Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklenmenin Nihai Yolu

I. Giriş: Ölçekleme sonsuz bir meseledir, paralellik nihai savaş alanıdır

Blockchain sistemleri, doğuşlarından itibaren ölçeklenebilirlik gibi temel bir sorunla karşı karşıya kalmıştır. Bitcoin ve Ethereum'un saniye başına işlem sayısı (TPS), geleneksel Web2 sistemlerine kıyasla hala çok düşüktür. Bu, basitçe sunucu eklemekle çözülebilecek bir sorun değildir, aksine blockchain'in temel tasarımındaki "merkeziyetsizlik, güvenlik, ölçeklenebilirlik" üçlüsünün sınırlamalarıyla ilgilidir.

Son on yıl içinde, Bitcoin genişleme mücadelesinden Ethereum shard'larına, durum kanallarından Rollup ve modüler blok zincirine kadar birçok genişleme girişimine tanık olduk. Mevcut ana akım genişleme çözümü olarak Rollup, TPS'yi büyük ölçüde artırma hedefini gerçekleştirdi. Ancak, blok zincirinin temel "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarına henüz ulaşmadı, özellikle yürütme açısından, hala zincir içi seri hesaplama gibi eski bir paradigmanın kısıtlamaları altındadır.

Zincir içi paralel hesaplama giderek sektörün göz önüne gelmektedir. Bu, tek zincir atomikliğini korurken, yürütme motorunu tamamen yeniden yapılandırarak blok zincirini "her bir işlem sıralı yürütme"den "çoklu iş parçacığı + boru hattı + bağımlılık zamanlaması" yüksek eşzamanlılık sistemine yükseltmeyi hedefliyor. Bu, sadece yüzlerce katlı bir işlem hacmi artışı sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda akıllı sözleşme uygulamalarının patlak vermesi için kritik bir ön koşul olabilir.

Solana, Sui, Aptos gibi yeni zincirler, mimari düzeyde eşzamanlılığı ilk olarak tanıttı. Monad, MegaETH gibi projeler ise zincir içi eşzamanlılığı daha ileri bir düzeye taşıyarak boru hattı yürütme, optimistik eşzamanlılık, asenkron mesaj sürüşü gibi derin mekanizma atılımları sunarak modern işletim sistemlerine giderek daha da yakın özellikler sergilemektedir.

Paralel hesaplama, yalnızca bir "performans optimizasyon aracı" değil, aynı zamanda blok zinciri yürütme modeli paradigmasında bir dönüm noktasıdır. Akıllı sözleşme yürütümünün temel modeline meydan okumakta, işlem paketleme, durum erişimi, çağrı ilişkileri ve depolama düzeninin temel mantığını yeniden tanımlamaktadır. Eğer Rollup, "işlemleri zincir dışına taşıma" ise, zincir içi paralellik "zincir üzerinde süper hesaplama çekirdeği inşa etme" anlamına gelir ve amacı, gelecekteki Web3 yerel uygulamaları için gerçekten sürdürülebilir bir altyapı desteği sağlamaktır.

Rollup pazarında homojenleşme eğilimi gösterirken, zincir içi paralellik yeni dönem Layer1 rekabetinin belirleyici değişkeni haline geliyor. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen yürütme platformu, muhtemelen bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacak.

İkincisi, Ölçeklendirme Paradigması Panorama: Beş Tür Yöntem, Her Birinin Farklı Odakları

Ölçeklenebilirlik, halka açık blok zinciri teknolojisinin evrimi sırasında en önemli, en sürekli ve en zor konulardan biri olarak, son on yılda neredeyse tüm ana akım teknolojik yolların ortaya çıkmasına ve evrim geçirmesine yol açtı. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zinciri daha hızlı nasıl çalıştırırız" konusundaki teknik yarış, sonunda beş temel yolu ayrıştırdı; her bir yol, darboğaza farklı bir açıdan yaklaşmakta, kendine özgü teknik felsefesi, uygulama zorluğu, risk modeli ve uygun senaryolar ile öne çıkmaktadır.

Birinci tür yol, en doğrudan zincir üzerindeki genişleme yöntemidir. Temsilci uygulamalar arasında blok boyutunu artırmak, blok oluşturma süresini kısaltmak veya veri yapısını ve konsensüs mekanizmasını optimize ederek işlem kapasitesini artırmak yer alır. Bu yöntem, Bitcoin'in genişleme mücadelesinde bir odak noktası haline gelmiş ve BCH, BSV gibi "büyük blok" yan dallarını doğurmuştur. Ayrıca, EOS ve NEO gibi erken dönem yüksek performanslı halka açık blok zincirlerin tasarım düşüncelerini de etkilemiştir. Bu tür yollar, tek zincir tutarlılığının sadeliğini korur, anlaşılması ve uygulanması kolaydır, ancak merkeziyetçilik riski, düğüm işletim maliyetlerinin artması ve senkronizasyon zorluğu gibi sistemik üst sınırlara kolayca ulaşabilir. Bu nedenle, günümüzdeki tasarımlarda artık ana akım bir çekirdek çözüm olmaktan çıkmış, daha çok diğer mekanizmaların yardımcı kombinasyonları 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 kaydırmak ve sadece nihai sonuçları ana zincire yazmaktır; ana zincir nihai temizleme katmanı olarak işlev görür. Teknik felsefede, Web2'nin eşzamansız mimari düşüncesine yakındır. Bu düşünce teorik olarak sınırsız bir genişletme kapasitesine sahip olsa da, zincir dışı işlemlerin güven modelinin, fon güvenliğinin, etkileşim karmaşıklığının vb. problemleri uygulama alanını sınırlamaktadır. Tipik bir örnek olan Lightning Network, belirgin bir finansal sahne konumlandırmasına sahip olmasına rağmen, ekosistem ölçeği her zaman patlama yapmamıştır; çok sayıda yan zincir tabanlı tasarım, örneğin Polygon POS, yüksek iş hacmi sağlarken aynı zamanda ana zincirin güvenliğini devralmada zorluklar ortaya çıkarmıştır.

Üçüncü tür yol, şu anda en popüler ve en geniş şekilde uygulanan Layer2 Rollup yoludur. Bu yöntem, ana zinciri doğrudan değiştirmeden, dışarıda yürütme ve zincir üzerinde doğrulama mekanizması aracılığıyla ölçeklenmeyi gerçekleştirir. Optimistik Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır: ilki hızlı bir şekilde gerçekleştirilir ve yüksek uyumluluğa sahiptir, ancak zorluk süresi gecikmesi ve sahtekarlık kanıtlama mekanizması sorunları vardır; ikincisi güvenlik açısından güçlüdür ve veri sıkıştırma yeteneği iyidir, ancak geliştirilmesi karmaşıktır ve EVM uyumluluğu yetersizdir. Hangi tür Rollup olursa olsun, özünde yürütme yetkisini dış kaynak kullanarak sağlarken, verileri ve doğrulamayı ana zincir üzerinde tutarak merkeziyetsizlik ile yüksek performans arasında bir denge sağlar. Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet gibi projelerin hızlı büyümesi, bu yolun uygulanabilirliğini kanıtlamış, ancak aynı zamanda veri kullanılabilirliğine aşırı bağımlılık, maliyetlerin hala yüksek olması ve geliştirme deneyiminin parçalı olması gibi orta vadeli darboğazları da ortaya çıkarmıştır.

Dördüncü tür yol, son yıllarda ortaya çıkan modüler blok zinciri mimarisidir; Celestia, Avail, EigenLayer gibi örnekleri temsil eder. Modüler paradigma, blok zincirinin temel işlevlerini ayrıştırmayı savunur, farklı işlevleri tamamlamak için birden fazla özel zincir kullanılır ve bunlar çapraz zincir protokolleri ile birleştirilerek ölçeklenebilir bir ağ oluşturulur. Bu yönelim, işletim sistemi modüler mimarisi ve bulut bilişimdeki birleşim kavramından derin bir şekilde etkilenmiştir; avantajları, sistem bileşenlerini esnek bir şekilde değiştirebilme imkanı sunar ve belirli aşamalarda ( gibi DA) verimliliği önemli ölçüde artırır. Ancak, zorlukları da oldukça belirgindir: Modüllerin ayrışması sonrasında sistemler arasındaki senkronizasyon, doğrulama ve karşılıklı güven maliyetleri çok yüksektir, geliştirici ekosistemi son derece dağınıktır, orta ve uzun vadeli protokol standartları ve çapraz zincir güvenliği talepleri, geleneksel zincir tasarımından çok daha fazladır. Bu model, özünde bir "zincir" inşa etmemekte, aksine bir "zincir ağı" inşa etmektedir; bu da genel mimari anlayışı ve işletim süreci için eşi benzeri görülmemiş bir eşik ortaya koymaktadır.

Son kategori, aynı zamanda bu makalenin sonraki bölümlerinde odaklanarak analiz edeceği nesnedir; zincir içi paralel hesaplama optimizasyon yollarıdır. Önceki dört kategori "yatay bölme" ile yapı düzeyinde odaklanırken, paralel hesaplama "dikey yükseltme" vurgusu yapar; yani, tek bir zincir içinde yürütme motoru mimarisinin değiştirilmesi yoluyla atomik işlemlerin eş zamanlı işlenmesini sağlar. Bu, VM zamanlama mantığının yeniden yazılmasını, işlem bağımlılığı analizi, durum çakışması tahmini, paralellik kontrolü, asenkron çağrılar gibi modern bilgisayar sistemleri zamanlama mekanizmalarının tamamını gerektirir. Solana, paralel VM kavramını zincir düzeyindeki sistemlere en erken uygulayan projelerden biridir; hesap modeli temelinde işlem çakışması belirlemesi ile çok çekirdekli paralel yürütme gerçekleştirir. Monad, Sei, Fuel, MegaETH gibi yeni nesil projeler ise, boru hatları ile yürütme, iyimser eş zamanlılık, depolama bölümlendirmesi, paralel ayrıştırma gibi öncü fikirleri entegre etmeye çalışarak modern CPU benzeri yüksek performanslı yürütme çekirdekleri oluşturma yolunda daha ileri bir adım atmaktadır. Bu yönün temel avantajı, çoklu zincir mimarisine bağımlı olmadan sınırlı bir işlem hacminin aşılması ve karmaşık akıllı sözleşmelerin yürütülmesi için yeterli hesap esnekliği sağlamasıdır; bu, gelecekteki AI Agent, büyük zincir oyunları, yüksek frekanslı türev ürünler gibi uygulama senaryoları için önemli bir teknik ön koşuldur.

Yukarıda belirtilen beş genişletme yoluna bakıldığında, arka plandaki ayrım aslında blockchain'in performans, bileşen uyumluluğu, güvenlik ve geliştirme karmaşıklığı arasındaki sistematik dengeyi temsil etmektedir. Rollup, konsensüs dışsallaştırma ve güvenlik mirası konusunda güçlüdür; modüler tasarım, yapı esnekliği ve bileşen yeniden kullanımı ön plana çıkmaktadır; off-chain genişleme ana zincir darboğazını aşmayı amaçlarken ancak güven sorunları yüksek maliyet gerektirir; on-chain paralel ise yürütme katmanında temel bir yükseltme üzerine odaklanarak, zincir içi tutarlılığı bozmayacak şekilde modern dağıtık sistemlerin performans sınırlarına yaklaşmayı hedeflemektedir. Her yol tüm sorunları çözemez, ancak bu yönler birlikte Web3 hesaplama paradigmalarının yükselişinin panoramasını oluşturarak geliştiricilere, mimarlara ve yatırımcılara son derece zengin stratejik seçenekler sunmaktadır.

Tıpkı tarihte işletim sistemlerinin tek çekirdekten çok çekirdekli yapıya geçişi, veritabanlarının sıralı indekslerden eşzamanlı işlemlere evrimi gibi, Web3'ün ölçeklenme yolu da nihayetinde yüksek paralel yürütme dönemine adım atacaktır. Bu dönemde, performans artık sadece zincir hızı yarışı değil, aynı zamanda temel tasarım felsefesi, mimari anlayış derinliği, yazılım ve donanım iş birliği ile sistem kontrol kabiliyetinin toplam bir yansıması olacaktır. Ve zincir içi paralellik, belki de bu uzun süreli savaşın nihai cephesi olacaktır.

Üç, Paralel Hesaplama Sınıflandırma Haritası: Hesaplardan Talimatlara Beş Ana Yol

Blok zinciri ölçekleme teknolojisinin sürekli evrildiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımlarının merkezi yolu haline gelmektedir. Yapı katmanı, ağ katmanı veya veri kullanılabilirlik katmanlarının yatay ayrışımından farklı olarak, paralel hesaplama yürütme katmanının derinlemesine kazılmasıdır; bu, blok zincirinin çalışma verimliliğinin en alt düzey mantığıyla ilgilidir ve bir blok zinciri sisteminin yüksek eşzamanlılık, çok çeşitli karmaşık işlemlerle karşılaştığında tepki süresi ve işleme kapasitesini belirler. Yürütme modelinden hareketle, bu teknolojik soydan gelişim akışını gözden geçirerek, net bir paralel hesaplama sınıflandırma haritası çıkarabiliriz. Bu harita kabaca 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 parçalıdan ince parçalıya, hem paralel mantığın sürekli inceltilme sürecidir hem de sistem karmaşıklığının ve zamanlama zorluğunun sürekli artan bir yoludur.

En erken ortaya çıkan hesap düzeyinde paralel işlem, Solana'nın temsil ettiği bir paradigma olarak kabul edilmektedir. Bu model, hesap-durum ayrımı tasarımına dayanmakta olup, işlemlerde yer alan hesap kümesini statik olarak analiz ederek çelişki ilişkilerinin var olup olmadığını belirler. Eğer iki işlem tarafından erişilen hesap kümeleri birbirini kapsamıyorsa, birden fazla çekirdek üzerinde eşzamanlı olarak yürütülebilir. Bu mekanizma, özellikle DeFi gibi öngörülebilir yolların programları için yapılandırılmış ve net bir şekilde tanımlanmış, giriş-çıkışların belirgin olduğu işlemleri işlemek için son derece uygundur. Ancak, bu modelin doğal varsayımı, hesap erişiminin öngörülebilir olduğu ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarılabildiğidir; bu da karmaşık akıllı sözleşmelerle karşılaştığında, temkinli yürütme ve paralellikte düşüş gibi sorunlara yol açmaktadır. Ayrıca, hesaplar arasındaki çapraz bağımlılıklar, bazı yüksek frekanslı ticaret senaryolarında paralel kazançların ciddi şekilde azalmasına neden olmaktadır. Solana'nın çalışma süresi bu alanda yüksek derecede optimize edilmiştir, ancak temel planlama stratejisi hala hesap granülasyonu kısıtlamalarından etkilenmektedir.

Hesap modeli temeli üzerinde daha da derinlemesine inildiğinde, nesne düzeyinde paralel bir teknik katmana geçiyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynakların ve modüllerin anlamsal soyutlamasını getirir ve daha ince birim olan "durum nesneleri" ile eşzamanlı zamanlama yapılmasına olanak tanır. Aptos ve Sui, bu alandaki önemli araştırmacılardır; özellikle ikincisi, Move dilinin lineer tür sistemi aracılığıyla, derleme zamanında kaynakların mülkiyetini ve değişkenliğini tanımlayarak, çalışma zamanında kaynak erişim çatışmalarının hassas kontrolüne olanak tanır. Bu yöntem, hesap düzeyindeki paralelliğe kıyasla daha genel ve ölçeklenebilir olup, daha karmaşık durum okuma/yazma mantıklarını kapsayabilir ve doğal olarak oyun, sosyal, AI gibi yüksek heterojenlikteki senaryolara hizmet eder. Ancak, nesne düzeyinde paralellik daha yüksek bir dil eşiği ve geliştirme karmaşıklığı getirmiştir; Move, Solidity'nin doğrudan bir ikamesi değildir, ekosistem geçiş maliyetleri yüksektir ve bu durum, paralel paradigmanın yayılma hızını sınırlamaktadır.

Daha ileri düzeyde işlem düzeyinde paralellik, Monad, Sei, Fuel gibi yeni nesil yüksek performanslı zincirlerin keşfettiği bir yön olarak öne çıkmaktadır. Bu yol, durumu veya hesabı en küçük paralel birim olarak almak yerine, tüm işlem işlemi etrafında bağımlılık grafiği oluşturmaktadır. İşlemi atomik işlem birimi olarak gören bu yaklaşım, statik veya dinamik analiz yoluyla işlem grafiği oluşturarak, zamanlayıcıya bağımlı olarak paralel akışlı yürütmeyi mümkün kılmaktadır. Bu tasarım, sistemin temel durum yapısını tam olarak anlamadan paralelliği en üst düzeye çıkarmasına olanak tanımaktadır. Monad özellikle dikkat çekicidir, çünkü bu, (OCC) ile birleştirilen optimistik eşzamanlı kontrol, paralel boru hattı zamanlaması, rastgele yürütme gibi modern veritabanı motoru teknolojilerini bir araya getirerek zincir yürütmesini "GPU zamanlayıcısı" paradigmalarına daha yakın hale getirmektedir. Pratikte, bu mekanizma son derece karmaşık bağımlılık yöneticileri ve çakışma tespit cihazları gerektirmekte, zamanlayıcı kendisi de bir darboğaz haline gelebilmektedir, ancak potansiyel işlem kapasitesi, hesap veya nesne modelinden çok daha yüksektir ve mevcut paralel hesaplama alanında en yüksek teorik tavanı olan bir güç haline gelmektedir.

Ve sanal makine düzeyinde paralellik, eş zamanlı yürütme yeteneğini doğrudan VM alt düzey talimat programlama mantığına entegre ederek, EVM sıralı yürütmenin katı sınırlamalarını tamamen aşmayı hedefliyor. MegaETH, Ethereum ekosisteminin içindeki "süper sanal makine deneyi" olarak, EVM'yi yeniden tasarlayarak akıllı sözleşme kodlarının çoklu iş parçacığı eş zamanlı yürütmesini desteklemeye çalışıyor. Alt yapısı, bölümlü yürütme, durum ayrımı, asenkron çağrılar gibi mekanizmalarla, her sözleşmenin farklı yürütme bağlamlarında bağımsız bir şekilde çalışmasını sağlıyor ve paralel senkronizasyon katmanından yararlanarak bunu garanti altına alıyor.