Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklenmenin Nihai Yolu

Bir, Giriş: Ölçeklendirme ebedi bir meseledir, paralel çalışma nihai savaş alanıdır.

Bitcoin'in doğuşundan bu yana, blockchain sistemleri aşılmaz bir temel sorunla karşı karşıya kalmıştır: ölçeklenebilirlik. Bitcoin, saniyede 10'dan az işlem yaparken, Ethereum da onlarla sınırlı TPS performans darboğazını aşmakta zorlanıyor, bu da geleneksel Web2 dünyasıyla karşılaştırıldığında oldukça hantal görünmektedir. Daha da önemlisi, bu basit bir şekilde sunucu artırmakla çözülebilecek bir durum değildir; bu, blockchain'in temel tasarımına derinlemesine gömülü sistematik bir sınırlamadır.

Son on yılda, birçok ölçekleme girişiminin yükselişine ve düşüşüne tanık olduk. Bitcoin ölçekleme mücadelesinden Ethereum'un shard vizyonuna, durum kanallarından Plasma'ya, Rollup ve modüler blok zincirlerden Layer 2'nin zincir dışı yürütmesine kadar, Veri Erişimi'nin yapısal yeniden yapılandırmasına kadar, sektör hayal gücü dolu bir ölçekleme yolu çıkardı. Rollup, şu anda en yaygın kabul gören ölçekleme paradigması olarak, ana zincirin yükünü hafifletirken TPS'yi büyük ölçüde artırma hedefini gerçekleştirdi. Ancak, blok zincirinin temel "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarını tam olarak aşmamıştır, özellikle de yürütme aşamasında hala zincir içi seri hesaplama gibi eski bir paradigma ile sınırlıdır.

Bu nedenle, zincir içi paralel hesaplama giderek sektörün dikkatini çekiyor. Zincir dışı genişleme ve çapraz zincir dağılımdan farklı olarak, zincir içi paralel, tek zincir atomikliğini korurken, yürütme motorunu tamamen yeniden yapılandırmayı amaçlıyor. Modern işletim sistemleri ve CPU tasarım fikirlerinin rehberliğinde, blok zincirini "her bir işlem sıralı yürütme" tek iş parçacığı modundan "çok iş parçacığı + boru hattı + bağımlılık zamanlaması" yüksek eşzamanlılık hesaplama sistemine yükseltmekte. Bu, sadece yüzlerce kat bir işlem hacmi artışı sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda akıllı sözleşme uygulamalarının patlamasının anahtarı olabilir.

Paralel hesaplama, sadece bir "performans optimizasyon aracı" değil, aynı zamanda blockchain yürütme modeli paradigmasının bir dönüm noktasıdır. Bu, akıllı sözleşmelerin yürütülmesinin temel modeline meydan okur, işlem paketleme, durum erişimi, çağrı ilişkileri ve depolama düzeninin temel mantığını yeniden tanımlar. Eğer Rollup, "işlemleri zincir dışına taşımak" ise, zincir içi paralel hesaplama "zincir üzerinde süper bilgisayar çekirdeği inşa etmek" demektir. Hedef, basitçe verimliliği artırmak değil, gelecekteki Web3 yerel uygulamaları için gerçekten sürdürülebilir bir altyapı desteği sağlamaktır.

Rollup pazarında giderek homojen hale geldikten sonra, zincir içi paralellik yeni dönem Layer1 rekabetinin belirleyici değişkeni haline gelmeye başlamaktadır. Performans artık sadece "daha hızlı" değil, aynı zamanda bir bütün heterojen uygulama dünyasını destekleyip destekleyemeyeceği olasılığıdır. Bu sadece bir teknoloji yarışması değil, aynı zamanda bir paradigma mücadelesidir. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen yürütme platformu, muhtemelen bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacaktır.

İki, Kapasite Artırma Paradigması Genel Görünümü: Beş Yol, Her Biri Farklı Bir Yöne Odaklanıyor

Ölçeklenebilirlik, kamu blok zinciri teknolojisinin evriminin en önemli, en sürekli ve en zorlayıcı konularından biri olarak, son on yılda neredeyse tüm ana akım teknolojik yolların ortaya çıkışını ve evrimini tetiklemiştir. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zinciri daha hızlı nasıl çalıştırabiliriz" konusundaki teknik yarış, sonunda beş temel yolun ayrılmasına neden oldu; her bir yol, darboğaza farklı bir bakış açısıyla yaklaşmakta ve kendi teknik felsefesi, uygulanabilirlik zorluğu, risk modeli ve uygun senaryoları ile farklılık göstermektedir.

Birinci tür yol, en doğrudan zincir üstü genişleme olup, blok boyutunu artırmak, blok oluşturma süresini kısaltmak veya veri yapısını ve konsensüs mekanizmasını optimize ederek işlem kapasitesini artırmak gibi uygulamaları temsil eder. Bu yöntem, tek zincir tutarlılığının basitliğini korur, anlaşılması ve uygulanması kolaydır, ancak merkeziyetçilik riski, düğüm işletim maliyetlerinin artması, senkronizasyon zorluğunun artması gibi sistemik sınırlara ulaşma konusunda da kolayca hassas hale gelir. Bu nedenle, günümüz tasarımında artık ana akım bir çekirdek çözüm değildir, daha çok diğer mekanizmaların yardımcı bir kombinasyonu haline gelmiştir.

İkinci tür yol, zincir dışı genişlemedir ve temsilcileri durum kanalları ve yan zincirlerdir. Bu tür yolların temel düşüncesi, çoğu işlem faaliyetinin zincir dışına kaydırılması ve yalnızca nihai sonuçların ana zincire yazılmasıdır; ana zincir, nihai netleştirme katmanı olarak işlev görür. Bu düşünce teorik olarak sınırsız bir işlem hacmine genişleyebilse de, zincir dışı işlemlerin güven modelinin, fon güvenliğinin, etkileşim karmaşıklığının vb. sorunları, uygulamalarını sınırlamaktadır.

Üçüncü tür yol, şu anda en popüler ve en yaygın dağıtılan Layer2 Rollup yoludur. Bu yöntem, zincir dışı yürütme ve zincir içi doğrulama mekanizması aracılığıyla ölçeklenmeyi gerçekleştirir. Optimistik Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır, ancak her ikisi de veri kullanılabilirliğine aşırı bağımlılık, maliyetlerin hala yüksek olması ve geliştirme deneyiminde kopukluk gibi orta vadeli darboğazlarla karşı karşıyadır.

Dördüncü tür yol, son yıllarda ortaya çıkan modüler blok zinciri mimarisidir. Modüler paradigma, blok zincirinin temel işlevlerinin tamamen ayrıştırılmasını savunur, çeşitli özel zincirler farklı işlevleri yerine getirir ve daha sonra çapraz zincir protokolleri ile ölçeklenebilir bir ağ oluşturur. Bu yönün avantajı, sistem bileşenlerinin esnek bir şekilde değiştirilmesini sağlamak ve belirli aşamalarda verimliliği büyük ölçüde artırmaktır. Ancak zorlukları da oldukça belirgindir: Modüllerin ayrılması sonrası sistemler arasındaki senkronizasyon, doğrulama ve karşılıklı güven maliyeti son derece yüksektir, geliştirici ekosistemi ise aşırı dağınıktır.

Son kategori yol, zincir içi paralel hesaplama optimizasyon yoludur. Paralel hesaplama "dikey yükseltme" vurgular; yani, tek bir zincir içinde yürütme motoru mimarisini değiştirerek atomik işlemlerin eşzamanlı işlenmesini sağlar. Bu, VM zamanlama mantığının yeniden yazılmasını, işlem bağımlılığı analizi, durum çakışması tahmini, paralellik kontrolü, asenkron çağrı gibi modern bilgisayar sistemleri zamanlama mekanizmalarının tamamını içermesini gerektirir. Bu yönün temel avantajı, çoklu zincir mimarisine bağımlı olmadan verimlilik sınırlarını aşabilmesi ve aynı zamanda karmaşık akıllı sözleşmelerin yürütülmesi için yeterli hesaplama esnekliği sağlamasıdır; AI Agent, büyük zincir oyunları, yüksek frekanslı türev ürünler gibi uygulama senaryoları için önemli bir teknik ön koşuldur.

Üç, Paralel Hesaplama Sınıflandırma Haritası: Hesaptan Talimata Beş Ana Yol

Blockchain genişletme teknolojisinin sürekli evrildiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımının temel yolu haline gelmektedir. İcra modelinden yola çıkarak, bu teknolojinin gelişim çizgisine bir göz attığımızda, net bir paralel hesaplama sınıflandırma haritası oluşturabiliriz; bu harita beş ana teknik yolu genel olarak ayırmaktadır: hesap düzeyinde paralel, nesne düzeyinde paralel, işlem düzeyinde paralel, sanal makine düzeyinde paralel ve komut düzeyinde paralel. Bu beş yol, kaba parçalıdan ince parçalıya doğru bir geçiş ile, paralel mantığın sürekli ayrıştırılma sürecini temsil ederken, aynı zamanda sistem karmaşıklığı ve zamanlama zorluğunun sürekli artışını da göstermektedir.

En erken ortaya çıkan hesap düzeyinde paralellik, belirli bir ticaret platformunu temsil eden bir paradigma ile ilgilidir. Bu model, hesap-durumunun ayrıştırılmış tasarımına dayanarak, işlemde yer alan hesap kümesini statik olarak analiz ederek çelişki ilişkisi olup olmadığını belirler. Eğer iki işlemin eriştiği hesap kümeleri birbirini örtmüyorsa, birden fazla çekirdek üzerinde eşzamanlı olarak yürütülebilir. Bu mekanizma, özellikle DeFi gibi öngörülebilir yolların programları için, yapılandırılmış ve net bir şekilde tanımlanmış, girdi ve çıktıları belirgin olan işlemleri işlemek için son derece uygundur. Ancak, doğal varsayımı, hesap erişiminin öngörülebilir ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarılabilir olmasıdır; bu, karmaşık akıllı sözleşmelerle karşılaştığında, korumacı yürütme ve paralellikte azalma sorunlarına yol açabilir.

Hesap modeli temelinde daha fazla ayrıntıya inildiğinde, nesne düzeyinde paralel teknik katmanına geçiyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynaklar ve modüller için anlamsal soyutlama getirir ve daha ince "durum nesneleri" birimi ile eşzamanlı planlama yapılır. Bazı projeler, Move dilinin doğrusal tür sistemi aracılığıyla, derleme zamanında kaynakların sahipliğini ve değişkenliğini tanımlayarak, çalışma zamanında kaynak erişim çatışmalarını hassas bir şekilde kontrol etmeyi sağlar. Bu yöntem, hesap düzeyinde paralelliğe kıyasla daha genel ve ölçeklenebilir olup, daha karmaşık durum okuma/yazma mantıklarını kapsayabilir ve doğal olarak oyun, sosyal medya, AI gibi yüksek heterojenlikteki senaryolara hizmet eder. Ancak, nesne düzeyinde paralellik, daha yüksek bir dil eşiği ve geliştirme karmaşıklığı getirir, ekosistem geçiş maliyetleri yüksektir ve bu da paralel paradigmanın yayılma hızını kısıtlar.

İleri düzey işlem düzeyinde paralellik, yeni nesil yüksek performanslı zincirlerin keşfettiği bir yön olarak öne çıkmaktadır. Bu yol, durumu veya hesabı en küçük paralel birim olarak görmekten vazgeçerek, tüm işlem işleminin etrafında bağımlılık grafiği oluşturmaktadır. İşlemleri atomik işlem birimleri olarak gören bu yaklaşım, statik veya dinamik analiz yoluyla işlem grafiği oluşturur ve eşzamanlı akışlı yürütme için zamanlayıcıya dayanır. Bu tasarım, sistemin temel durum yapısını tamamen anlamadan paralelliği en üst düzeye çıkarmasına olanak tanır. Bazı projeler, zincir yürütmesini "GPU zamanlayıcısı" paradigmasına daha yakın hale getirmek için optimistik eşzamanlı kontrol, paralel akış zamanlama ve karışık yürütme gibi modern veritabanı motoru tekniklerini bir araya getirmiştir. Uygulamada, bu mekanizma son derece karmaşık bağımlılık yöneticileri ve çakışma tespit cihazları gerektirir, zamanlayıcı kendisi de bir darboğaz haline gelebilir, ancak potansiyel işlem kapasitesi, hesap veya nesne modelinden çok daha yüksektir ve mevcut paralel hesaplama alanında en yüksek teorik tavan gücüne sahip olan bir güç haline gelmiştir.

Sanal makine düzeyinde paralellik, eşzamanlı yürütme yeteneklerini doğrudan VM temel talimat zamanlama mantığına yerleştirerek EVM sıralı yürütmenin sabit sınırlamalarını aşmayı hedefliyor. Bazı projeler, Ethereum ekosisteminin içinde "süper sanal makine deneyleri" olarak, EVM'yi yeniden tasarlayarak akıllı sözleşme kodlarının çoklu iş parçacığı eşzamanlı yürütmesini desteklemeye çalışıyor. Temelinde bölümlü yürütme, durum ayrımı, asenkron çağrılar gibi mekanizmalarla her sözleşmenin farklı yürütme bağlamlarında bağımsız çalışmasını sağlıyor ve nihai tutarlılığı garanti etmek için paralel senkronizasyon katmanından yararlanıyor. Bu yöntemin en zor kısmı, mevcut EVM davranış semantiğiyle tamamen uyumlu olmak zorunda olması, aynı zamanda tüm yürütme ortamını ve Gas mekanizmasını değiştirmesi gerektiği için ekosistemin paralel çerçeveye sorunsuz bir şekilde geçiş yapabilmesidir. Zorluğu sadece teknik yelpazesiyle değil, Ethereum L1 siyasi yapısının önemli protokol değişikliklerine olan kabul edişiyle de ilgilidir. Ancak başarılı olursa, bu EVM alanında "çok çekirdekli işlemci devrimi" haline gelebilir.

Son kategori yol, en ince ayrıntılı ve teknik olarak en yüksek eşiğe sahip olan talimat düzeyinde paralelliktir. Bu düşünce, modern CPU tasarımındaki sırasız yürütme ve talimat akışı uygulamalarından kaynaklanmaktadır. Bu paradigma, her akıllı sözleşmenin nihayetinde bayt kodu talimatlarına derlendiği göz önüne alındığında, her bir işlemi x86 talimat seti gibi planlama analizi ve paralel yeniden sıralama ile yürütmenin tamamen mümkün olduğunu kabul eder. Bazı projeler, VM'lerinde talimat düzeyinde yeniden sıralanabilir yürütme modelini öncelikli olarak tanıtmışlardır ve uzun vadede, bir kez blok zinciri yürütme motoru talimat bağımlılıklarının öngörülen yürütülmesi ve dinamik yeniden sıralaması gerçekleştirildiğinde, paralellik teorik sınırına ulaşacaktır. Bu yöntem, blok zincirini donanım işbirliği tasarımına tamamen yeni bir yükseklikte taşıyabilir ve zinciri gerçek bir "merkeziyetsiz bilgisayar" haline getirebilir, sadece "dağıtılmış defter" değil. Elbette, bu yol şu anda teorik ve deney aşamasındadır, ilgili planlayıcılar ve güvenlik doğrulama mekanizmaları henüz olgunlaşmamıştır, ancak bu, paralel hesaplamanın gelecekteki nihai sınırlarını göstermektedir.

Dördüncü, İki Büyük Ana Yarış Alanı Derinlik Analizi: Monad vs MegaETH

Paralel hesaplama evriminin çoklu yollarında, mevcut piyasa en çok odaklanan, en yüksek sesle yankılanan ve en eksiksiz anlatıya sahip iki ana teknik yol, şüphesiz ki Monad'ı temsil eden "sıfırdan paralel hesaplama zinciri inşa etmek" ve MegaETH'yi temsil eden "EVM içindeki paralel devrim"dir. Bu ikisi, yalnızca mevcut kripto protokol mühendislerinin en yoğun şekilde yatırım yaptığı Ar-Ge yönleri değil, aynı zamanda mevcut Web3 bilgisayar performans yarışmasında en belirgin iki kutup sembolüdür. Aralarındaki ayrım, yalnızca teknik mimarinin başlangıç noktası ve tarzında değil, aynı zamanda arkasında hizmet ettikleri ekosistem nesneleri, geçiş maliyetleri, yürütme felsefesi ve gelecek strateji yollarının tamamen farklı olmasındadır. İkisi, sırasıyla bir "re-konstrüktif" ve bir "uyumcu" paralel paradigmalarının rekabetini temsil etmekte ve piyasanın yüksek performanslı zincirlerin nihai şekline dair hayal gücünü derinden etkilemektedir.

Monad, tam anlamıyla bir "hesaplama dogmatisti"dir. Tasarım felsefesi mevcut EVM ile uyum sağlamak amacı gütmemekte, modern veritabanları ve yüksek performanslı çok çekirdekli sistemlerden ilham alarak blockchain yürütme motorunun temel çalışma şeklini yeniden tanımlamaktadır. Temel teknoloji sistemi, optimistik eşzamanlı kontrol, işlem DAG zamanlaması, karışık yürütme, toplu işleme boru hatları gibi veritabanı alanındaki olgun mekanizmalara dayanmaktadır ve zincirin işlem işleme performansını milyon TPS seviyesine çıkarmayı amaçlamaktadır. Monad mimarisinde, işlemlerin yürütülmesi ve sıralanması tamamen ayrılmıştır; sistem önce işlem bağımlılık grafiğini oluşturur, ardından zamanlayıcıya sıralı paralel yürütme için devreder. Tüm işlemler, atomik işlem birimleri olarak değerlendirilir.