı grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması" ile birlikte "zincir içi iş parçacığı" odaklı paralel yürütme sistemini oluşturmaktadır.

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

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iş parçacığına ayırır" ve paralel zamanlama için en küçük ayrıştırma birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) ile birbirleriyle iletişim kurar, bu sayede çok sayıda VM bağımsız bir şekilde çalışabilir, bağımsız depolanabilir ve doğal olarak paralel hale gelir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiğine Dayalı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayanan bir DAG zamanlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyen bir küresel bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak sürdürmektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş bir şekilde planlanıp sıralanacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazımın önlenmesini 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 aracılığıyla işlem zamanlaması yapmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizmasını kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" boyutunda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM'ye dönüştürerek yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme programlaması ile aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmayı amaçlıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor, 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 işlemler ve durumlar üzerinde sorumluluk taşır, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay olarak ölçeklenir, tek zincir içinde sınır paralel yürütme optimizasyonu ile performansı artırır. İkisi, blok zinciri ölçeklenme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırmak için temel hedef olarak throughput optimizasyonu yoluna odaklanmaktadır. İşlem düzeyi 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 blockchain ağı olarak, 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 gelişmiş teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizmasının analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemesi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) ayrıştırır ve asenkron bir işleme yöntemi kullanarak, her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliği artırılır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun icra ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel icra ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisindeki ana bileşenlerdir 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 sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar (örneğin PBFT