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

I. Giriş

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koyar; yani blok zinciri projelerinin "aşırı güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işlem" hedeflerini aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, mevcut pazardaki ana akım blok zinciri genişletme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme gerçekleştir: Yerinde yürütme yeteneğini artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincirde dış kaynaklı genişleme: İşlemleri zincir dışına taşımak, örneğin Rollup, Koprosesör, DA
• Yapı çözülmesi genişlemesi: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron eşzamanlı genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj tabanlı, örneğin akıllı ajanlar, çok iş parçacıklı asenkron zincir

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

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / komutların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalarına göre, ölçeklendirme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Sırasıyla paralel parçacık boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek daha yüksek olur, zamanlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da artar.

• Hesap düzeyinde paralel (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne seviyesinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder.
• İşlem seviyesi paralellik (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, Actor akıllı varlık sistemi (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir. Bunlar, paralel hesaplama paradigmasının başka bir türüne aittir ve çapraz zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli değil) olarak çalışır. Her Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı süreç" olarak görev yapar. Paralel şekilde asenkron mesaj, olay odaklı ve senkronizasyon planlaması gerektirmeden 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 hesaplama ile ilgili değildir. Genişlemeyi "birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makine içindeki eşzamanlılık seviyesini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir ancak yine de mimari fikirlerin benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

İki, EVM sistemi paralel artırılmış zincir: Uyum içinde performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklendirme denemesi geçirdi ancak yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala köklü bir aşama kaydedemedi. Ancak bu arada, EVM ve Solidity şu anda en fazla geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırma ana yolu olarak, yeni bir ölçeklendirme evriminin önemli yönü haline geliyor. Monad ve MegaETH, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum parçalama konularına odaklanarak yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryoları için EVM paralel işleme mimarisi oluşturan bu yöndeki en temsilci projelerdir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizması analizi

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

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir ve temel fikri, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel işleme koymaktır. Bu, üç boyutlu bir akış hattı mimarisi oluşturur; her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşılır ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma hedeflenir. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşma (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok taahhüdü (Commit).

Asenkron Yürütme: Konsensüs - Yürütme Asenkron Ayrık

Geleneksel zincirlerde, işlem konsensüsü ve icrası genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model, performans ölçeklenmesini ciddi şekilde sınırlamaktadır. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs 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 işlemlerin sıralanmasından sorumludur, sözleşme mantığını yürütmez.
• 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：乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütmesini katı bir seri modelle gerçekleştirmektedir. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimsemekte ve işlem işleme hızını büyük 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 (örneğin, okuma/yazma çakışması) erişilip erişilmediğini izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri olarak yeniden yürütülecek, durum doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralını değiştiren 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 ekosisteminin geçişini kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'dan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'nin EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmasıdır. Hem bağımsız bir L1 halka zinciri 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 planlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini gerçekleştirmektir. MegaETH'nin önerdiği temel yenilikler arasında: Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (Yönlendirilmiş Aksiyel Durum Bağımlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizması ile "zincir içi iş parçacığı" odaklı paralel yürütme sistemi 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 getirir ve paralel planlama için en küçük izole birim sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) aracılığıyla iletişim kurar, böylece çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paraleldir.

Eyalet Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayanan bir DAG zamanlama sistemi kurmuştur. Sistem, küresel bir bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) gerçek zamanlı olarak bakımını yapar; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini ve hangi hesapları okuduğunu, tamamını bağımlılık ilişkisi olarak modelleyerek kaydeder. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya gecikmeli olarak zamanlama sırasına alınacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazma işlemlerini güvence altına alır.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine paketlemesi gerçekleştirmekte, işlem zamanlaması için durum bağımlılık grafiği kullanmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması uygulamaktadır. 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 paradigmatik yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşamalı yürütme planlamasıyla son derece paralel potansiyeli serbest bıraktı. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile oldukça farklıdır: Parçalama, blockchain'i yatay olarak bağımsız alt zincirlere (parçalar Shards) ayırır, her bir alt zincir belirli işlemler ve durumlarla ilgilenir, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak sadece yürütme katmanında yatay genişlemeyi sürdürür, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonlarıyla performansın sınırlarını aşar. Her ikisi de blockchain genişleme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme iki yönü temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırma hedefiyle, verim optimizasyonu yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilir. 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 kanıtı (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi gelişmiş teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh Paralel Hesaplama Mekanizması Analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde yürütülmesine olanak tanır, böylece genel işleme verimliliği artırılır.
2. Çift 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 çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel çalıştırma ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin temel bileşenleridir ve belirli türdeki görevleri veya uygulamaları işlemek için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. SPN'ler aracılığıyla, Pharos dinamik kaynak tahsisi ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, böylece 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 yeniden stake etme aracılığıyla