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

1. Arka Plan Özeti

Blockchain'un "imkansız üçgeni" ( "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" ), blockchain sistem tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blockchain projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılımı ve hızlı işlem" sağlamakta zorlandığıdır. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, şu anda piyasada mevcut olan ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmaya göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Geliştirilmiş genişleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Yatay Durum Bölme/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zinciri dışı dış kaynak kullanımı genişlemesi: yürütmeyi zincir dışına taşımak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Decoupling Tabanlı Genişleme: Mimari modüler, işbirlikçi çalışma, örneğin modül zinciri, paylaşılmış sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Paralel Kapasite Artışı: Aktör Modeli, Süreç İzolasyonu, Mesaj Tabanlı, örneğin Akıllı Ajanlar, Çoklu İş Parçacığı Asenkron Zinciri

Blockchain ölçeklenebilirlik çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırması, Stateless mimarisi vb., yürütme, durum, veri ve yapı gibi birçok katmanı kapsar, "çok katmanlı işbirliği ve modül kombinasyonu" tamamlayıcı bir ölçeklenebilirlik sistemidir. Bu makalede, ana akım ölçeklenebilirlik yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin/komutların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre sınıflandırıldığında, ölçeklenme 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, paralel yoğunluğu giderek daha yüksek, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artar.

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Actor zeka sistemi ( Agent / Actor Model ) ile temsil edilmektedir. Bunlar, çapraz zincir/asenkron mesaj sistemleri ( blok zinciri dışı senkronizasyon modeli ) olarak diğer bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Her bir Agent bağımsız çalışan "zeka süreçleri" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay odaklı, senkronize planlama gerektirmeden çalışır. Temsil eden projeler arasında AO, ICP, Cartesi vb. bulunmaktadır.

Tanıdık Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi eşzamanlı hesaplamalar ile ilgili değildir. Bunlar, "birden fazla zincir/uygulama alanını eşzamanlı çalıştırarak" ölçeklendirme sağlamakta olup, tek bir blok/ sanal makine içindeki eşzamanlılık düzeyini artırmamaktadır. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların karşılaştırılmasında kullanılacaktır.

İki, EVM sisteminin paralel artırılmış zinciri: Uyumlulukta performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok ölçeklenme denemesi ile gelişmiştir, ancak yürütme katmanındaki verimlilik darboğazı hala köklü bir kırılma yaşamamıştır. Bununla birlikte, EVM ve Solidity, hâlâ mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmayı aynı anda gözeten EVM seri paralel güçlendirme zinciri, yeni bir ölçeklenme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerine odaklanarak, yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum sanal makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Pipelining( temel paralellik düşüncesine dayanarak, konsensüs katmanında asenkron yürütme )Asynchronous Execution( ve yürütme katmanında optimistik eşzamanlılık )Optimistic Parallel Execution( sağlanmaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad yüksek performanslı BFT protokolü )MonadBFT( ve özel veri tabanı sistemi )MonadDB('yi tanıtarak 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 bölmek ve bu aşamaların paralel işlenmesini sağlamak, böylece üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışarak, bloklar arası eşzamanlı işlemeyi gerçekleştirir ve nihayetinde verimliliği artırıp gecikmeyi azaltmayı hedefler. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi ) Propose ( konsensüs sağlanması ) Consensus ( işlem yürütme ) Execution ( ve blok onayı ) Commit (.

Asenkron İcra: Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma İcrası

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model, performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Monad, "asenkron yürütme" aracılığıyla konsensüs katmanını asenkron hale getirmiş, yürütme katmanını asenkron hale getirmiş ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini ) blok süresi ( ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek hale getirmiş, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirmiş ve kaynak verimliliğini artırmıştır.

Ana tasarım:

• Konsens süreci ) konsens katmanı ( yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, sözleşme mantığını yürütmez.
• 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 yürütme: İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütmede katı bir sıralı model kullanır. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisi benimseyerek işlem işleme hızını büyük 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 erişilip erişilmediğini ) izleyin, örneğin okuma/yazma çatışmaları(.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri sıralı bir şekilde yeniden yürütülerek 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 sağlıyor, bu da onu performans odaklı bir Ethereum'a benzetiyor. Olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

![Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dc016502755a30d5a95a8134f7586162.webp(

) MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmaktadır. Hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme güçlendirme katmanı ### Execution Layer ( veya modüler bileşen olarak işlev görebilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilir en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme süresi sağlamak. MegaETH'in sunduğu ana yenilikler arasında: Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG ) yönlendirilmiş asiklik durum bağımlılığı grafiği ( ve modüler senkronizasyon mekanizması, "zincir içi çoklu iş parçacığı" paralel yürütme sistemine yönelik olarak birlikte inşa edilmektedir.

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 zamanlama için en küçük izole birim sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine )Asynchronous Messaging( aracılığıyla asenkron mesajlaşma ile iletişim kurar, böylece çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız depolama yapabilir, doğal olarak paralel hale gelir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayanan bir DAG planlama sistemi inşa etti, sistem gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği )Dependency Graph( bakımı yapmaktadır, her işlem hangi hesapları değiştirdiğini, hangi hesapları okuduğunu, tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışmasız işlemler doğrudan paralel olarak gerçekleştirilebilir, bağımlılık ilişkisi olan işlemler ise toplamsal sıraya göre seri veya ertelemeli olarak planlanır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazımın olmamasını garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacığı durum makinesi modelini kırarak, hesaplar bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, işlem planlaması için durum bağımlılık grafiği kullanır ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması ile değiştirir. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" açısından tamamen yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üzeri sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM'ye tamamen soyutlayarak, aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme planlamasını seçti. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zordur, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemine daha çok benzer.

![Web3 Paralel Hesaplama Yarışması Genel Görünümü: Yerel Ölçeklendirme için En İyi Çözüm mü?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c4a4c4309574e45f679b2585d42ea16.webp(

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, shard ) Sharding ( ile önemli ölçüde farklıdır: Shard, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire ) Shards ( böler, her alt zincir belirli işlemler ve durumlarla ilgilenir, tek zincir sınırlamasını aşarak ağ katmanında ölçeklenmeyi sağlar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü korur, yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme yapar ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonu ile performans patlaması gerçekleştirir. Her ikisi de blok zinciri ölçeklendirme yolundaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırma temel hedefi ile, verim optimizasyonu yoluna odaklanmaktadır. Bu, )Deferred Execution( ve )Micro-VM( mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirmek için gecikmeli yürütmeyi kullanmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın bir L1 blok zincir ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağı )SPNs( arasındaki işbirliği ile, çoklu sanal makine ortamlarını )EVM ve Wasm( destekler ve sıfır bilgi kanıtları )ZK(, güvenilir yürütme ortamları )TEE( gibi ileri teknolojileri entegre eder.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme )Full Lifecycle Asynchronous Pipelining (: Pharos, işlemin her aşamasını ) konsensüs, yürütme, depolama ( ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemini benimseyerek, her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde çalışmasına olanak tanır, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra ) Dual VM Parallel Execution (: Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun icra ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel icra ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağı ) SPNs (: SPNs, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini sağlayabilir, bu da sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması )Modular Consensus & Restaking (: Pharos, PBFT, PoS, PoA gibi çeşitli konsensüs modellerini destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmaktadır ) ve ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlamak için yeniden stake etme protokolü (Restaking ) kullanmaktadır.