Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklendirmenin Nihai Yolu

I. Giriş: Ölçeklenebilirlik, ebedi bir meseledir; paralellik ise nihai savaş alanıdır.

Blockchain sistemleri, doğdukları günden itibaren ölçeklenme gibi temel bir sorunla karşı karşıya kalmıştır. Bitcoin ve Ethereum'un performans darboğazları, geleneksel Web2 dünyasıyla keskin bir karşıtlık oluşturuyor. Bu, sadece sunucu eklemekle çözülebilecek bir sorun değil, aynı zamanda blok zinciri altyapı tasarımındaki sistematik sınırlamalardan kaynaklanıyor.

Son on yılda, sayısız ölçeklendirme denemesine tanık olduk. Bitcoin ölçeklendirme tartışmalarından Ethereum'un parça vizyonuna, durum kanallarından Plasma'ya, Rollup ve modüler blok zincirlerine, Layer 2'den veri kullanılabilirliği yeniden yapılandırmasına kadar sektör, yenilik dolu bir ölçeklendirme yolculuğuna çıktı. Rollup, mevcut ana akım ölçeklendirme çözümü olarak, ana zincirin yükünü azaltırken ve güvenliği korurken, TPS'yi önemli ölçüde artırdı. Ancak, blok zincirinin temel "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarına henüz ulaşmamıştır, özellikle de yürütme açısından zincir içi seri hesaplama gibi geleneksel bir modelle sınırlıdır.

Zincir içi paralel hesaplama giderek yeni bir odak haline geliyor. Diğer ölçeklenebilirlik çözümlerinden farklı olarak, tek zincir yapısını korurken yürütme motorunu tamamen yeniden yapılandırmayı hedefliyor. Modern işletim sistemleri ve CPU tasarımı düşüncelerinden yararlanarak, blok zincirini "tek iş parçacıklı" moddan "çok iş parçacıklı + boru hattı + bağımlılık planlaması" yüksek eşzamanlılık sistemine yükseltiyor. Bu, yüzlerce kat daha yüksek bir işlem hacmi sağlayabilir ve karmaşık akıllı sözleşme uygulamalarının patlamasının anahtarı olabilir.

Aslında, tek iş parçacıklı hesaplama Web2 dünyasında çoktan geride kaldı; yerini paralel programlama, asenkron zamanlama gibi optimizasyon modelleri aldı. Blok zinciri, daha temkinli bir hesaplama sistemi olarak, bu paralel düşünceleri tam olarak kullanmayı başaramadı. Bu hem bir sınırlama hem de bir fırsattır. Solana, Sui, Aptos gibi yeni kamu blok zincirleri, mimari düzeyde paralelliği tanıtarak bu keşfi başlattı; Monad, MegaETH gibi projeler ise daha da derin mekanizmalara, boru hattı yürütme, optimist eşzamanlılık gibi konulara geçerek modern işletim sistemlerine daha da yakın özellikler sergilemektedir.

Paralel hesaplama sadece performans optimizasyonu değil, aynı zamanda blok zinciri yürütme modelinin paradigma kaymasıdır. Bu, akıllı sözleşme yürütmenin temel modeline meydan okur, işlem işlemenin temel mantığını yeniden tanımlar. Rollup "işlemleri zincir dışına taşımak" ise, zincir içindeki paralel işlem "zincir üzerinde süper hesaplama çekirdeği inşa etmek" demektir; amacı, gelecekteki Web3 yerel uygulamalarına gerçek sürdürülebilir altyapı sağlamaktır.

Rollup alanı benzeşmeye başladıktan sonra, zincir içi paralellik yeni bir Layer1 rekabetinin belirleyici faktörü haline geliyor. Performans artık sadece hız değil, aynı zamanda heterojen bir uygulama dünyasını destekleyip destekleyememek. Bu sadece bir teknoloji yarışı değil, aynı zamanda bir paradigma savaşı. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen yürütme platformu, muhtemelen bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacak.

İkincisi, Ölçeklendirme Paradigması Panorama: Beş Tür Yol, Her Biri Kendi Üzerinde Duruyor

Genişleme, halka açık blok zinciri teknolojisinin evrimi sırasında en önemli, en sürekli ve en zorlu konulardan biri olarak, son on yılda neredeyse tüm ana akım teknik yolların ortaya çıkışı ve evrimini tetikledi. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zinciri nasıl daha hızlı çalıştırırız" konusundaki teknik yarış, nihayetinde beş temel yolun ayrışmasına neden oldu; her bir yol, darboğaza farklı bir açıdan yaklaşarak, kendi teknik felsefesi, uygulama zorluğu, risk modeli ve uygun senaryolarıyla birlikte geldi.

Birinci sınıf yol, en doğrudan zincir üstü genişleme yöntemidir; blok boyutunu artırmak, blok oluşturma süresini kısaltmak veya veri yapısını ve konsensüs mekanizmasını optimize ederek işlem kapasitesini artırmak gibi uygulamaları temsil eder. Bu yöntem, Bitcoin genişleme tartışmasında odak noktası haline geldi ve BCH, BSV gibi "büyük blok" yan dallarını doğurdu; ayrıca, erken dönem yüksek performanslı genel blok zincirleri olan EOS ve NEO'nun tasarım düşüncelerini de etkiledi. Bu tür yolların avantajı, tek zincir tutarlılığının sadeliğini koruması, anlaşılması ve uygulanması kolay olmasıdır, ancak merkeziyetçilik riski, düğüm işletme maliyetlerinin artması, senkronizasyon zorluğunun artması gibi sistemik sınırlara kolayca ulaşabilir. Bu nedenle, günümüz tasarımlarında artık ana akım bir çözüm değildir; 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 etkinliğini zincir dışına taşımak ve yalnızca nihai sonuçları ana zincire yazmaktır; ana zincir nihai temizleme ve hesaplaşma katmanı olarak işlev görür. Teknik felsefe açısından, Web2'nin asenkron mimari düşüncesine yakındır. Bu düşünce teorik olarak sınırsız bir işleme kapasitesine genişleyebilirken, zincir dışı işlemlerin güven modeli, fon güvenliği, etkileşim karmaşıklığı gibi sorunları uygulamalarını sınırlamaktadır. Tipik örneklerden biri olan Lightning Network, belirgin finansal senaryo konumlandırmasına sahip olmasına rağmen, ekosistem ölçeği her zaman patlama yapmamıştır; yan zincirler üzerine tasarlanmış çok sayıda sistem, örneğin Polygon POS, yüksek işleme kapasitesine sahip olmasına rağmen ana zincirin güvenliğine geçişte zorluklar yaşamaktadır.

Üçüncü tür yol, şu anda en popüler ve en yaygın dağıtılan Layer2 Rollup yoludur. Bu yöntem, ana zinciri doğrudan değiştirmek yerine, zincir dışı yürütme ve zincir içi doğrulama mekanizması aracılığıyla ölçeklenmeyi gerçekleştirir. Optimistic Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır: ilki hızlı bir şekilde gerçekleştirilir ve yüksek uyumluluk sunar, ancak zorluk süresi gecikmeleri ve dolandırıcılık kanıtı mekanizması sorunlarıyla karşı karşıyadır; ikincisi ise güçlü güvenlik ve iyi veri sıkıştırma yeteneğine sahiptir, ancak geliştirmesi karmaşık ve EVM uyumluluğu yetersizdir. Hangi tür Rollup olursa olsun, özünde yürütme yetkisini dış kaynaklardan almakta ve verileri ve doğrulamayı ana zincir üzerinde tutarak merkeziyetsizlik ve yüksek performans arasında bir denge sağlamaktadır. Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet gibi projelerin hızlı büyümesi, bu yolun uygulanabilirliğini kanıtlamıştır, ancak aynı zamanda veri kullanılabilirliğine (DA) olan aşırı bağımlılığı, maliyetlerin hala yüksek olmasını ve geliştirme deneyimindeki kopukluk gibi orta vadeli darboğazları da ortaya çıkarmıştır.

Dördüncü tür yol, son yıllarda ortaya çıkan modüler blockchain mimarisidir ve Celestia, Avail, EigenLayer gibi projeleri temsil etmektedir. Modüler paradigma, blockchain'in temel işlevlerini ayrıştırmayı savunur; bu işlevler, farklı görevleri yerine getiren birden fazla özel zincir tarafından tamamlanır ve daha sonra çapraz zincir protokolleri kullanılarak ölçeklenebilir bir ağ oluşturulur. Bu yön, işletim sistemi modüler mimarisi ve bulut bilişimdeki birleşik kavramlardan derin şekilde etkilenmiştir; avantajı, sistem bileşenlerini esnek bir şekilde değiştirebilme yeteneği ve belirli aşamalarda (örneğin DA) verimliliği büyük ölçüde artırabilmesidir. Ancak zorlukları da oldukça belirgindir: Modüler ayrıştırma sonrası sistemler arasındaki senkronizasyon, doğrulama ve karşı güven maliyetleri son derece yüksektir; geliştirici ekosistemi aşırı dağınıktır ve orta ve uzun vadeli protokol standartları ile çapraz zincir güvenliği gereksinimleri geleneksel zincir tasarımından çok daha yüksektir. Bu model, esasen bir "zincir" inşa etmekten ziyade bir "zincir ağı" inşa etmektedir ve genel mimari anlayışı ile işletim süreçlerine daha önce hiç görülmemiş bir eşik getirmektedir.

Son tür yol, zincir içi paralel hesaplama optimizasyon yoludur. İlk dört türün yapısal düzlemde "yatay bölme" yapmasıyla karşılaştırıldığında, paralel hesaplama "dikey yükseltme" üzerinde durur, 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 sistemi zamanlama mekanizmalarının tamamının entegrasyonunu gerektirir. Solana, paralel VM konseptini zincir düzeyi sistemlere en erken uygulayan projelerden biridir; hesap modeli tabanlı işlem çakışması değerlendirmesi ile çok çekirdekli eşzamanlı yürütmeyi gerçekleştirir. Monad, Sei, Fuel, MegaETH gibi yeni nesil projeler ise, boru hattı yürütme, iyimser eşzamanlılık, depolama bölümü, paralel ayrıştırma gibi öncü fikirleri daha da ileriye taşımayı deniyor ve modern CPU benzeri yüksek performanslı yürütme çekirdekleri inşa ediyor. Bu yönün temel avantajı, çok zincirli mimariye bağımlı olmaksızın işlem kapasitesinde aşılması gereken sınırların sağlanmasıdır; aynı zamanda karmaşık akıllı sözleşmelerin yürütülmesi için yeterli hesap esnekliği sunar ve 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, arkasındaki ayrım aslında blok zincirinin performans, bileşen uyumluluğu, güvenlik ve geliştirme karmaşıklığı arasındaki sistematik dengelemesidir. Rollup, konsensüs dışsallaştırma ve güvenlik mirası konusunda güçlüdür, modülerlik ise yapı esnekliği ve bileşen yeniden kullanımını vurgular. Zincir dışı genişleme, ana zincirin darboğazını aşmayı amaçlar ancak güven sorunları pahalıdır; zincir içi paralellik ise yürütme katmanının köklü bir yükseltmesini hedefler ve zincir içi tutarlılığı bozmadığı sürece modern dağıtık sistemlerin performans sınırlarına yaklaşmayı dener. Her bir yol tüm sorunları çözemeyebilir, ama bu yönler birlikte Web3 hesaplama paradigmasının yükseltilmiş panoramasını oluşturur ve geliştiriciler, mimarlar ve yatırımcılara son derece zengin stratejik seçenekler sunar.

Tıpkı tarihte işletim sistemlerinin tek çekirdekten çok çekirdekli yapıya geçmesi, veritabanlarının sıralı indekslerden eşzamanlı işlemlere evrilmesi gibi, Web3'ün ölçeklenme yolu da nihayetinde yüksek paralel yürütme dönemine adım atacaktır. Bu dönemde, performans sadece zincir hızının bir yarışı değil, aynı zamanda temel tasarım felsefesi, mimari anlayış derinliği, yazılım ve donanım işbirliği ile sistem kontrol gücünün birleşik bir yansımasıdır. Ve zincir içi paralellik, belki de bu uzun savaşın nihai cephesi olabilir.

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

Blockchain ölçeklendirme teknolojisinin sürekli evrildiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımının ana yolu haline geliyor. Yapı katmanı, ağ katmanı veya veri kullanılabilirlik katmanlarının yatay ayrıştırılmasından farklı olarak, paralel hesaplama yürütme katmanında derinlemesine bir keşif olarak ortaya çıkıyor; bu, blockchain'in çalışma verimliliğinin en temel mantığını etkiliyor ve bir blockchain sisteminin yüksek eşzamanlılık, çok çeşitli karmaşık işlemlerle karşılaştığında yanıt verme hızı ve işleme kapasitesini belirliyor. Yürütme modelinden hareketle, bu teknolojinin gelişim sürecini 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 parçacıklıdan ince parçacıklıya kadar, paralel mantığın sürekli bir şekilde detaylandırılması sürecini temsil ediyor ve aynı zamanda sistem karmaşıklığı ve planlama zorluğunun sürekli arttığı bir yol.

En erken ortaya çıkan hesap seviyesinde paralellik, Solana'nın temsil ettiği bir paradigmadır. Bu model, hesap-durumunun ayrıştırılmış tasarımına dayanarak, işlemlerde yer alan hesap kümesini statik olarak analiz ederek, çelişki ilişkisi olup olmadığını belirler. Eğer iki işlem, eriştiği hesap kümesi açısından örtüşmüyorsa, birden fazla çekirdekte eşzamanlı olarak yürütülebilir. Bu mekanizma, özellikle DeFi gibi öngörülebilir yollara sahip programlar için, yapısı net olan, girdi ve çıktıları belirgin olan işlemleri işlemek için oldukça uygundur. Ancak, doğal varsayımı, hesap erişiminin öngörülebilir olması ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarım yapılabilir olmasıdır; bu, karmaşık akıllı sözleşmeler (örneğin, zincir oyunları, AI ajanları gibi dinamik davranışlar) ile karşılaştığında, korumacı bir yürütmeye ve paralellikte azalmaya yol açabilir. Ayrıca, hesaplar arasındaki çapraz bağımlılıklar, bazı yüksek frekanslı işlem senaryolarında paralel kazancı ciddi şekilde zayıflatmaktadır. Solana'nın çalışma zamanı bu açıdan yüksek düzeyde optimize edilmiştir, ancak temel zamanlama stratejisi hala hesap granülasyonu sınırlamalarından etkilenmektedir.

Hesap modelinin temelinde daha da ayrıntılandırarak, nesne düzeyinde paralellik teknik katmanına geçiyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynakların ve modüllerin anlamsal soyutlamasını tanıtarak daha ince "durum nesneleri" birimi üzerinden eşzamanlı planlama yapar. Aptos ve Sui bu alandaki önemli araştırmacılardır, özellikle Sui, Move dilinin doğrusal tür sistemi aracılığıyla, derleme zamanında kaynakların sahipliğini ve değişkenliğini tanımlayarak, çalışma zamanında kaynak erişim çatışmalarını hassas bir şekilde kontrol etmeye olanak tanır. Bu yöntem hesap düzeyinde paralelliğe kıyasla daha evrensel ve ölçeklenebilir olup, daha karmaşık durum okuma/yazma mantıklarını kapsayabilir ve doğal olarak oyun, sosyal, AI gibi yüksek heterojenlikteki senaryoları destekler. Ancak, nesne düzeyinde paralellik daha yüksek bir dil eşiği ve geliştirme karmaşıklığı getirir; Move, Solidity'nin doğrudan bir ikamesi değildir, ekosistem geçiş maliyetleri yüksektir ve bu da paralel paradigmanın yayılma hızını kısıtlar.

İleri düzey işlem düzeyinde paralellik, Monad, Sei, Fuel gibi temsilcilerle yeni nesil yüksek performanslı blok zincirlerinin keşfettiği bir yönüdür. Bu yol, durumu veya hesabı en küçük paralel birim olarak görmemekte, bunun yerine tüm işlem işlemleri etrafında bağımlılık grafiği oluşturmaktadır. İşlemleri atomik işlem birimi olarak ele alır, işlem grafiği (Transaction DAG) oluşturmak için statik veya dinamik analiz kullanır ve eşzamanlı akışlı yürütme için bir zamanlayıcıya bağımlıdır. Bu tasarım, sistemin temel durum yapısını tamamen anlamadan paralelliği en üst düzeye çıkarmasına olanak tanır. Monad, optimistik eşzamanlı kontrol (OCC), paralel akış zamanlaması, sıralı olmayan yürütme gibi modern veritabanı motoru teknolojilerini birleştirdiği için özellikle dikkat çekicidir ve zincir yürütmesini "GPU"ya daha yakın hale getirir.