Web3 Paralel Hesaplama Derinlik Araştırma Raporu: Yerel Ölçeklenmenin Nihai Yolu

I. Giriş: Ölçeklenebilirlik sonsuz bir konu, paralellik nihai savaş alanıdır

Blockchain sistemleri doğduğu günden bu yana ölçeklenebilirlik gibi temel bir sorunla karşı karşıya. Bitcoin ve Ethereum'un her saniye gerçekleştirdiği işlem sayısı (TPS) oldukça düşük, geleneksel Web2 sistemlerinin çok altında. Bu, sadece sunucu sayısını artırmakla çözülebilecek bir durum değil, aynı zamanda blockchain'in temel tasarımındaki sistematik kısıtlamalardan kaynaklanıyor; yani "merkeziyetsizlik, güvenlik, ölçeklenebilirlik" üçlüsünün zorunluluğu.

Son on yılda, ölçeklenebilirlik teknolojisi sürekli olarak evrildi, Bitcoin ölçeklenebilirlik tartışmalarından Ethereum shard'larına, durum kanalları, Plasma'dan Rollup ve modüler blok zincirlere kadar, tüm sektör hayal gücü dolu bir ölçeklenebilirlik yolculuğuna çıktı. Rollup, mevcut ana akım ölçeklenebilirlik çözümü olarak, TPS'yi önemli ölçüde artırma hedefini gerçekleştirdi. Ancak, blok zincirin alt yapısındaki "tek zincir performansı"nın gerçek sınırlarına henüz ulaşmadı, özellikle icra düzeyinde, hala zincir içi seri hesaplama gibi eski bir paradigma ile sınırlıdır.

Bu nedenle, zincir içi paralel hesaplama giderek sektörün gündemine girmektedir. Zincir dışı genişleme ve çapraz zincir dağılımından farklı olarak, zincir içi paralel hesaplama, tek zincir atomikliğini korurken yürütme motorunu tamamen yeniden yapılandırmayı amaçlamakta, blok zincirini "her bir işlem sıralı yürütme"den "çoklu iş parçacığı + boru hattı + bağımlılık zamanlaması" şeklinde yüksek eşzamanlılıkta bir hesaplama sistemine yükseltmektedir. Bu, yüzlerce kat daha fazla işlem hacmi artışı sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda akıllı sözleşme uygulamalarının patlak vermesi için kritik bir ön koşul haline gelebilir.

Aslında, Web2 hesaplama paradigmasında, tek iş parçacıklı hesaplama çoktan paralel programlama, asenkron zamanlama gibi modellerle değiştirilmiştir. Oysa blok zinciri, daha ilkel ve daha muhafazakar bir hesaplama sistemi olarak, bu paralel düşünceleri tam olarak kullanamamıştır. Solana, Sui, Aptos gibi yeni zincirler mimari düzeyde paralellik getirerek bu keşfi başlattı; Monad, MegaETH gibi projeler ise zincir içindeki paralelliği daha derin bir kırılma noktasına taşıyarak, modern işletim sistemine daha da yakınlaşan özellikler sergilemektedir.

Paralel hesaplama, sadece bir performans optimizasyonu aracı değil, aynı zamanda blok zinciri yürütme modelinin paradigmasında bir dönüm noktasıdır. Akıllı sözleşmelerin yürütülmesinin temel modeline meydan okumakta ve işlem işlemenin temel mantığını yeniden tanımlamaktadır. Rollup, "işlemleri zincir dışına taşımak" ise, zincir içindeki paralellik "zincir üzerinde süper bilgisayar çekirdeği inşa etmek" demektir ve amacı, gelecekteki Web3 yerel uygulamaları için gerçek sürdürülebilir altyapı desteği sağlamaktır.

Rollup pazarında benzeşen durumların ardından, zincir içi paralellik yeni dönem Layer1 rekabetinin belirleyici değişkeni haline geliyor. Bu sadece bir teknoloji yarışı değil, aynı zamanda bir paradigma mücadelesidir. Web3 dünyasının bir sonraki nesil egemen yürütme platformu, büyük ihtimalle bu zincir içi paralellik mücadelesinden doğacaktır.

İkincisi, Ölçeklenme Paradigmasının Genel Görünümü: Beş Tür Yöntem, Her Biri Farklı Vurgu

Kapsama, halka açık blok zinciri teknolojisinin evrimi sırasında en önemli, en sürekli ve en zor konulardan biri olarak, son on yıl içinde neredeyse tüm ana akım teknik yolların ortaya çıkmasına ve evrim geçirmesine neden oldu. Bitcoin'in blok boyutu tartışmasıyla başlayan bu "zinciri daha hızlı çalıştırmanın yolu nedir" konulu teknik yarışma, nihayetinde beş temel yolun ayrılmasına neden oldu; her bir yol, darboğaza farklı açılardan yaklaşmakta, kendine özgü teknik felsefeleri, uygulanabilirlik zorlukları, risk modelleri ve uygun senaryoları bulunmaktadır.

Birinci tür yol, en doğrudan zincir üstü genişlemedir; temsilci uygulamalar arasında blok boyutunu artırmak, blok oluşturma süresini kısaltmak veya veri yapısını ve konsensüs mekanizmasını optimize ederek işleme kapasitesini artırmak yer almaktadır. Bu yol, Bitcoin genişleme tartışmasında odak haline gelmiş, BCH, BSV gibi "büyük blok" yan dallarını ortaya çıkarmış ve erken dönem yüksek performanslı kamu blok zincirleri olan EOS ve NEO'nun tasarım düşüncelerini etkilemiştir. Bu tür bir yolun avantajı, tek zincir tutarlılığının basitliğini korumasıdır; anlaşılması ve uygulanması kolaydır, ancak merkeziyetçilik riski, düğüm işletim maliyetlerinin artması, senkronizasyon zorluğunun artması gibi sistemik sınırlara kolayca ulaşabilir. Bu nedenle, günümüzdeki tasarımlarda artık ana akım bir çekirdek çözüm değildir; daha çok diğer mekanizmaların yardımcı bir eşleşmesi haline gelmiştir.

İkinci tür yol, zincir dışı genişlemedir; temsilcileri durum kanalları (State Channels) ve yan zincirler (Sidechains)'dır. Bu tür yolların temel düşüncesi, çoğu işlem aktivitesinin zincir dışına aktarılması ve yalnızca nihai sonuçların ana zincire yazılmasıdır; ana zincir nihai hesaplaşma katmanı olarak işlev görmektedir. Teknik felsefe açısından, Web2'nin asenkron mimari düşüncesine yakındır. Bu düşünce teorik olarak sonsuz genişletilebilir bir throughput sağlayabilirken, zincir dışı işlemlerin güven modeli, fon güvenliği, etkileşim karmaşıklığı gibi sorunlar uygulama alanını sınırlamaktadır. Tipik olarak Lightning Network, belirgin finansal senaryo konumlandırmasına sahip olmasına rağmen, ekosistem ölçeği bir türlü patlamadı; çok sayıda yan zincir tasarımı, örneğin Polygon POS, yüksek throughput sağlarken ana zincirin güvenliğini miras alma zorluğu gibi dezavantajları sergilemiştir.

Üçüncü tür yol, şu anda en popüler ve en yaygın uygulanan Layer2 Rollup yoludur. Bu yöntem, ana zinciri doğrudan değiştirmek yerine, zincir dışı yürütme ve zincir içi doğrulama mekanizması aracılığıyla genişleme sağlar. Optimistic Rollup ve ZK Rollup'un her birinin avantajları vardır: ilki hızlı gerçekleştirme ve yüksek uyumluluk sağlarken, zorluk süresi gecikmesi ve dolandırıcılık kanıtı mekanizması sorunlarıyla karşılaşmaktadır; ikincisi güvenlik açısından güçlü, veri sıkıştırma kapasitesi iyi, ancak geliştirilmesi karmaşık ve EVM uyumluluğu yetersizdir. Hangi tür Rollup olursa olsun, temel olarak yürütme yetkisini dış kaynaklardan temin ederken, verileri ve doğrulamayı ana zincir üzerinde tutarak merkeziyetsizlik ve yüksek performans arasında göreceli bir denge sağlamaktadır. Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNet gibi projelerin hızlı büyümesi bu yolun uygulanabilirliğini kanıtlamış olsa da, aynı zamanda veri kullanılabilirliği (DA)'na aşırı bağımlılık, maliyetlerin hala yüksek olması ve geliştirme deneyiminin parçalanması gibi orta vadeli darboğazları da ortaya çıkarmıştır.

Dördüncü tür yol, son yıllarda ortaya çıkan modüler blok zinciri mimarisidir ve Celestia, Avail, EigenLayer gibi temsilcileri vardır. Modüler paradigma, blok zincirinin temel işlevlerinin tamamen ayrılmasını savunur; farklı işlevleri yerine getiren birden fazla özel zincir, çapraz zincir protokolleri ile bir araya getirilerek ölçeklenebilir bir ağ oluşturur. Bu yönelim, işletim sistemi modüler mimarisi ve bulut bilişimdeki kombinasyon fikrinden derin bir şekilde etkilenmiştir; avantajı, sistem bileşenlerinin esnek bir şekilde değiştirilmesini sağlamak ve belirli aşamalarda ( gibi DA) verimliliği büyük ölçüde artırmaktır. Ancak zorluklar da oldukça belirgindir: Modüllerin ayrılması sonrası sistemler arasındaki senkronizasyon, doğrulama ve karşılıklı güven maliyetleri son derece yüksektir; geliştirici ekosistemi son derece dağınıktır ve orta ve uzun vadeli protokol standartları ile çapraz zincir güvenliği gereksinimleri, geleneksel zincir tasarımının çok üzerindedir. Bu model esasen bir "zincir" inşa etmekten ziyade bir "zincir ağı" inşa etmektedir ve genel mimarinin anlaşılması ve işletilmesi için daha önce hiç olmadığı kadar yüksek bir eşik sunmaktadır.

Son kategori, aynı zamanda bu makalenin sonraki odak analiz nesnesidir, zincir içindeki paralel hesaplama optimizasyon yollarıdır. Önceki dört kategori, esasen yapı seviyesinden "yatay ayrıştırma" ile ilgilidir, paralel hesaplama ise "dikey yükseltme" vurgusu yapar; yani tek bir zincir içinde yürütme motoru mimarisini değiştirerek atomik işlemlerin eş zamanlı işlenmesini sağlamak. 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 ilk entegre eden projelerden biridir, hesap modeli temelinde işlem çakışması tespit ederek çok çekirdekli paralel yürütmeyi gerçekleştirmiştir. Monad, Sei, Fuel, MegaETH gibi yeni nesil projeler, daha ileri giderek boru hattı yürütme, iyimser eş zamanlılık, depolama bölümlendirme, paralel ayrıştırma gibi öncü fikirleri benimsemeye çalışmaktadır ve modern CPU benzeri yüksek performanslı yürütme çekirdekleri inşa etmektedir. Bu yönün temel avantajı, çoklu zincir mimarisine bağımlı olmadan verimlilik sınırlarının aşılmasını sağlamasıdır; aynı zamanda karmaşık akıllı sözleşme yürütmesi için yeterli hesap esnekliğini sunar ve gelecekteki AI Agent, büyük zincir oyunları, yüksek frekanslı türev ürünler gibi uygulama senaryoları için önemli bir teknik ön koşuldur.

Yukarıda belirtilen beş genişleme yoluna bakıldığında, arkasındaki bölünmenin aslında blok zincirinin performans, bileşen uyumluluğu, güvenlik ve geliştirme karmaşıklığı arasındaki sistematik dengesi olduğu görülmektedir. Rollup, konsensüsü dış kaynak kullanımı ve güvenlik mirası ile güçlüdür; modüler yapı, yapısal esneklik ve bileşen yeniden kullanımı vurgular; zincir dışı genişleme, ana zincirin darboğazını aşmayı hedefler ancak güven sorunları pahalıdır; ve zincir içi paralellik, yürütme katmanının temel yükseltmesine odaklanır ve zincir içi tutarlılığı bozmadan modern dağıtık sistemlerin performans sınırlarına yaklaşmayı hedefler. Her bir yol tüm sorunları çözemeyecek, ancak bu yönler bir araya gelerek Web3 hesaplama paradigmasının yükselişinin panorama görüntüsünü oluşturmakta ve geliştiricilere, mimarlara, yatırımcılara son derece zengin stratejik seçenekler sunmaktadır.

Tıpkı işletim sistemlerinin tarihsel olarak tek çekirdekten çok çekirdeğe kayması ve veritabanlarının sıralı dizinlerden eşzamanlı işlemlere evrimleşmesi gibi, Web3'ün genişlemesi de sonunda oldukça paralel bir yürütme çağına doğru ilerleyecektir. Bu çağda, performans artık sadece bir zincir hızı yarışı değil, aynı zamanda altta yatan tasarım felsefesinin, mimari anlayışın derinliğinin, yazılım ve donanım işbirliğinin ve sistem kontrolünün kapsamlı bir düzenlemesidir. Zincir içi paralellik, bu uzun vadeli savaşın nihai savaş alanı olabilir.

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

Blok zinciri genişletme teknolojisinin sürekli evrildiği bir bağlamda, paralel hesaplama giderek performans atılımının ana yolu haline gelmiştir. Yapı katmanı, ağ katmanı veya veri kullanılabilirliği katmanının yatay ayrışımından farklı olarak, paralel hesaplama yürütme katmanının derinlemesine kazılmasıdır; bu, blok zincirinin çalışma verimliliğinin en temel mantığını ilgilendirir ve bir blok zinciri sisteminin yüksek eşzamanlılık ve çok çeşitli karmaşık işlemlerle karşılaştığında tepki hızı ve işleme kabiliyetini belirler. Yürütme modelinden yola çıkarak, bu teknolojik soydan gelişim izini gözden geçirirsek, net bir paralel hesaplama sınıflandırma haritası oluşturabiliriz; bu harita kabaca beş teknik yol olarak ayrılabilir: hesap düzeyinde paralel, nesne düzeyinde paralel, işlem düzeyinde paralel, sanal makine düzeyinde paralel ve talimat düzeyinde paralel. Bu beş yol, kaba büyüklükten ince büyüklüğe kadar, paralel mantığın sürekli incelme sürecidir ve aynı zamanda sistem karmaşıklığının ve planlama zorluğunun sürekli artan yoludur.

En erken ortaya çıkan hesap düzeyinde paralellik, Solana'nın temsil ettiği paradigma olarak bilinir. Bu model, hesap-durumunun ayrıştırılmış tasarımına dayanır ve işlemde yer alan hesaplar kümesini statik analiz ederek, çelişki ilişkilerinin var olup olmadığını belirler. Eğer iki işlem tarafından erişilen hesaplar kümesi birbirini örtmüyorsa, çoklu çekirdek üzerinde eşzamanlı olarak yürütülebilir. Bu mekanizma, özellikle DeFi gibi öngörülebilir yolların programları için yapılandırılmış ve net bir şekilde tanımlanmış, girdi ve çıktıları olan işlemleri işlemek için çok uygundur. Ancak, doğal varsayımı, hesap erişiminin öngörülebilir ve durum bağımlılığının statik olarak çıkarılabilir olmasıdır; bu, karmaşık akıllı sözleşmelerle (, örneğin zincir oyunları, AI ajanları gibi dinamik davranışlarla karşılaştığında, muhafazakar yürütme ve paralellikte azalma sorunlarına yol açabilir. Ayrıca, hesaplar arasındaki kesişen bağımlılıklar, bazı yüksek frekanslı işlem senaryolarında paralel kazançların ciddi şekilde azalmasına neden olur. Solana'nın runtime'ı bu alanda yüksek derecede optimize edilmiştir, ancak temel zamanlama stratejisi hâlâ hesap granülasyonunun sınırlamalarına tabidir.

Hesap modelinin temelinde daha da ayrıntılı hale gelerek, nesne düzeyinde paralel teknoloji katmanına geçiyoruz. Nesne düzeyinde paralellik, kaynaklar ve modüller için anlamsal soyutlama getirir ve daha ince "durum nesneleri" birimi ile eşzamanlı planlama yapılmasını sağlar. Aptos ve Sui, bu alandaki önemli keşiflerdir; özellikle ikincisi, Move dilinin lineer tür sistemi sayesinde, derleme aşamasında kaynakların sahipliğini ve değişkenliğini tanımlayarak, çalışma zamanında kaynak erişim çakışmalarını hassas bir şekilde kontrol etmeyi mümkün kılar. Bu yöntem, hesap düzeyindeki paralelliğe kıyasla daha fazla evrensellik ve ölçeklenebilirlik sunar, daha karmaşık durum okuma/yazma mantığını kapsayabilir ve doğal olarak oyun, sosyal, AI gibi yüksek heterojenlikteki senaryolar için hizmet eder. 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 paralel paradigmanın yayılma hızını kısıtlamaktadır.

İleri düzey işlem seviyesi paralelliği, 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 almamakta, aksine tüm işlem işleminin kendisi etrafında bir bağımlılık grafiği inşa etmektedir. İşlemi atomik işlem birimi olarak görmekte, statik veya dinamik analiz yoluyla işlem grafiği )Transaction DAG( oluşturarak, iş parçacıklarının eşzamanlı akış yürütmesi için planlayıcıya bağımlı olmaktadır. Bu tasarım, sistemin alt yapı durum yapılarını tamamen anlamadan paralelliği maksimize etmesine olanak tanımaktadır. Monad özellikle dikkat çekicidir; çünkü optimist eşzamanlı kontrol )OCC(, paralel akış planlaması, sıralı yürütme gibi modern veritabanı motoru teknolojilerini birleştirerek zincir yürütmesini "GPU planlayıcısı" paradigmasına daha yakın hale getirmektedir. Pratikte, bu mekanizma son derece karmaşık bir bağımlılık yöneticisi ve çakışma dedektörü gerektirmekte, planlayıcı kendisi de bir darboğaz haline gelebilmektedir, ancak