Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklendirmenin En İyi Çözümü?

I. Paralel Hesaplama: Blockchain Ölçeklenmesinin Ana Yolu

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" ( "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" ), blok zincir sistemlerinin tasarımındaki temel uzlaşmayı ortaya koymaktadır; yani, blok zincir projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılımı, hızlı işlem" hedeflerini aynı anda gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusuna, şu anda piyasada mevcut olan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Yatay Bölme Durumu/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağlar
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı ölçeklendirme: İcra işlemlerini zincir dışına taşımak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmüş genişletme: Mimari modüler, birlikte çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Genişleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı 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 sıkıştırma, Stateless mimari vb., yürütme, durum, veri, yapı gibi birçok katmanı kapsamaktadır ve "çok katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" tamamlayıcı bir genişletme sistemidir. Bu makalede, paralel hesaplamanın ana genişletme yöntemi olarak tanıtımına odaklanılmaktadır.

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

• Hesap düzeyinde (Hesap düzeyi ): Proje Solana'yı temsil eder.
• Nesne düzeyinde (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem seviyesi (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / Mikro VM paralel ( Çağrı seviyesi / Mikro VM ): MegaETH projesini temsil ediyor
• Komut düzeyi (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder.

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, ( Agent / Actor Model) ile temsil edilen Aktör akıllı ajan sistemleri, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası/asenkron mesaj sistemi ( blok zinciri senkronizasyon modeli) olarak, her bir Ajan bağımsız çalışan "akıllı süreç" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesaj, olay odaklı ve senkronizasyon programlamaya ihtiyaç duymadan çalışır. Temsil edilen projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Ölçeklendirmeyi, "birden fazla zincir/uygulama alanını paralel çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok/ sanal makinenin içindeki eşzamanlılığı artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmak için kullanılacaktır.

İki, EVM tabanlı paralel geliştirilmiş zincir: Uyum içinde performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi günümüze kadar, shard'lama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanının verim dar boğazı hala köklü bir aşama kaydedememiştir. Ancak, bu arada, EVM ve Solidity hala mevcut en güçlü geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirme zinciri, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansını artırma arasında bir denge sağlayan anahtar 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 ayrıştırma ile yüksek eşzamanlılık ve yüksek verim sahnelerine 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. Bu, temel paralel işleme fikri olan (Pipelining) üzerine inşa edilmiştir ve konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution), yürütme katmanında ise iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolünü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemini (MonadDB) tanıtmaktadır ve uçtan uca optimizasyonu gerçekleştirmektedir.

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 işlemek, böylece üç boyutlu bir akışkan yapı oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme imkânı tanır ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeleri azaltma amacına ulaşır. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi (Propose), uzlaşma sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderme (Commit).

Asenkron Çalışma: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrımı

Geleneksel blok zincirinde, işlem uzlaşması ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model, performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile uzlaşma katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresi (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak kullanım oranını daha yüksek hale getirir.

Ana tasarım:

• Konsensüs süreci ( konsensüs katmanı ) yalnızca işlemleri sıralar, sözleşme mantığını yerine getirmez.
• Yürütme süreci ( yürütme 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:乐观并行执行

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

İcrası Mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin arasında durum çatışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak gerçekleştirir.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı ( Conflict Detector )" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini izlemek için ( okuma/yazma çatışmaları ).
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı olarak yeniden çalıştırılacak ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, uyumlu bir yol seçti: EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirmek, yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlamak, daha çok bir performans versiyonu Ethereum'a benziyor; olgunluğu iyi, EVM ekosistemini taşımak kolay, 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 tanımlar; bağımsız bir L1 halka zinciri olarak veya Ethereum üzerinde bir yürütme artırma katmanı (Execution Layer ) veya modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilir en küçük birimlere ayırmaktır. Böylece zincir içi yüksek eş zamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlanır. MegaETH'nin önerdiği önemli yenilik: Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG ( yönlendirilmiş döngüsel olmayan durum bağımlılığı grafiği ) ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi iş parçacıkları" yönünde paralel yürütme sistemini birlikte inşa eder.

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 izolasyon birimini 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 paralel bir yapı oluşturur.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayanan bir DAG zamanlama sistemi kurmuştur. Sistem, ( Bağımlılık Grafiği ) üzerinde gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği sürdürmektedir ve her işlem, hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu, tamamen bağımlılık ilişkileri olarak modellemektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıralamaya göre sıralanır veya ertelenerek zamanlama yapılır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar eden yazmaları garanti eder.

Asenkron Çalışma ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Sonuç olarak, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem planlaması yapmakta ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanmaktadır. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarımı olan bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemler inşa etmek için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme zamanlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zordur, bu daha çok Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine benzemektedir.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parça ( Sharding ) ile oldukça farklıdır: parça, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire ( Shards ) ayırarak, her bir alt zincirin belirli işlemler ve durumlar üzerinde sorumluluk taşımasını sağlar ve tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme gerçekleştirir ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonuyla performansın sınırlarını aşar. İkisi, blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı ana hedef olarak belirleyerek, geçiş optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, (Deferred Execution) ve (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilmesini sağlar. Pharos Network, 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) işbirliği yoluyla, 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 Pipeline İşleme ( Full Lifecycle Asynchronous Pipelining ): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını ( konsensüs, yürütme, depolama ) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemini benimser, böylece her aşama bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşebilir ve bu da genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalıştırma (Dual VM Parallel Execution ): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel çalıştırma ile işlem işleme yeteneğini de geliştirir.
3. Özel işleme ağı (SPNs): SPNs, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir, belirli görevler veya uygulamalar için özel olarak kullanılan modüler alt ağlara benzer. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, böylece sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Mekanizması ( Modüler Konsensüs & Yeniden Stake ): Pharos, PBFT, PoS, PoA gibi çeşitli konsensüs modellerini destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmaktadır ( ve yeniden stake protokolü ) ile ana ağ ve SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlamaktadır.

Ayrıca, Pharos çoklu versiyon Merkle ağaçları, diferansiyel kodlama ( Delta Encoding ), versiyon adresleme ( Versioned Addressing ) ve ADS aşağı itme ( ADS Pushdown ) teknolojileri ile depolama motoru alt yapısından yürütme modelini yeniden yapılandırarak, yüksek verimli yerel blok zinciri depolama motoru Pharos Store'u tanıttı ve yüksek throughput, düşük gecikme, güçlü doğrulanabilirlik ile zincir üzerindeki işleme yeteneğini gerçekleştirdi.

![