Web3 Paralel Hesaplama Yarışması Panorama Haritası: Yerel Ölçeklendirme için En İyi Çözüm mü?

1. Paralel Hesaplamanın Blok Zincir Alanındaki Gelişim Arka Planı

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" ( "güvenlik", "merkeziyetsizlik", "ölçeklenebilirlik" ), blok zinciri sistem tasarımındaki temel uzlaşmayı ortaya koymaktadır; bu, blok zinciri projelerinin "maksimum güvenlik, herkesin katılabileceği, yüksek hızda işlem" yapmayı aynı anda gerçekleştirmenin zor olduğudur. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu ebedi tartışma için, şu anda piyasada bulunan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneklerini artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçekleme: Yatay Bölme Durumu/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zinciri dışı dış kaynaklı genişletme: yürütmeyi zincir dışında yapmak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı Ayrıştırma Tabanlı Ölçeklenebilirlik: Mimari modüler, işbirlikçi çalışma, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çok iş parçacıklı asenkron zincir

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırma, Stateless mimari vb., yürütme, durum, veriler ve yapı gibi birçok katmanı kapsamaktadır ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" olan tamamlayıcı bir genişletme sistemidir. Bu makalede, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplama üzerinde durulmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (, blok içindeki işlemlerin/komutların paralel yürütülmesine odaklanmaktadır. Paralel mekanizmalara göre, ölçeklendirme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir. Her kategori, farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel parçacık boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da giderek artar.

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

Dış zincir asenkron eşzamanlı model, ) Agent / Actor Model( olarak temsil edilen Aktör akıllı varlık sistemleri ile birlikte, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası/asenkron mesaj sistemleri) blok zinciri senkronizasyon modelinden( farklı olarak, her bir Ajan bağımsız olarak çalışan "akıllı varlık süreci" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesaj, olay odaklı, senkronizasyon zamanlaması gerektirmeden çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler yer almaktadır.

Ve aşina olduğumuz Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarıdır, zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Ölçeklendirmeyi, "birden fazla zincir/uygulama alanını paralel çalıştırarak" gerçekleştirirler, tek bir blok/ sanal makine içindeki eşzamanlılığı artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin ana konusu değildir, ancak yine de mimari kavramların karşılaştırmasında kullanılacaktır.

![Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2340d8a61251ba55c370d74178eec53e.webp(

İki, EVM Sistemi Paralel Güçlendirilmiş Zincir: Uyum İçinde Performans Sınırlarını Aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, shard'lama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir aşama kaydedememiştir. Ancak, EVM ve Solidity, şu anda geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeli en yüksek akıllı sözleşme platformları olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel artırma zinciri, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmanın ana yolu olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa eden, gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırmasından hareket eden bu yöndeki en temsilci projelerdir.

) Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum sanal makinesi ###EVM( için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme anlayışı olan )Pipelining( ile asenkron yürütme )Asynchronous Execution('yi konsensüs katmanında, optimistik eşzamanlı yürütmeyi )Optimistic Parallel Execution( ise yürütme katmanında gerçekleştirir. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü )MonadBFT( ve özel veritabanı sistemi )MonadDB('i getirerek uçtan uca optimizasyon sağlar.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel fikir, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdeklerde çalışır, bloklar arası eşzamanlı işleme ulaşarak nihayetinde throughput'u artırmak ve gecikmeyi azaltmak hedeflenir. Bu aşamalar şunları içerir: işlem önerisi )Propose(, uzlaşma sağlama )Consensus(, işlem yürütme )Execution( ve blok gönderimi )Commit(.

Asenkron İcra: Konsensüs - Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve uygulaması genellikle senkronize bir süreçtir; bu seri model, performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama katmanını asenkron hale getirmiştir. Blok süresi ) blok süresi ( ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak, sistemi daha esnek, işlem sürecini daha ayrıntılı ve kaynak kullanımını daha yüksek hale getirmiştir.

Ana Tasarım:

• Konsensüs süreci ) konsensüs katmanı ( yalnızca işlemleri sıralar, sözleşme mantığını yürütmez.
• İcra süreci ) icra katmanı ( konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine girilir, tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütme konusunda katı bir seri model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını büyük ölçüde artırmaktadır.

Yürütme mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması olmadığını varsayarak, tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı )Conflict Detector(" çalıştırarak işlemler arasında aynı durumu ) erişip erişmediğini izleyin, örneğin okuma/yazma çatışmaları (.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri hale getirilerek yeniden işlenecek ve durumun doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştiren uyumlu bir yol seçti. İşlem sırasında durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor. Bu, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor. Olgunluğu sayesinde EVM ekosisteminin taşınmasını 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 mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'yi EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak tanımlar; hem bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman###Execution Layer( veya modüler bileşen olarak işlev görebilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlayabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içi yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneklerini gerçekleştirmektir. MegaETH'nin sunduğu temel yenilik, "Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG)yönlendirilmiş döngüsel durum bağımlılık grafiği(" ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır; bu, "zincir içi çoklu iş parçacığı" paralel yürütme sistemini inşa eder.

Micro-VM) mikro sanal makine( mimarisi: hesap bir iş parçacığıdır

MegaETH, her hesap için bir "mikro sanal makine ) Micro-VM (" yürütme modeli getirerek, yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirir ve paralel planlama için minimum ayrıştırma birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma ) Asynchronous Messaging ( yoluyla iletişim kurar, bu da çok sayıda VM'nin bağımsız bir şekilde çalışmasına ve bağımsız depolamasına olanak tanır, doğal olarak paralel bir yapıya sahiptir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık grafiği ile yönlendirilen zamanlama mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG zamanlama sistemi kurmuştur. Sistem, her zaman gerçek zamanlı olarak bir küresel bağımlılık grafiği ) Dependency Graph ('ı sürdürmektedir. Her işlem, hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu, tamamını bağımlılık ilişkileri olarak modellemektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sıralamasına tabi tutulur. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığı ve tekrar yazma olmamasını garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesaplar bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, durum bağımlılık grafiği aracılığıyla işlem zamanlaması yapar ve senkron çağrı yığınını asenkron mesaj mekanizması ile değiştirir. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" boyutunda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemler inşa etmek için paradigmaya dayalı yeni bir bakış açısı sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme zamanlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zordur; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtık bir işletim sistemine daha çok benziyor.

![Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c4a4c4309574e45f679b2585d42ea16.webp(

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, shard'lama ) Sharding ( ile büyük ölçüde farklıdır: shard'lama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire ) Shards ( böler; her alt zincir, kısmi işlemler ve durumlar üstlenerek, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında genişletir. Oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü koruyarak, yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde sınırda paralel yürütme optimizasyonlarıyla performansı artırır. Her iki yaklaşım, blok zinciri genişletme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

![Web3 Paralel Hesaplama Alanı Panorama Haritası: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-562daa8ae6acba834ef937bf88a742f0.webp(

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı hedefleyen bir optimizasyon yoluna odaklanmıştır. Bu, )Deferred Execution( ve )Micro-VM( mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirilerek yapılmaktadır. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zincir ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işlem ağı )SPNs( arasındaki işbirliği ile EVM ve Wasm gibi çoklu sanal makine ortamlarını desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtı )ZK(, güvenilir yürütme ortamı )TEE( gibi ileri teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme )Full Lifecycle Asynchronous Pipelining (: Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını ) konsensüs, yürütme, depolama ( ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar, böylece toplam işleme verimliliğini artırır.
2. İki Sanal Makine Paralel Çalıştırma ) Dual VM Paralel İcra (: Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme ile işlem işleme yeteneğini de geliştirir.
3. Özel İşlem Ağı )SPNs(: SPN'ler, Pharos mimarisindeki temel bileşenlerdir ve belirli görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik dağıtımını ve görevlerin paralel işlenmesini gerçekleştirebilir, böylece sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması ) Modüler Konsensüs & Yeniden Stake Etme (: Pharos, esnek bir şekilde tanıttı.