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

Blockchain'in "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blockchain sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blockchain projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılabileceği, hızlı işlem" gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu sonsuz tartışmaya yönelik olarak, şu anda piyasada mevcut olan ana akım blockchain genişletme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş genişleme gerçekleştirme: Yerinde yürütme kapasitesini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli.
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklendirme: Yatay Durum Bölme/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynak kullanımı genişlemesi: yürütmeyi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmüş genişleme: mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, 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 kanıt sıkıştırma, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" olan tam bir ölçeklendirme sistemi sunar. Bu makale, paralel hesaplamayı ana akım ölçeklendirme yöntemi olarak tanıtmaktadır.

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

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, ( Agent / Actor Model) ile temsil edilen Aktör akıllı varlık sistemleri olarak bilinir. Bunlar, bir başka paralel hesaplama paradigmasına aittir ve çapraz zincir/asenkron mesaj sistemleri( blok zinciri senkronizasyon modeli) olarak işlev görür. Her bir Agent, bağımsız olarak çalışan "akıllı ajans süreçleri" olarak işlev görür, asenkron mesajlar, olay odaklı, senkronizasyon planlaması olmadan paralel bir şekilde çalışır. Temsil eden projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve sıkça duyduğumuz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zincir/geliştirme alanının paralel çalıştırılması" yoluyla ölçeklendirme sağlar, tek bir blok/ sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların farklılıklarını karşılaştırmada kullanacağız.

İki, EVM Sistemi Paralel Geliştirilmiş Zincir: Uyumlulukta Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işlem mimarisi, bugüne kadar parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklendirme girişiminden geçti, ancak yürütme katmanındaki verimlilik darboğazı hala köklü bir aşama kaydedemedi. Bununla birlikte, EVM ve Solidity, şu anda en fazla geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformları olmaya devam ediyor. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansı artışını dengede tutmanın ana yolu olarak, yeni bir ölçeklendirme evriminin önemli bir yönü haline geliyor. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum parçalama üzerine odaklanarak yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına yönelik EVM paralel işlem mimarisi 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 prensibi olan (Pipelining)'ye dayanarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında optimistik eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlamaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB)'yi tanıtarak uçtan uca optimizasyon 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, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme gerçekleştirir ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma etkisine ulaşır. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İşlem: Konsensüs - Asenkron Çözümleme

Geleneksel zincirde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkron bir süreçtir; bu seri model performansın ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama asenkron hale getirmiştir. Blok süresini ( blok süresi ) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak, sistemi daha dayanıklı hale getirmiş, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirmiş ve kaynak kullanımını artırmıştır.

Ana Tasarım:

• Konsensüs süreci ( konsensüs katmanı ) yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, sözleşme mantığını yerine getirmez.
• İşlem 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 yürütme konusunda katı bir seri model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisi benimseyerek işlem işleme hızını büyük ölçüde artırır.

İcra mekanizması:

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

Monad, mümkün olduğunca az EVM kuralı değiştirerek uyumlu bir yol seçti; yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor, bu da onu performans odaklı bir Ethereum'a benzetiyor. Olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'dan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmıştır; hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak hem de Ethereum'daki yürütme artırıcı katmanı ( Execution Layer ) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu, bağımsız olarak planlanabilecek en küçük birimlere ayrıştırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu temel yenilikler, Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG ( yönlendirilmiş döngü içermeyen durum bağımlılık grafiği ) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır; bunlar birlikte "zincir içi iş parçacığına yönelik" paralel yürütme sistemini inşa etmektedir.

Micro-VM( mikro sanal makine ) mimarisi: hesap bir ipliktir

MegaETH, her hesap için bir "mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modeli tanıtarak yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirir ve paralel planlama için minimum izolasyon birimi sağlar. Bu VM'ler arasında senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurulur, böylece çok sayıda VM bağımsız bir şekilde çalışabilir, bağımsız depolama gerçekleştirebilir ve doğal olarak paralel bir yapıdadır.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiğine Dayalı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etmiştir. Sistem, ( Bağımlılık Grafiği )'ni gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği olarak sürdürmektedir. Her işlem hangi hesapları değiştirdiğini, hangi hesapları okuduğunu modelleyerek bağımlılık ilişkileri haline getirir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sıralamasına tabi tutulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığı ve tekrarsız yazma işlemlerini garanti eder.

Asenkron Yürütme ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacığı durumu makinesi modelini kırarak, mikro sanal makine paketlemesi sağlamak için hesap birimi olarak hareket eder, işlem planlaması için durum bağımlılık grafiğini kullanır ve senkron çağrı yığınını asenkron mesaj mekanizması ile değiştirir. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigmaya dayalı yeni bir yaklaşım sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için 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 daha zor; daha çok Ethereum felsefesi çerçevesinde süper dağıtık bir işletim sistemi gibi.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, shard ( Sharding ) ile oldukça farklıdır: shard, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire ( shard'lara ) böler, her alt zincir belirli bir kısmın işlemlerini ve durumunu yönetir, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü korur, yalnızca yürütme katmanında yatay olarak ölçeklenir, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu yaparak performansı artırır. Her ikisi de blok zinciri ölçeklenme yollarında dikey güçlendirme ve yatay genişleme gibi iki yönü temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırmayı hedefleyen bir throughput optimizasyonu yoluna odaklanmaktadır. Bu, (Deferred Execution) ve (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilerek sağlanmaktadır. Pharos Network, modüler ve tam yığın bir L1 blok zincir ağı olarak, çekirdek paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağları (SPNs) arasındaki iş birliği ile, çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtları (ZK), güvenilir yürütme ortamları (TEE) gibi ileri 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 (konsensüs, yürütme, depolama )ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesine izin verir, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalışma (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 artırmanın yanı sıra, paralel çalışmayla işlem işleme kapasitesini de geliştirmiştir.
3. Özel işleme ağı (SPNs): SPNs, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPNs aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik olarak dağıtılmasını ve görevlerin paralel işlenmesini sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modüler Konsensüs & Yeniden Stake Etme ): Pharos, esnek bir konsensüs tanıttı.