Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklenmenin Nihai Yolu

I. Giriş: Ölçeklendirme ebedi bir konudur, paralellik nihai savaş alanıdır

Blockchain sistemleri doğduğu günden beri ölçeklenebilirlik gibi bir temel sorunla karşı karşıya kalmıştır. Bitcoin ve Ethereum'un performans darboğazları aşılması zor bir durumdadır ve bu, geleneksel Web2 dünyasıyla keskin bir zıtlık oluşturur. Ölçeklenebilirlik sorunu, blockchain'in temel tasarımına derinlemesine gömülüdür ve "merkeziyetsizlik, güvenlik, ölçeklenebilirlik" üçlüsünün bir arada sağlanamayacağı bir çıkmazı yansıtır.

Geçtiğimiz on yılda, ölçeklendirme teknolojisi birçok iterasyondan geçti. Bitcoin ölçeklendirme savaşlarından Ethereum shard'lama, durum kanallarından Rollup'a, Layer 2'den veri kullanılabilirliği yeniden yapılandırmasına kadar, sektör hayal gücü dolu bir ölçeklendirme yolu keşfetti. Rollup, mevcut ana akım ölçeklendirme paradigması olarak, TPS'yi artırırken Ethereum'un güvenliğini koruyor. Ancak, blockchain'in "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarına henüz dokunmadı, özellikle de yürütme açısından hala zincir içi seri hesaplama gibi eski bir paradigmanın sınırlamalarına tabi.

Zincir içi paralel hesaplama, giderek sektörün görünümüne girmektedir. Tek zincir yapısını korurken, yürütme motorunu tamamen yeniden yapılandırmayı ve blok zincirini "her bir işlem sıralı yürütme" den "çoklu iş parçacığı + boru hattı + bağımlılık planlaması" yüksek eşzamanlılık sistemine yükseltmeyi amaçlamaktadır. Bu, hem yüzlerce kat daha fazla işlem hacmi sağlama potansiyeline sahip olabilir hem de akıllı sözleşme uygulamalarının patlama yapmasının anahtarı olabilir.

Paralel hesaplama, akıllı sözleşme yürütümünün temel modeline meydan okur, işlem paketleme, durum erişimi, çağrı ilişkileri ve depolama düzeninin temel mantığını yeniden tanımlar. Amacı sadece verimliliği artırmak değil, aynı zamanda gelecekteki Web3 yerel uygulamaları için sürdürülebilir bir altyapı desteği sağlamaktır.

Rollup alanı homojenleşmeye başladığında, zincir içi paralellik yeni dönem Layer1 rekabetinin belirleyici değişkeni haline geliyor. Performans artık sadece "daha hızlı" değil, aynı zamanda tamamen heterojen bir uygulama dünyasını destekleyip destekleyemeyeceği olasılığıdır. Bu sadece bir teknik yarış değil, aynı zamanda bir paradigma mücadelesidir. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen yürütme platformu, muhtemelen bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacaktır.

İki, Ölçeklenebilirlik Paradigması Genel Görünümü: Beş Tür Yöntem, Her Biri Farklı Noktalara Odaklanıyor

Kapsam genişletme, kamu zinciri teknolojisinin evrimi içinde en önemli, en sürekli ve en zor konulardan biri olarak, son on yılda neredeyse tüm ana akım teknik yolların ortaya çıkışı ve evrimi için bir tetikleyici oldu. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zincirin daha hızlı çalışmasını nasıl sağlarız" konusundaki teknik yarış, nihayetinde beş temel yolun ayrılmasına yol açtı. Her yol, darboğazı farklı açılardan ele alarak, kendine özgü teknik felsefesi, uygulama zorluğu, risk modeli ve uygun senaryolar ile birlikte gelmektedir.

Birinci tür yol en doğrudan zincir üstü genişleme olup, temsilci uygulamalar blok boyutunu artırmak, blok oluşturma süresini kısaltmak veya veri yapısını ve konsensüs mekanizmasını optimize ederek işleme kapasitesini artırmak gibi yöntemlerdir. Bu yöntem, Bitcoin genişleme mücadelesinde odak noktası haline gelmiş, BCH, BSV gibi "büyük blok" yan dallarının ortaya çıkmasına neden olmuş ve ayrıca erken yüksek performanslı halka açık blok zincirlerinin, örneğin EOS ve NEO'nun tasarım düşüncelerini etkilemiştir. Bu tür yolların avantajı, tek zincir tutarlılığının sadeliğini korumak, anlaşılması ve dağıtımı kolay olmasıdır; ancak aynı zamanda merkeziyetçilik riski, düğüm işletme maliyetlerinin artması, senkronizasyon zorluğunun artması gibi sistemik üst sınırlarla kolayca karşılaşır. Bu nedenle, günümüzdeki tasarımlarda artık ana akım bir temel çözüm olmaktan çıkmış, daha çok diğer mekanizmaların yardımcı bir kombinasyonu haline gelmiştir.

İkinci tür yol, zincir dışı genişleme olup, temsilcileri durum kanalları ve yan zincirlerdir. Bu tür yolların temel düşüncesi, çoğu işlem faaliyetini zincir dışına taşımak ve yalnızca nihai sonucu ana zincire yazmaktır; ana zincir nihai temizleme ve hesaplama katmanı olarak işlev görür. Teknik felsefede, bu Web2’nin asenkron mimari düşüncesine yakındır. Bu düşünce teorik olarak sınırsız bir işlem hacmi genişlemesi sağlayabilirken, zincir dışı işlemlerin güven modeli, fon güvenliği, etkileşim karmaşıklığı gibi sorunları uygulamalarını sınırlamaktadır. Tipik olarak, belirgin finansal senaryo konumlandırmasına sahip olan Lightning Network, ancak ekosistem ölçeği bir türlü patlama yapamamıştır; çok sayıda yan zincir tabanlı tasarım, örneğin Polygon POS, yüksek işlem hacmi sağlarken ana zincirin güvenliğini devralamadığı dezavantajları da ortaya çıkarmaktadır.

Üçüncü tür yol, mevcut en popüler ve en yaygın olarak dağıtılan Layer2 Rollup yoludur. Bu yöntem, ana zinciri doğrudan değiştirmeden, zincir dışı yürütme ve zincir içi doğrulama mekanizması aracılığıyla ölçeklenme sağlar. Optimistic Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır: ilki hızlı gerçekleştirilir ve yüksek uyumluluğa sahiptir, ancak zorluk süresi gecikmesi ve dolandırıcılık kanıtı mekanizması sorunlarıyla karşılaşır; ikincisi güçlü bir güvenlik, iyi veri sıkıştırma yeteneğine sahiptir, ancak geliştirme karmaşık ve EVM uyumluluğu düşük. Hangi tür Rollup olursa olsun, özünde yürütme yetkisini dışsallaştırırken, veriyi ve doğrulamayı ana zincir üzerinde tutarak merkeziyetsizlik ile yüksek performans arasında bir denge sağlamaktadır. Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet gibi projelerin hızlı büyümesi, bu yolun uygulanabilirliğini kanıtlamaktadır, ancak aynı zamanda veri kullanılabilirliğine aşırı bağımlılık, maliyetlerin hala yüksek olması ve geliştirme deneyiminin parçalı olması gibi orta vadeli darboğazları da ortaya çıkarmaktadır.

Dördüncü tür yol, son yıllarda ortaya çıkan modüler blok zinciri mimarisidir; Celestia, Avail, EigenLayer gibi temsilcileri vardır. Modüler paradigmalar, blok zincirinin temel işlevlerinin tamamen ayrıştırılmasını savunur; farklı işlevleri yerine getiren birden fazla özel zincir, daha sonra çapraz zincir protokolleri ile bir araya getirilerek ölçeklenebilir bir ağ oluşturur. Bu yön, işletim sistemi modüler mimarisi ve bulut bilişimin birleştirilebilirlik anlayışından derin bir şekilde etkilenmiştir; avantajları sistem bileşenlerini esnek bir şekilde değiştirebilme yeteneği ve belirli aşamalarda verimliliği büyük ölçüde artırmadır. Ancak, bu yönelimin de belirgin zorlukları vardır: Modüler ayrıştırma ile sistemler arasındaki senkronizasyon, doğrulama ve karşılıklı güven maliyetleri oldukça yüksektir; geliştirici ekosistemi son derece dağınıktır; orta ve uzun vadeli protokol standartları ve çapraz zincir güvenliği gereksinimleri, geleneksel zincir tasarımından çok daha yüksektir. Bu model esasen artık bir "zincir" inşa etmek yerine bir "zincir ağı" inşa etmektedir ve genel mimarinin anlaşılması ve işletimi için daha önce görülmemiş bir eşik sunmaktadır.

Son tür rota, bu makalenin sonraki önemli analiz nesnesidir, zincir içindeki paralel hesaplama optimizasyon yoludur. Önceki dört türden farklı olarak, yapısal düzeyde "yatay bölme" yerine, paralel hesaplama "dikey yükseltme"yi vurgular; yani, tek bir zincir içinde yürütme motoru mimarisini değiştirerek atomik işlemlerin eşzamanlı işlenmesini sağlamak gerekir. Bu, VM zamanlama mantığını yeniden yazmayı, işlem bağımlılığı analizi, durum çakışması tahmini, eşzamanlılık kontrolü, asenkron çağrılar gibi modern bilgisayar sistemleri zamanlama mekanizmalarının tamamını içermeyi gerektirir. Solana, paralel VM kavramını zincir düzeyinde sistemlere uygulayan ilk projedir ve hesap modeli tabanlı işlem çakışması belirleme ile çok çekirdekli paralel yürütme sağlar. Monad, Sei, Fuel, MegaETH gibi yeni nesil projeler ise, daha ileriye giderek, modern CPU benzeri yüksek performanslı yürütme çekirdekleri inşa etmek için boru hattı yürütme, iyimser eşzamanlılık, depolama bölümü, paralel ayrıştırma gibi öncü fikirleri denemektedir. Bu yönün ana avantajı, çok zincirli mimariye bağımlı olmadan verimlilik sınırlarını aşabilme yeteneği sunmasıdır. Ayrıca, karmaşık akıllı sözleşme yürütmesi için yeterli hesap esnekliği sağlamakta; bu da gelecekteki AI Agent, büyük zincir oyunları, yüksek frekanslı türev ürünleri gibi uygulama senaryoları için önemli bir teknik ön koşuldur.

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

Blok zinciri ölçeklenme teknolojisinin sürekli evrildiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımlarının ana yolu haline gelmektedir. Yapısal katman, ağ katmanı veya veri kullanılabilirlik katmanlarının yatay ayrıştırılmasından farklı olarak, paralel hesaplama, yürütme katmanının derinlemesine araştırılmasıdır. Bu, blok zincirinin çalışma verimliliğinin en temel mantığıyla ilgilidir ve bir blok zinciri sisteminin yüksek eşzamanlılık ve çok çeşitli karmaşık işlemlerle karşılaştığında tepki süresi ve işleme yeteneğini belirler. Yürütme modeli açısından hareketle, bu teknolojik soyluğun gelişim çizgisini gözden geçirerek, net bir paralel hesaplama sınıflandırma haritası oluşturabiliriz. Bu harita, genel olarak beş teknik yola ayrılabilir: hesap düzeyinde paralel, nesne düzeyinde paralel, işlem düzeyinde paralel, sanal makine düzeyinde paralel ve talimat düzeyinde paralel. Bu beş yol, kaba ayrıntıdan ince ayrıntıya kadar, paralel mantığın sürekli olarak inceltilmesi sürecini temsil etmekte olup, aynı zamanda sistem karmaşıklığı ve zamanlama zorluğunun sürekli artan bir yolunu da göstermektedir.

En erken ortaya çıkan hesap düzeyinde paralellik, Solana'nın temsil ettiği bir paradigma olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu model, hesap-hâl ayrımı tasarımına dayanmaktadır ve işlemde yer alan hesap kümesinin statik analizi ile çelişki ilişkilerinin olup olmadığını belirlemektedir. Eğer iki işlem tarafından erişilen hesap kümesi birbirini kapsamıyorsa, çoklu çekirdekler üzerinde eşzamanlı olarak çalıştırılabilir. Bu mekanizma, yapısal olarak net, girdi-çıktısı belirgin olan işlemleri işlemek için oldukça uygundur, özellikle DeFi gibi öngörülebilir yolların olduğu programlar için. Ancak, doğal varsayımı, hesap erişiminin öngörülebilir ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarılabilir olmasıdır; bu, karmaşık akıllı sözleşmelerle karşılaştığında muhafazakâr yürütme ve paralellik derecesinin düşmesi gibi sorunlara yol açar. Ayrıca, hesaplar arası çapraz bağımlılıklar, bazı yüksek frekanslı işlem senaryolarında paralel kazançların ciddi şekilde zayıflamasına neden olmaktadır. Solana'nın çalışma zamanı bu alanda yüksek düzeyde optimizasyon sağlamıştır, ancak temel zamanlama stratejisi hâlâ hesap parçacığı sınırlamalarından etkilenmektedir.

Hesap modeli temelinde daha fazla ayrıntıya inerek, nesne düzeyinde paralel teknoloji katmanına geçiyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynaklar ve modüller için anlamsal soyutlama getirerek, daha ince "durum nesneleri" birimi üzerinden eşzamanlı programlama yapılmasını sağlıyor. Aptos ve Sui bu alandaki önemli keşifçilerden, özellikle ikincisi Move dilinin doğrusal tür sistemi aracılığıyla, derleme zamanında kaynakların sahipliğini ve değişkenliğini tanımlayarak, çalıştırma zamanında kaynak erişim çatışmalarının hassas bir şekilde kontrol edilmesine olanak tanıyor. Bu yöntem, hesap düzeyinde paralelliğe kıyasla daha fazla genel geçerlilik ve ölçeklenebilirlik sunmakta, daha karmaşık durum okuma/yazma mantığını kapsayabilmekte ve doğal olarak oyun, sosyal medya, AI gibi yüksek heterojenlikteki senaryoları desteklemektedir. Ancak, nesne düzeyinde paralellik, daha yüksek bir dil eşiği ve geliştirme karmaşıklığı da getirmektedir; Move, Solidity'nin doğrudan bir alternatifi değildir, ekosistem geçiş maliyetleri yüksektir ve bu da paralel paradigmanın yayılma hızını sınırlamaktadır.

Bir adım daha ileriye giden işlem düzeyinde paralellik, Monad, Sei ve Fuel gibi yeni nesil yüksek performanslı zincirlerin keşfettiği bir yönüdür. Bu yol, durumu veya hesapları en küçük paralel birim olarak almaktan vazgeçmiş ve bunun yerine tüm işlem işlemlerinin kendisi etrafında bağımlılık grafiği inşa etmeyi hedeflemiştir. İşlemleri atomik işlem birimi olarak görerek, statik veya dinamik analiz yoluyla işlem grafiği inşa eder ve eşzamanlı akış yürütmesi için bir zamanlayıcıya bağımlı kalır. Bu tasarım, sistemin temel durum yapısını tamamen anlamadan paralelliği en üst düzeye çıkarmasına olanak tanır. Monad özellikle dikkat çekicidir, çünkü modern veritabanı motoru teknolojilerini birleştirerek, optimistik eşzamanlı kontrol, paralel boru hattı zamanlaması ve dağınık yürütme gibi özellikleri içerir ve zincir yürütmesini "GPU zamanlayıcısı" paradigmasına daha yakın hale getirir. Pratikte, bu mekanizma son derece karmaşık bağımlılık yöneticileri ve çakışma algılayıcıları gerektirir, zamanlayıcı kendisi de bir darboğaz haline gelebilir; ancak potansiyel işlem hacmi, hesap veya nesne modelinden çok daha yüksektir ve mevcut paralel hesaplama alanındaki en yüksek teorik tavan olan bir güç haline gelmiştir.

Ancak sanal makine düzeyinde paralellik, eşzamanlı yürütme yeteneğini doğrudan VM altındaki talimat zamanlama mantığına entegre ederek, EVM dizisel yürütmenin katı sınırlamalarını tamamen aşmayı hedefliyor. MegaETH, Ethereum ekosisteminin içindeki "süper sanal makine deneyi" olarak, EVM'yi yeniden tasarlayarak akıllı sözleşme kodunun çoklu iş parçacığı eşzamanlı yürütmesini desteklemeye çalışıyor. Alt yapısı, her sözleşmenin farklı yürütme bağlamlarında bağımsız bir şekilde çalışmasını sağlamak için segmentli yürütme, durum ayrımı, asenkron çağrılar gibi mekanizmalar kullanırken, nihai tutarlılığı sağlamak için paralel senkronizasyon katmanına başvuruyor. Bu yaklaşımın en zor yanı, mevcut EVM davranışlarının anlamını tamamen uyumlu hale getirmesi, aynı zamanda tüm yürütme ortamını ve Gas mekanizmasını dönüştürmesidir ki bu da Solidity ekosisteminin paralel çerçeveye sorunsuz bir şekilde geçiş yapabilmesini sağlayacaktır. Zorluk, yalnızca teknik yığınların derinliğiyle sınırlı kalmayıp, aynı zamanda Ethereum L1 siyasi yapısının büyük protokol değişikliklerine kabul edilebilirliği ile de ilgilidir. Ancak başarılı olursa, MegaETH EVM alanında "çok çekirdekli işlemci devrimi" olma potansiyeline sahip.

Son tür yol, en ince ayrıntılı ve teknik engelleri en yüksek olan komut düzeyinde paralelliktir. Bu düşünce, modern CPU tasarımındaki sıralı yürütme ve komut boru hattından kaynaklanmaktadır. Bu paradigma, her akıllı sözleşmenin nihayetinde bayt kodu komutlarına derlendiğini göz önünde bulundurur; bu nedenle, her işlemi x86 komut setini çalıştıran bir CPU gibi zamanlama analizi yaparak ve paralel olarak yeniden sıralayarak işleyebilmek mümkündür. Fuel ekibi, FuelVM'lerinde komut düzeyinde yeniden sıralanabilir bir yürütme modelini öncelikle tanıtmıştır ve uzun vadede, blok zinciri yürütme motoru komut bağımlılıklarını tahmin etme ve dinamik yeniden sıralama işlevlerini gerçekleştirdiğinde, paralellik teorik bir sınıra ulaşacaktır. Bu yöntem, blok zincirini donanım ile birlikte tasarımda tamamen yeni bir yüksekliğe taşıyabilir ve zinciri gerçek bir "merkeziyetsiz bilgisayar" haline getirebilir, sadece "dağıtılmış defter" değil. Elbette bu yol...