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

1. Blok zinciri ölçeklenebilirliğinin sonsuz konusu

Blockchain'ın "imkânsız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blockchain sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blockchain projelerinin "aşırı güvenlik, herkesin katılabilmesi ve hızlı işlem" sağlamakta zorlanmasıdır. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, günümüzde piyasada bulunan ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklenebilirlik uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğinin artırılması, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçeklendirme: Durumsal Yatay Bölme / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı: yürütmeyi zincir dışına koyma, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözümlemesi genişletme: Mimari modüler, iş birliği içinde çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çok iş parçacıklı asenkron zincir

Blok zinciri ölçeklenme çözümleri arasında: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Stateless mimarisi gibi çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birden fazla katmanı kapsamaktadır ve "çok katmanlı işbirliği, modüler kombinasyon" şeklinde tam bir ölçeklenme sistemi oluşturmaktadır. Bu makalede, ana akım ölçeklenme yöntemi olarak paralel hesaplama üzerinde durulacaktır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin/komutların paralel yürütülmesine odaklanmaktadır. Paralel mekanizmalara göre sınıflandırıldığında, genişleme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel parçacık boyutu giderek daha ince, paralel yoğunluk giderek daha yüksek, planlama karmaşıklığı da giderek daha yüksek, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek daha yüksektir.

• Hesap düzeyinde paralel (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem Seviyesi Paralel (Transaction-level): Monad, Aptos projesini temsil eder.
• 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, Aktör akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir. Bunlar, paralel hesaplama paradigmasının bir başka türüne aittir ve zincirler arası/asenkron mesaj sistemi (blok senkronizasyon modeli değil) olarak işlev görür. Her bir Ajan, bağımsız çalışan "akıllı süreç" olarak hareket eder, asenkron mesajlar ve olaylar sürükleyici şekilde, senkronizasyon planlamasına ihtiyaç duymadan paralel bir şekilde iletilir. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Ve iyi bildiğimiz Rollup veya parçalı ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, ölçeklendirmeyi "birden fazla zinciri/uygulama alanını paralel olarak çalıştırarak" gerçekleştirir, tek bir blok/ sanal makine içindeki eşzamanlılık derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir ama yine de mimari kavramların karşılaştırmasında kullanılacaktır.

İki, EVM Sistemi Paralel Gelişmiş Zincir: Uyumda Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, shardlama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesi ile gelişti, ancak yürütme katmanındaki işleme dar boğazı hala temel bir atılım elde edemedi. Ancak, EVM ve Solidity, hâlâ mevcut en büyük 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 genişletme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsil edici projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerinden yüksek eşzamanlılık ve yüksek işleme senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) ilkesine dayanan Monad, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlamaktadır. 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 mekaniği

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 boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdeklerde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşır ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltarak sonuç verir. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşma sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok taahhüdü (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirlerinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkron süreçlerdir; bu seri model, performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını, yürütme katmanını ve depolamayı 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.

Ana Tasarım:

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

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

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

Uygulama Mekanizması:

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

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirerek uyumlu bir yol seçti: yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağladı. Bu, daha çok performansa odaklı bir Ethereum gibidir; olgunluğu, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırır 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 konumlandırılmıştır; hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlanabilen en küçük birimlere ayırarak, zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini gerçekleştirmektir. MegaETH'nin önerdiği ana yenilik: Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (Yönlendirilmiş Aykırı Durum Bağımlılığı Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi çoklu iş parçacığı" paralel yürütme sistemini birlikte inşa etmektedir.

Micro-VM (Mikro Sanal Makine) mimarisi: Hesap, iş parçacığıdır

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getiriyor ve paralel planlama için minimum ayrıştırma birimi sağlıyor. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurarak, çok sayıda VM bağımsız bir şekilde çalışabilir ve bağımsız bir şekilde depolanabilir, doğal olarak paralel bir yapıdadır.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) sürdürüyor. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya gecikmeli olarak zamanlama sırasına konulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarlanan yazma işlemlerini güvence altına alır.

Asenkron Yürütme ve Geri Çağırma Mekanizması

MegaETH, aktör modeline benzer asenkron mesajlaşma ile asenkron programlama paradigması üzerine inşa edilmiştir ve geleneksel EVM'nin seri çağrı sorununu çözmektedir. Sözleşme çağrıları asenkron (özyinelemeli olmayan yürütme) olup, A'dan B'ye, B'den C'ye yapılan her çağrı asenkron hale getirilir, engelleyici beklemeye gerek kalmaz; çağrı yığını asenkron çağrı grafiğine (Call Graph) genişletilir; işlem işleme = asenkron grafiği gezinme + bağımlılık çözme + paralel planlama.

Özetle, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştiriyor, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapıyor ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizmasını kullanıyor. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu bir yeniden tasarım ile, bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir düşünce sunan paralel bir hesaplama platformudur.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlaması ile en üst düzeyde paralel potansiyeli serbest bırakmayı amaçlıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; bu, Ethereum felsefesine dayalı süper dağıtılmış bir 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) böler; her alt zincir belirli işlemler ve durumlar ile ilgilenir, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında aşar. Buna karşın Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü korur ve yalnızca yürütme katmanında yatay olarak ölçeklenir, tek zincir içinde aşırı paralel yürütme optimizasyonları ile performansı artırır. Her ikisi de blok zinciri genişleme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme iki yönünü temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı amaçlayan throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. İşlem düzeyi veya hesap düzeyinde paralel işleme sağlamak 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 (SPN'ler) işbirliği yoluyla çalışarak çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi ileri teknolojileri birleştirmektedir.

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) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar, böylece genel işlem 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 icra yoluyla işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalarla başa çıkmak için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler sayesinde, Pharos dinamik kaynak tahsisi ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirerek sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, birden fazla konsensüs modelini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması getirmiştir ve yeniden stake etme yoluyla...