Web3 Paralel Hesaplama Parça Panoraması: Yerel Ölçeklendirme için En İyi Çözüm mü?

Yazar: 0xjacobzhao ve ChatGPT 4oBlok

zincirinin "güvenlik", "ademi merkeziyetçilik" ve "ölçeklenebilirliğin" "Blok Zinciri Çıkmazı", blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel ödünleşimi ortaya koymaktadır, yani blok zinciri projelerinin aynı anda "aşırı güvenlik, herkesin katılabileceği ve yüksek hızlı işleme" elde etmesi zordur. Ebedi "ölçeklenebilirlik" konusuna yanıt olarak, piyasadaki ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, aşağıdakiler de dahil olmak üzere paradigmalara göre bölünmüştür:

• Yürütmeyi geliştirilmiş ölçeklendirme: Paralellik, GPU ve çok çekirdekli gibi yerinde yürütme yeteneklerini iyileştirir
• Durumdan yalıtılmış ölçeklendirme: Yatay olarak bölünmüş durum/parça, örneğin parçalar, UTXO ve çoklu alt ağlar
• Zincir dışı dış kaynaklı ölçeklendirme: Toplamalar gibi yürütmeyi zincir dışına çıkarmak, Yardımcı işlemci ve DA
• yapısı ayrıştırma ölçekleme: Modüler mimari ve modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh gibi işbirlikçi işlem
• Asenkron eşzamanlı ölçeklendirme: Aktör modeli, işlem yalıtımı, aracı, çok iş parçacıklı zaman uyumsuz zincir gibi ileti odaklı

  Blok zinciri ölçeklendirme çözümü şunları içerir: zincir üstü paralel hesaplama, toplama, parçalama, DA modülü, modüler yapı, aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırması, durumsuz mimari vb., birden fazla yürütme, durum, veri ve yapı düzeyini kapsar ve "çok katmanlı işbirliği ve modül kombinasyonu" içeren eksiksiz bir ölçeklendirme sistemidir. Bu makale, paralel hesaplamayı temel alan ölçeklendirme yöntemlerine odaklanmaktadır.

  Blok içi işlemlerin/talimatların paralel olarak yürütülmesine odaklanan zincir içi paralellik. Paralel mekanizmaya göre, ölçeklendirme yöntemleri, her biri farklı bir performans arayışını, geliştirme modelini ve mimari felsefesini temsil eden beş kategoriye ayrılabilir ve paralel ayrıntı düzeyi giderek daha ince hale geliyor, paralellik yoğunluğu giderek artıyor, zamanlama karmaşıklığı giderek artıyor ve programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artıyor.

  • Hesap düzeyi: Projeyi temsil eder
  • Nesne düzeyi: Projeyi temsil eder Sui
  • İşlem düzeyi: Projeyi temsil eder Monad, Aptos
  • Çağrı düzeyi / MicroVM : Talimat düzeyi MegaETH:
  • GatlingX

  Aktör / Aktör Modeli tarafından temsil edilen zincir dışı eşzamansız eşzamanlılık modeli, zincirler arası/eşzamansız mesaj sistemi (blok olmayan senkronizasyon modeli) olarak başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir, her aracı bağımsız olarak bir "aracı süreci" olarak çalışır, paralel modda eşzamansız mesajlar, olay odaklı, senkron zamanlama yok, AO, ICP, Cartesi vb. gibi temsili projeler.

  İyi bilinen toplama veya parça ölçeklendirme şeması, zincir içi paralel bilgi işleme değil, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmasına aittir. Tek bir blok/sanal makine içinde paralelliği artırmak yerine "birden fazla zinciri/yürütme etki alanını paralel olarak çalıştırarak" ölçeklendirme elde ederler. Bu tür bir ölçeklendirme çözümü bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramlardaki benzerlikleri ve farklılıkları karşılaştırmak için kullanacağız.

  2. EVM Paralel Geliştirme Zinciri: Uyumlulukta Performans Sınırını Aşmak

  Ethereum'un seri işleme mimarisinin geliştirilmesinden bu yana, parçalama, toplama ve modüler mimari gibi çok sayıda ölçeklendirme girişiminden geçti, ancak yürütme katmanının verim darboğazı hala temelden kırılmadı. Ancak aynı zamanda, EVM ve Solidity hala en fazla geliştirici tabanına ve ekolojik potansiyele sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM paralel geliştirme zinciri, ekolojik uyumluluğu ve yürütme performansı iyileştirmesini hesaba katan kilit bir yol olarak yeni bir ölçeklendirme ve evrim turu için önemli bir yön haline geliyor. Monad ve MegaETH, yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimli senaryolar için bir EVM paralel işleme mimarisi oluşturmak için sırasıyla ertelenmiş yürütme ve durum ayrıştırmadan başlayarak bu yöndeki en temsili projelerdir.

  Monad'ın Paralel Hesaplama

  AnaliziMonad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış, temel paralel boru hattı konseptine dayalı, konsensüs katmanında Asenkron Yürütme ve yürütme katmanında İyimser eşzamanlılık ile yüksek performanslı bir Katman1 blok zinciridir Paralel Yürütme) 。 Buna ek olarak, konsensüs ve depolama katmanlarında Monad, uçtan uca optimizasyon elde etmek için sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolünü (MonadBFT) ve özel bir veritabanı sistemini (MonadDB) tanıttı.

  Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

  Pipelining, Monad paralel yürütmenin temel konseptidir ve temel fikri, blok zincirinin yürütme sürecini birden çok bağımsız aşamaya bölmek ve bu aşamaları üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmak için paralel olarak işlemektir, her aşama, bloklar arası eşzamanlı işleme elde etmek için bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışır. Sonuç, artan verim ve azaltılmış gecikme süresidir. Bu aşamalar şunları içerir: Teklif Etme, Fikir Birliği, Yürütme ve Taahhüt Etme.

  Eşzamansız Yürütme: Konsensüs - Yürütme asenkron olarak ayrıştırılırGeleneksel zincirlerde

  , işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkronize süreçlerdir ve bu seri model, performans ölçeklendirmesini ciddi şekilde sınırlar. Monad, "asenkron yürütme" yoluyla konsensüs katmanı asenkron, yürütme katmanı asenkron ve depolama asenkronu uygular. Blok süresini ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek hale getirir, işlemeyi daha segmentlere ayırır ve kaynak kullanımını sağlar.

  Çekirdek tasarım:

  • Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamaktan sorumludur ve sözleşme mantığını yürütmez.
  • Yürütme işlemi (yürütme katmanı), konsensüs tamamlandıktan sonra eşzamansız olarak tetiklenir.
  • Konsensüs tamamlandıktan sonra, yürütmenin tamamlanmasını beklemeden hemen bir sonraki bloğun konsensüs sürecine girecektir.

  İyimser Paralel Yürütme: İyimser Paralel YürütmeGeleneksel Ethereum,

  durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütme için kesinlikle seri bir model benimser. Monad ise işlem işleme hızını önemli ölçüde artırmak için "iyimser bir paralel yürütme" stratejisi benimsiyor.

  Yürütme mekanizması:

  • Monad, işlemlerin çoğunun durumsuz ve çatışmasız olduğunu varsayarak tüm işlemleri paralel olarak iyimser bir şekilde yürütür.
  • Ayrıca, işlemler arasında aynı duruma (örn. okuma/yazma çakışmaları) erişilip erişilmediğini izlemek için bir "Çakışma Dedektörü" çalıştırın.
  • Bir çakışma algılanırsa, durumun doğru olduğundan emin olmak için çakışan işlem serileştirilir ve yeniden yürütülür.

  Monad uyumlu bir yol seçti: mümkün olduğunca az EVM kuralını hareket ettirmek, yazma durumunu erteleyerek ve yürütme sırasında çakışmaları dinamik olarak algılayarak paralellik elde etmek, bu daha çok Ethereum'un bir performans versiyonuna benziyor, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştıran bir olgunluk seviyesine sahip ve EVM dünyasında paralel bir hızlandırıcı.

  MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması çözünürlüğü

  , Monad'ın L1 konumlandırmasından farklıdır ve MegaETH, Ethereum üzerinde bir yürütme geliştirme katmanı veya modüler bileşen olarak bağımsız bir L1 genel zinciri olarak kullanılabilen EVM uyumlu modüler yüksek performanslı bir paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmıştır. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durum yalıtımını, zincir içinde yüksek eşzamanlılık yürütme ve düşük gecikme süreli yanıt yeteneği elde etmek için bağımsız olarak zamanlanabilen en küçük birime dönüştürmektir. MegaETH tarafından önerilen en önemli yenilik, Micro-VM mimarisi + State Dependency DAG (yönlendirilmiş ve döngüsel olmayan durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasının ortaklaşa "zincir içi iş parçacığı" için paralel bir yürütme sistemi oluşturmasıdır.

  Mikro VM mimarisi: Hesaplar iş parçacığıdır

  MegaETH, yürütme ortamını "iş parçacığı" haline getiren ve paralel zamanlama için minimum bir izolasyon birimi sağlayan "hesap başına bir mikro VM" yürütme modelini sunar. Bu VM'ler, zaman uyumlu çağrılar yerine zaman uyumsuz mesajlaşma yoluyla birbirleriyle iletişim kurar ve çok sayıda VM bağımsız olarak yürütülebilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paralel olabilir.

  State Dependency DAG: grafiğe dayalı bir zamanlama mekanizması

  MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG zamanlama sistemi oluşturmuştur ve sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği tutar ve her işlem için hangi hesapların değiştirildiği ve hangi hesapların okunduğunun tümü bağımlılıklar olarak modellenir. Çakışmasız işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilir ve bağımlı işlemler topolojik sıraya göre seri olarak planlanır ve sıralanır veya ertelenir. Bağımlılık grafikleri, paralel yürütme sırasında durum tutarlılığı ve yinelenen olmayan yazmalar sağlar.

  Asenkron yürütme ve geri arama mekanizması

  MegaETH, geleneksel EVM seri çağrıları sorununu çözmek için Aktör Modeli'nin asenkron mesaj geçişine benzer şekilde asenkron programlama paradigmasının üzerine inşa edilmiştir. Sözleşme çağrıları zaman uyumsuzdur (özyinelemeli olmayan yürütme) ve Sözleşme A -> B -> C çağrıldığında, her çağrı beklemeyi engellemeden zaman uyumsuzdur; Çağrı yığını, zaman uyumsuz bir çağrı grafiğine genişletilir; İşlem işleme = eşzamansız grafiğin geçişi + bağımlılık çözümlemesi + paralel zamanlama.

  Sonuç olarak, MegaETH geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırar, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi uygular, duruma bağlı grafikler aracılığıyla işlem planlaması gerçekleştirir ve eşzamanlı çağrı yığınını eşzamansız bir mesajlaşma mekanizmasıyla değiştirir. "Hesap yapısı→ zamanlama mimarisi → yürütme sürecinin" tüm boyutlarından yeniden tasarlanan ve yeni nesil yüksek performanslı bir zincir üstü sistem oluşturmak için paradigma düzeyinde yeni bir fikir sunan paralel bir bilgi işlem platformudur.

  MegaETH yeniden düzenleme yolunu seçti: hesapları ve sözleşmeleri bağımsız VM'lere tamamen soyutluyor ve eşzamansız yürütme planlaması yoluyla nihai paralellik potansiyelini ortaya çıkarıyor. Teorik olarak, MegaETH daha yüksek bir paralel sınıra sahiptir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zordur ve daha çok Ethereum konsepti altında süper dağıtılmış bir işletim sistemi gibidir.

  

  Monad ve MegaETH Her ikisi de parçalamadan farklı tasarım konseptlerine sahiptir: parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parça) böler, bunların her biri işlemlerin ve durumun bir kısmından sorumludur, tek zincir sınırlamasını kırar ve ağ katmanında ölçeklenir; Öte yandan, hem Monad hem de MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü korur, yalnızca yürütme katmanında yatay olarak ölçeklenir ve tek zincirin sınırında paralel olarak optimizasyon atılımları gerçekleştirir. İkisi iki yönü temsil eder: blok zinciri genişleme yolunda dikey güçlendirme ve yatay genişleme.

  Monad ve MegaETH gibi paralel bilgi işlem projeleri, zincir üstü TPS'yi iyileştirme temel hedefiyle esas olarak verim optimizasyon yoluna odaklanır ve ertelenmiş yürütme ve mikro VM mimarileri aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme elde eder. Pharos Network, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağıdır ve çekirdek paralel bilgi işlem sistemine "Rollup Mesh" adı verilir. Bu mimari, ana ağ ve özel işleme ağlarının (SPN'ler) sinerjisi aracılığıyla çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) destekler ve sıfır bilgi kanıtları (ZK) ve güvenilir yürütme ortamları (TEE'ler) gibi gelişmiş teknolojileri entegre eder.

  Rollup Mesh Paralel Hesaplama Analizi:

  1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı: Pharos, bir işlemin çeşitli aşamalarını (fikir birliği, yürütme ve depolama gibi) ayırır ve asenkron işlemeyi benimser, böylece her aşama bağımsız ve paralel olarak gerçekleştirilebilir, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
  2. Çift VM Paralel Yürütme: Pharos, hem EVM hem de WASM sanal makine ortamlarını destekleyerek geliştiricilerin ihtiyaçları için doğru yürütme ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi yalnızca sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme yoluyla işlem işlemeyi de artırır.
  3. Özel İşleme Ağları (SPN'ler): SPN'ler, belirli görev veya uygulama türlerini işlemek için tasarlanmış modüler alt ağlara benzer şekilde Pharos mimarisindeki temel bileşenlerdir. SPN'ler ile Pharos, kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesini ve görevlerin paralel olarak işlenmesini sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
  4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Yapılandırma: Pharos, çoklu konsensüs modellerini (PBFT, PoS, PoA gibi) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden alım protokolü aracılığıyla ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlar.

  Buna ek olarak, Pharos, çok sürümlü Merkle ağacı, Delta Kodlama, Sürümlü Adresleme ve ADS Pushdown teknolojisi aracılığıyla yürütme modelini depolama motorunun alt katmanından yeniden oluşturur ve yüksek verim, düşük gecikme süresi ve güçlü doğrulanabilir zincir içi işleme yetenekleri elde etmek için yerel blok zinciri için yüksek performanslı bir depolama motoru olan Pharos Store'u piyasaya sürer.

  Genel olarak, Pharos'un Rollup Mesh mimarisi, modüler tasarım ve asenkron işleme mekanizması sayesinde yüksek performanslı paralel bilgi işlem yetenekleri sağlar.

  Monad, MegaETH ve Pharos'un paralel yürütme mimarilerine ek olarak, piyasada, EVM paralel ekosistemine önemli bir ek ve son teknoloji deney olarak EVM paralel hesaplamada GPU hızlandırmanın uygulama yolunu araştıran bazı projeler olduğunu da gözlemliyoruz. Bunlar arasında Reddio ve GatlingX iki temsili yöndür:

  • Reddio, zkRollup ve GPU paralel yürütme mimarisini birleştiren yüksek performanslı bir platformdur ve özü, EVM yürütme sürecini yeniden yapılandırmada ve çok iş parçacıklı zamanlama, eşzamansız durum depolaması ve işlem toplu işlemlerinin GPU hızlandırmalı yürütülmesi yoluyla yürütme katmanının yerel paralelleştirmesini gerçekleştirmede yatmaktadır. İşlem düzeyinde paralel ayrıntı düzeyi + işlem düzeyi (çok iş parçacıklı yürütme işlem kodu). Çok iş parçacıklı toplu yürütme, zaman uyumsuz durum yükleme ve GPU paralel işleme işlem mantığını (CUDA Uyumlu Paralel EVM) tanıtmak için tasarlanmıştır. Monad / MegaETH gibi, Reddio da yürütme katmanında paralel işlemeye odaklanır, aradaki fark, yürütme motorunun yapay zeka çıkarımı gibi yüksek verimli ve bilgi işlem yoğun senaryolar için tasarlanmış bir GPU paralel mimarisi aracılığıyla yeniden yapılandırılmasıdır. Kendisini
  • "GPU-EVM" olarak adlandıran GatlingX, geleneksel EVM sanal makinelerinin "komut düzeyinde seri yürütme" modelini GPU'ya özgü bir paralel çalışma zamanı ortamına geçirmeye çalışan daha radikal bir mimari öneriyor. Temel mekanizma, EVM bayt kodunu dinamik olarak CUDA paralel görevlerine derlemek ve EVM'nin sıralı darboğazını en düşük seviyede kırmak için komut akışını GPU çok çekirdekli aracılığıyla yürütmektir. Yönerge Düzeyinde Paralelliğe (ILP) ait paralel ayrıntı düzeyi. Monad / MegaETH'nin "işlem düzeyi/hesap düzeyi" paralel ayrıntı düzeyi ile karşılaştırıldığında, GatlingX'in paralellik mekanizması, sanal makine motorunun temel yeniden düzenlemesine daha yakın olan talimat düzeyi optimizasyon yoluna aittir. Şu anda konsept aşamasındadır, bir teknik inceleme ve mimari taslak yayınlanmıştır ve henüz SDK veya ana ağ yoktur.

  Artela, farklılaştırılmış, paralel bir tasarım konsepti önermektedir. EVM++ mimarisi WebAssembly (WASM) sanal makinesinin piyasaya sürülmesiyle, geliştiricilerin EVM uyumluluğunu korurken Aspect programlama modelini kullanarak zincir üzerinde dinamik olarak uzantı eklemesine ve yürütmesine izin verilir. Minimum paralel birim olarak sözleşme çağırma ayrıntı düzeyini (İşlev / Uzantı) kullanır ve mantıksal ayrıştırma, eşzamansız çağırma ve modül düzeyinde paralel yürütme elde etmek için EVM sözleşmesi çalışırken Uzantı modüllerinin ("takılabilir ara yazılım" a benzer) enjeksiyonunu destekler. Yürütme katmanının birleştirilebilirliğine ve modüler mimarisine daha fazla dikkat edilir. Konsept, gelecekte karmaşık çok modüllü uygulamalar için yeni fikirler sunuyor.

  3. Yerel paralel mimari zinciri: Yeniden yapılandırılmış VM'nin yürütme ontolojisi olan Ethereum'un EVM yürütme modeli

  ,

  tasarımının başlangıcından bu yana tek iş parçacıklı bir "tam işlem emri + seri yürütme" mimarisini benimsemiştir ve ağdaki tüm düğümler için durum değişikliklerinin kesinliğini ve tutarlılığını sağlamayı amaçlamaktadır. Ancak, bu mimarinin performansta doğal bir darboğazı vardır, bu da sistem aktarım hızını ve ölçeklenebilirliği sınırlar. Buna karşılık, Cosmos SDK üzerine inşa edilen Solana (SVM), MoveVM (Sui, Aptos) ve Sei v2 gibi yerel paralel bilgi işlem mimarisi zincirleri, temel alınan tasarımdan paralel yürütme için uyarlanmıştır ve aşağıdaki avantajlara sahiptir:

  • Durum modellerinin doğal ayrımı: Solana bir hesap kilidi bildirim mekanizması kullanır, MoveVM bir nesne sahipliği modeli sunar ve Sei v2 işlem türü sınıflandırmasına dayanır. Statik çakışma yargısı gerçekleştirilir ve işlem düzeyinde eşzamanlı zamanlama desteklenir.
  • Sanal makineler eşzamanlılık için optimize edilmiştir: Solana'nın Sealevel motoru, çok iş parçacıklı yürütmeyi yerel olarak destekler; MoveVM, statik eşzamanlılık grafiği analizi gerçekleştirebilir; Sei v2, çok iş parçacıklı bir eşleştirme motorunu paralel bir VM modülüyle entegre eder.

  Tabii ki, bu tür bir yerel paralel zincir aynı zamanda ekolojik uyumluluk zorluğuyla da karşı karşıyadır. EVM olmayan mimariler genellikle yeni geliştirme dilleri (Move ve Rust gibi) ve geliştiriciler için belirli geçiş maliyetleri olan araç zincirleri gerektirir. Buna ek olarak, geliştiricilerin durum bilgisi olan erişim modelleri, eşzamanlılık sınırları, nesne yaşam döngüleri vb. gibi eşikleri ve geliştirme paradigmalarını anlamak için daha yüksek gereksinimler ortaya koyan bir dizi yeni kavramda ustalaşması gerekir.

  3.1 Solana ve SVM'nin Sealevel paralel motor prensibi

  Solana'nın Sealevel yürütme modeli, Solana tarafından zincir içinde paralel işlemlerin yürütülmesini gerçekleştirmek için kullanılan temel motor olan bir hesap paralel zamanlama mekanizmasıdır ve "hesap bildirimi + statik zamanlama + çok iş parçacıklı yürütme" mekanizması aracılığıyla akıllı sözleşme düzeyinde yüksek performanslı eşzamanlılık elde eder. Sealevel, bir üretim ortamında zincir içi eşzamanlı planlamayı başarıyla uygulayan blok zinciri alanındaki ilk yürütme modelidir ve mimari fikirleri, sonraki birçok paralel bilgi işlem projesini etkilemiştir ve yüksek performanslı Katman 1 paralel tasarım için bir referans paradigmasıdır.

  Temel mekanizma:

  1. Açık Hesap Erişim Listeleri: Her işlem, gönderirken ilgili hesabı (okuma/yazma) beyan etmelidir ve sistem, işlemler arasında bir durum çakışması olup olmadığını belirleyecektir.

  2. Çakışma tespiti ve çok iş parçacıklı zamanlama

  • İki işlem tarafından erişilen hesap kümeleri arasında bir kesişme yoksa→ bunlar paralel olarak yürütülebilir;
  • Bir çatışma var→ bağımlı sırayla seri olarak yürütülüyor;
  • Zamanlayıcı, bağımlılık grafiğine göre işlemleri farklı iş parçacıklarına tahsis eder.

  3. Program Çağırma Bağlamı: Her sözleşme çağrısı, çapraz çağrı girişimini önlemek için paylaşılan bir yığın olmadan yalıtılmış bir bağlamda çalışır.

  Sealevel, Solana'nın paralel yürütme planlama motorudur, SVM ise Sealevel'ın üzerine inşa edilmiş bir akıllı sözleşme yürütme ortamıdır (BPF sanal makinesini kullanarak). Birlikte, Solana'nın yüksek performanslı paralel yürütme sisteminin teknik temelini oluştururlar.

  Eclipse, Solana VM'lerini Ethereum L2 veya Celestia gibi modüler zincirlere dağıtan ve Solana'nın paralel yürütme motorunu toplama yürütme katmanı olarak kullanan bir projedir. Eclipse, Solana yürütme katmanını (Sealevel + SVM) Solana ana ağından ayırmayı ve modüler bir mimariye taşımayı öneren ilk projelerden biridir ve Solana'nın "süper eşzamanlı yürütme modelinin" modüler çıktısı Hizmet Olarak Yürütme Katmanı'dır, bu nedenle Eclipse de paralel bilgi işlem kategorisine aittir.

  Neon'un rotası farklıdır, EVM'yi bir SVM / Deniz Seviyesi ortamında çalışacak şekilde tanıtır. EVM uyumlu bir çalışma zamanı katmanı oluşturun, geliştiriciler sözleşmeler geliştirmek ve SVM ortamında çalıştırmak için Solidity'yi kullanabilir, ancak zamanlama yürütme SVM + Sealeve kullanır. Neon, paralel bilgi işlem inovasyonundan ziyade Modüler Blok Zinciri kategorisine daha fazla eğiliyor.

  Sonuç olarak, Solana ve SVM'ler Sealevel yürütme motoruna güvenir ve Solana'nın işletim sistemi tabanlı zamanlama felsefesi, hızlı ancak nispeten esnek olmayan çekirdek zamanlayıcıya benzer. Yerel yüksek performanslı, paralel bilgi işlem genel zinciridir.

  3.2 MoveVM Mimarisi: Kaynak ve Nesne Odaklı

  MoveVM, zincir üstü kaynak güvenliği ve paralel yürütme için tasarlanmış bir akıllı sözleşme sanal makinesidir ve çekirdek dili Move, ilk olarak Meta (eski adıyla Facebook) tarafından Libra projesi için geliştirilmiştir ve "kaynaklar nesnedir" kavramını vurgular ve tüm zincir üstü durumlar, net mülkiyet ve yaşam döngüleri ile nesneler olarak var olur. Bu, MoveVM'nin derleme zamanı sırasında işlemler arasında durum çakışmaları olup olmadığını analiz etmesine ve Sui ve Aptos gibi yerel paralel genel zincirlerde yaygın olarak kullanılan nesne düzeyinde statik paralel zamanlama uygulamasına olanak tanır.

  Sui'nin nesne sahipliği

  modeliSui'nin paralel bilgi işlem yetenekleri, durum modellemesine ve dil düzeyinde statik analize yönelik benzersiz yaklaşımından kaynaklanmaktadır. Küresel durum ağaçlarını kullanan geleneksel blok zincirlerinin aksine, Sui, paralel zamanlamayı derleme zamanında tamamlanabilen deterministik bir süreç haline getirmek için MoveVM'nin doğrusal tür sistemiyle çalışan "nesneye" dayalı nesne merkezli bir model oluşturmuştur.

  • Nesne Modeli, Sui'nin paralel mimarisinin temelidir. Sui, zincirdeki tüm durumu, her biri benzersiz bir kimliğe, net bir sahibe (hesap veya sözleşme) ve bir tür tanımına sahip ayrı nesnelere soyutlar. Bu nesneler birbirleriyle aynı durumu paylaşmazlar ve doğal olarak yalıtılmışlardır. Sözleşme, çağrıldığında ilgili nesnelerin koleksiyonunu açıkça beyan etmeli ve geleneksel zincir üstü "küresel durum ağacı"nın durum birleştirme sorunundan kaçınmalıdır. Bu tasarım, zincir üzerindeki durumu birkaç bağımsız birime bölerek eşzamanlı yürütmeyi yapısal olarak uygulanabilir bir zamanlama öncülü haline getirir.
  • Statik Sahiplik Analizi, Move dilinin doğrusal tür sisteminin desteğiyle uygulanan bir derleme zamanı analiz mekanizmasıdır. Sistemin, yürütülmeden önce nesne sahipliği aracılığıyla hangi işlemlerin durum çakışması olmadığını çıkararak paralel olarak yürütülecek işlemleri planlamasına olanak tanır. Geleneksel çalışma zamanlarının çakışma tespiti ve geri alınması ile karşılaştırıldığında, Sui'nin statik analiz mekanizması, yüksek verim ve deterministik paralel işleme yetenekleri elde etmenin anahtarı olan yürütme verimliliğini artırırken zamanlama karmaşıklığını büyük ölçüde azaltır.

  Sui, düşük maliyetli, geri alma gerektirmeyen nesne düzeyinde paralel yürütme elde etmek için durum uzayını nesne bazında böler, derleme zamanı sahiplik analiziyle birleştirir. Geleneksel zincirlerin seri yürütme veya çalışma zamanı algılaması ile karşılaştırıldığında, Sui yürütme verimliliği, sistem determinizmi ve kaynak kullanımında önemli iyileştirmeler elde etti.

  Aptos'un Block-STM Yürütme MekanizmasıAptos

  , Move diline dayalı yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir ve paralel yürütme yeteneği esas olarak kendi geliştirdiği Block-STM (Blok Düzeyinde Yazılım İşlem Belleği) çerçevesinden türetilmiştir. Sui'nin "derleme zamanında statik paralellik" stratejisinden farklı olarak, Block-STM, karmaşık bağımlılıklara sahip işlem kümeleriyle başa çıkmak için uygun olan "çalışma zamanında iyimser eşzamanlılık + çakışma geri alma" dinamik zamanlama mekanizmasına aittir.

  Block-STM, bir bloğun işlem yürütmesini üç aşamaya ayırır:

  • Spekülatif Yürütme: Tüm işlemler, yürütülmeden önce varsayılan olarak çakışmasızdır ve sistem, aynı anda yürütmeye çalışmak için işlemleri birden çok iş parçacığına paralel olarak planlar ve bunlar tarafından erişilen hesap durumunu (okuma/yazma seti) kaydeder.
  • Doğrulama Aşaması: Sistem yürütme sonucunu doğrular: iki işlem arasında bir okuma-yazma çakışması varsa (örneğin, Tx1, Tx2 tarafından yazılma durumunu okur), bunlardan biri geri alınır.
  • Yeniden Deneme Aşaması: Çakışan işlemler, bağımlılıkları çözümlenene kadar yeniden planlanır ve sonunda tüm işlemler geçerli, deterministik bir durum gönderimleri dizisi oluşturur.

  Block-STM, durum yoğun ve mantıksal olarak karmaşık zincir içi işlem toplu işleme senaryoları için uygun olan ve Aptos'un çok yönlülük ve yüksek verimli bir halka açık zincir oluşturması için paralel bilgi işlem çekirdeği olan "iyimser paralellik + geri alma ve yeniden denemeler" dinamik bir yürütme modelidir.

  Solana bir mühendislik programlama okuludur, daha çok bir "işletim sistemi çekirdeği" gibidir, net durum sınırları, kontrol edilebilir yüksek frekanslı ticaret için uygundur, zinciri donanım gibi çalıştırmak için bir donanım mühendisi tarzıdır (Donanım düzeyinde paralel yürütme); Aptos, güçlü durum bağlantısı ve karmaşık çağrı zincirlerine sahip sözleşme sistemleri için uygun, daha çok bir "veritabanı eşzamanlılık motoru" gibi, sistem hatasına dayanıklı bir sistemdir. Aptos ve Sui, programlama dili mühendisleri gibidir ve Yazılım sınıfı kaynak güvenliği, farklı felsefeler altında Web3 paralel hesaplamanın teknik uygulama yolunu temsil eder.

  3.3 Cosmos SDK Paralel Ölçeklendirme

  Sei V2, Cosmos SDK'ya dayalı olarak oluşturulmuş yüksek performanslı bir işlemsel genel zincirdir ve paralellik yeteneği temel olarak iki açıdan yansıtılır: çok iş parçacıklı eşleştirme motoru (Paralel Eşleştirme Motoru) ve emir defteri DEX gibi yüksek frekanslı ve düşük gecikmeli zincir içi işlem senaryolarına hizmet etmek için tasarlanmış sanal makine katmanının paralel yürütme optimizasyonu, zincir üstü borsa altyapısı vb.

  Çekirdek Paralellik Mekanizması:

  1. Paralel Eşleştirme Motoru: SEI V2, emir eşleştirme mantığına çok iş parçacıklı bir yürütme yolu sunar, bekleyen emir defterini ve eşleştirme mantığını iş parçacığı düzeyinde böler, böylece birden fazla işlem çifti arasındaki eşleştirme görevleri paralel olarak işlenebilir ve tek iş parçacıklı darboğazdan kaçınabilir.
  2. Sanal makine düzeyinde eşzamanlılık optimizasyonu: Sei V2, bazı sözleşme çağrılarının durum çakışmaları olmadan paralel olarak çalışmasına izin veren ve daha yüksek verim kontrolü elde etmek için işlem türü sınıflandırma mekanizmasıyla işbirliği yapan eşzamanlı yürütme özelliklerine sahip bir CosmWasm çalışma zamanı ortamı oluşturur.
  3. Paralel konsensüs ve yürütme katmanı planlaması: Konsensüs katmanı ile yürütme katmanı arasındaki verimi ve ayrıştırmayı güçlendirmek ve genel blok işleme verimliliğini artırmak için "İkiz Turbo" konsensüs mekanizması tanıtıldı.

  3.4 UTXO Model Reformer Fuel Fuel

  , Ethereum'un modüler mimarisine dayalı olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir yürütme katmanıdır ve temel paralellik mekanizması, geliştirilmiş UTXO modelinden (Harcanmamış İşlem Çıktısı) türetilmiştir. Ethereum'un hesap modelinden farklı olarak Fuel, varlıkları ve durumları temsil etmek için doğası gereği eyalet tarafından izole edilmiş bir UTXO yapısı kullanır ve bu da hangi işlemlerin paralel olarak güvenli bir şekilde yürütülebileceğini belirlemeyi kolaylaştırır. Buna ek olarak, Fuel, verimli ve güvenli işlem düzeyinde paralel zamanlama elde etmek için işlemler yürütülmeden önce girdi çakışmalarını belirlemek için statik analiz araçlarıyla birlikte kendi geliştirdiği akıllı sözleşme dili Sway'i (Rust'a benzer) sunar. Performans ve modülerliği dengeleyen bir EVM alternatif yürütme katmanıdır.

  4. Aktör Modeli: Ajanların Eşzamanlı Yürütülmesine İlişkin Yeni Bir Paradigma

  Aktör Modeli, her ajanın bağımsız bir duruma ve davranışa sahip olduğunu vurgulayan ve asenkron mesajlar aracılığıyla iletişim kuran ve programlayan, zincir üzerindeki küresel durumun geleneksel senkron hesaplamasından (Solana/Sui/Monad ve diğer "zincir üstü paralel hesaplama" senaryoları) farklı, ajan veya sürece dayalı paralel bir yürütme paradigmasıdır. Bu mimari altında, zincir üstü sistem, birbirinden ayrılmış çok sayıda işlem tarafından aynı anda çalıştırılabilir ve güçlü ölçeklenebilirliğe ve eşzamansız hata toleransına sahiptir. Temsili projeler arasında, blok zincirinin bir yürütme motorundan "zincir üstü işletim sistemine" evrimini yönlendiren ve yapay zeka aracıları, çoklu görev etkileşimleri ve karmaşık mantık orkestrasyonu için yerel bir altyapı sağlayan AO (Arweave AO), ICP (Internet Computer) ve Cartesi yer alıyor.

  Aktör Modeli'nin tasarımı, yüzeysel özellikler (örneğin, paralellik, durum izolasyonu ve eşzamansız işleme) açısından parçalamaya benzer olsa da, ikisi temelde tamamen farklı teknik yolları ve sistem felsefelerini temsil eder. Aktör Modeli, her aracının bağımsız olarak çalıştığı, durumu bağımsız olarak koruduğu ve ileti odaklı bir şekilde etkileşim kurduğu "çok işlemli zaman uyumsuz bilgi işlemi" vurgular. Öte yandan parçalama, tüm blok zincirini işlemleri bağımsız olarak işleyen birden fazla alt sisteme (parça) bölen bir "yatay durum parçalama ve fikir birliği" mekanizmasıdır. Aktör Modelleri, Web3 dünyasında daha çok "dağıtılmış aracı işletim sistemi" gibidir, parçalama ise zincir üstü işlem işleme yetenekleri için yapısal bir ölçeklendirme çözümüdür. Her ikisi de paralellik sağlar, ancak farklı başlangıç noktalarına, hedeflere ve yürütme mimarilerine sahiptir.

  4.1 Depolama katmanının üstünde süper paralel bir bilgisayar olan AO (Arweave),

  büyük ölçekli asenkron ajanların çalışmasını destekleyen zincir üstü bir işletim sistemi oluşturma temel amacı ile Arweave kalıcı depolama katmanı üzerinde çalışan merkezi olmayan bir bilgi işlem platformudur.

  Temel mimari özellikleri:

  • Süreç mimarisi: Her aracı, bağımsız durum, bağımsız zamanlayıcı ve yürütme mantığı ile bir süreç olarak adlandırılır;
  • Blok zinciri yapısı yok: AO bir zincir değil, merkezi olmayan bir depolama katmanı + Arweave tabanlı çok aracılı mesaj odaklı yürütme motorudur;
  • Asenkron mesaj zamanlama sistemi: Süreçler mesajlar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar, kilitsiz bir asenkron çalışma modelini benimser ve doğal olarak eşzamanlı genişlemeyi destekler.
  • Kalıcı durum depolama: Tüm aracı durumları, mesaj kayıtları ve talimatlar Arweave'de kalıcı olarak kaydedilerek tam denetlenebilirlik ve merkezi olmayan şeffaflık sağlanır.
  • Aracıya özgü: Karmaşık çok adımlı görevleri (yapay zeka aracıları, DePIN protokol denetleyicileri, otomatik görev düzenleyicileri vb.) dağıtmak için uygundur ve bir "zincir üstü yapay zeka yardımcı işlemcisi" oluşturabilir.

  AO, esnekliği ve modül ayrıştırmayı vurgulayarak "yerel ajan + depolama sürücüsü + zincirsiz mimari" nin nihai rotasını kullanır ve sistem sınırı kasıtlı olarak küçülen, hafif bilgi işlem + birleştirilebilir kontrol yapısını vurgulayan "depolama katmanının üzerine inşa edilmiş zincir üzerinde bir mikro çekirdek çerçevesidir".

  4.2 ICP (Internet Computer), tam yığın Web3 barındırma platformuICP

  , zincir üstü bilgi işlem gücünü Web2 benzeri deneyimlere genişletmek ve eksiksiz hizmet barındırma, alan adı bağlama ve sunucusuz mimariyi desteklemek amacıyla DFINITY tarafından başlatılan bir Web3 yerel tam yığın zincir üstü uygulama platformudur.

  Temel mimari özellikleri:

  • Teneke kutu mimarisi (aracı olarak kaplar): Her teneke kutu, bağımsız durum, kod ve eşzamansız zamanlama yeteneklerine sahip bir Wasm VM üzerinde çalışan bir aracıdır;
  • Alt Ağ Dağıtılmış Konsensüs Sistemi (Alt Ağ): Tüm ağ, her biri bir dizi kutu bulunduran ve BLS imza mekanizması aracılığıyla fikir birliğine ulaşan birden fazla alt ağdan oluşur.
  • Eşzamansız çağırma modeli: Canister, eşzamansız iletiler aracılığıyla Canister ile iletişim kurar, engellemesiz yürütmeyi destekler ve doğal paralelliğe sahiptir.
  • Zincir içi web barındırma: Ön uç sayfaları doğrudan barındırmak için akıllı sözleşmeleri, yerel DNS eşlemesini destekler ve tarayıcıların dApp'lere doğrudan erişmesini destekleyen ilk blok zinciri platformudur;
  • Sistemin eksiksiz işlevleri vardır: Zincir üzerinde çalışırken yükseltme, kimlik doğrulama, dağıtılmış rastgelelik ve karmaşık zincir içi hizmet dağıtımı için uygun olan zamanlayıcı gibi sistem API'lerine sahiptir.

  ICP, ağır platform, entegre paketleme ve güçlü platform kontrolünden oluşan bir işletim sistemi paradigması seçer ve fikir birliği, yürütme, depolama ve erişimi entegre eden, eksiksiz hizmet barındırma yeteneklerini vurgulayan ve sistem sınırını tam yığın Web3 barındırma platformuna genişleten bir "blok zinciri işletim sistemine" sahiptir.

  Ek olarak, diğer Aktör Modeli paradigmalarının paralel hesaplama projelerine aşağıdaki tabloya başvurulabilir:

  5. Özet ve BeklentiSanal

  makine mimarisi ve dil sistemi arasındaki farklara dayanarak, blok zinciri paralel hesaplama çözümleri kabaca iki kategoriye ayrılabilir: EVM paralel geliştirme zinciri ve yerel paralel mimari zinciri (EVM olmayan).

  EVM/Solidity ekosisteminin uyumluluğunu koruma temelinde, ilki, Ethereum varlıklarını ve geliştirme araçlarını devralmak ve aynı zamanda performans atılımları elde etmek isteyen senaryolar için uygun olan yürütme katmanının derinlemesine optimizasyonu yoluyla daha yüksek verim ve paralel işleme yetenekleri elde eder. Temsili projeler şunları içerir:

  • Monad: Ertelenmiş yazma ve çalışma zamanı çakışma tespiti yoluyla EVM ile uyumlu iyimser bir paralel yürütme modeli uygular, bağımlılık grafikleri oluşturur ve fikir birliği tamamlandıktan sonra yürütmeyi planlar.
  • MegaETH: Her hesabı/sözleşmeyi bağımsız bir mikro VM'ye soyutlar ve eşzamansız mesajlaşma ve duruma bağlı grafiklere dayalı olarak yüksek oranda ayrıştırılmış hesap düzeyinde paralel zamanlama uygular.
  • Pharos: Zaman uyumsuz işlem hatları ve SPN modülleri aracılığıyla süreçler arasında sistem düzeyinde paralel işleme elde etmek için bir toplama ağı mimarisi oluşturun.
  • Reddio: Toplu SNARK oluşturma yoluyla zkEVM'nin zincir dışı doğrulama sürecini hızlandırmak ve doğrulama verimini iyileştirmek için zkRollup + GPU mimarisini kullanır.

  İkincisi, Ethereum'un uyumluluğunun sınırlamalarından tamamen kurtulur ve yerel yüksek performanslı eşzamanlılık elde etmek için yürütme paradigmasını sanal makineden, durum modelinden ve zamanlama mekanizmasından yeniden tasarlar. Tipik alt sınıflar şunları içerir:

  • Solana (SVM): hesap erişim taleplerine ve statik çakışma grafiği planlamasına dayalı hesap düzeyinde bir paralel yürütme modeli;
  • Sui / Aptos (MoveVM sistemi): Kaynak nesne modeline ve tür sistemine bağlı olarak, derleme zamanında statik analizi destekler ve nesne düzeyinde paralelliği gerçekleştirir.
  • Sei V2 (Cosmos SDK rotası): Cosmos mimarisinde işlemsel yüksek frekanslı uygulamalar için uygun olan çok iş parçacıklı bir eşleştirme motoru ve sanal makine eşzamanlılık optimizasyonu sunar.
  • Yakıt (UTXO + Sway mimarisi): Modüler bir yürütme katmanını özelleştirilmiş bir akıllı sözleşme dili Sway ile birleştiren UTXO giriş setinin statik analizi yoluyla işlem düzeyinde paralellik;

  Ek olarak, daha genelleştirilmiş bir paralel sistem olarak Aktör Modeli, Wasm veya özel VM'lere dayalı eşzamansız bir süreç planlama mekanizması aracılığıyla "çok aracılı bağımsız işlem + mesaj odaklı işbirliği" zincir üstü bir yürütme paradigması oluşturur. Temsili projeler şunları içerir:

  • AO (Arweave AO): Kalıcı depolama odaklı ajan çalışma zamanına dayalı zincir üzerinde eşzamansız bir mikro çekirdek sistemi oluşturmak;
  • ICP (Internet Computer): alt ağ koordinasyonu aracılığıyla eşzamansız ve yüksek düzeyde ölçeklenebilir yürütme elde etmek için en küçük birim olarak kapsayıcılı aracıyı (Canister) kullanır.
  • Cartesi: Linux işletim sistemini, karmaşık veya kaynak yoğun uygulama senaryolarına uygun, güvenilir bilgi işlem sonuçları için zincir üstü bir doğrulama yolu sağlamak üzere zincir dışı bir bilgi işlem ortamı olarak tanıtır.

  Yukarıdaki mantığa dayanarak, mevcut ana akım paralel hesaplama genel zincir şemasını aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir sınıflandırma yapısına özetleyebiliriz:

  

  Daha geniş bir ölçeklendirme perspektifinden bakıldığında, parçalama ve toplama (L2), durum parçalama veya zincir dışı yürütme yoluyla yatay ölçeklendirmeye odaklanırken, paralel bilgi işlem zincirleri (örneğin, Monad, Sui, Solana) ve aktör odaklı sistemler (örneğin, AO, ICP) yürütme modelini doğrudan yeniden yapılandırır ve zincir içinde veya sistem katmanında yerel paralellik elde eder. İlki, çok iş parçacıklı sanal makineler, nesne modelleri, işlem çatışması analizi vb. aracılığıyla zincir içi verimi artırır; İkincisi, süreci/aracıyı temel birim olarak alır ve çok aracılı eşzamanlı işlem elde etmek için mesaj odaklı ve eşzamansız yürütme modlarını benimser. Buna karşılık, parçalama ve toplamalar daha çok "yükü birden çok zincire bölmek" veya "zincir dışı dış kaynak kullanımı" gibiyken, paralel zincir ve aktör modeli "yürütme motorunun kendisinden performans potansiyelini açığa çıkarmak" olarak daha kapsamlı bir mimari evrimi yansıtır.

  Paralel Hesaplama vs Parçalama Mimarisi vs Toplama Ölçeklendirme vs Aktör Odaklı Ölçeklendirme Yolu Karşılaştırması

  

  Genel geliştirici ekosistemini EVM sisteminin Solidity sistemi ile karşılaştırmak hala zor olsa da, yerel paralel mimari zincirlerinin çoğunun ana ağ lansman aşamasına girdiğine dikkat edilmelidir, ancak Solana ve Sui tarafından temsil edilen projeler, yüksek performanslı yürütme mimarileri ve ekolojik uygulamaların kademeli refahı ile piyasanın büyük önem verdiği temel halka açık zincirler haline geldi.

  Buna karşılık, Ethereum Rollup (L2) ekosistemi "aynı anda 10.000 zincir" veya hatta "aşırı kapasite" aşamasına girmiş olsa da, mevcut ana akım EVM paralel geliştirme zinciri hala genel olarak test ağı aşamasındadır ve henüz gerçek ana ağ ortamı tarafından doğrulanmamıştır ve ölçeklendirme yeteneğinin ve sistem kararlılığının hala daha fazla test edilmesi gerekmektedir. Bu projelerin uyumluluktan ödün vermeden EVM performansını önemli ölçüde iyileştirip iyileştiremeyeceği ve ekolojik sıçramalar sağlayıp sağlayamayacağı veya Ethereum'un likiditesini ve geliştirme kaynaklarını daha da farklılaştırıp farklılaştıramayacağı henüz belli değil.