IBM Moore Yasasını Aşan Gökdelen işlemciler Geliştirdi

IBM bilgisayar işlemcilerini aşırı ısınmaya yol açmadan küçültmenin yolunu buldu: Nano-yapraklı transistorlardan oluşan ve mikroskopla bakınca incecik bir gofrete benzeyen yeni çok katmanlı gökdelen işlemciler, silikondan vazgeçmeden 5 nanometre ölçekte yüzde 40 daha hızlı çalışacak. Peki nasıl?

Moore yasası ile

Intel Core i7 gibi modern bilgisayar işlemcilerini oluşturan silikon tabanlı transistorlar bundan 7 yıl önce fiziksel sınırlarına ulaştı. Öyle ki Intel mühendisleri CPU’ların aşırı ısınarak kısa devre yapmasına ve yanmasına yol açmadan işlemcileri 5 nanometreye küçültemeyeceklerini düşündüler.

Bu da işlemci gücünün her 18 ayda iki katına çıkacağını söyleyen Moore yasasının sınırlarına ulaştığımızı gösteriyordu. Öyle ki 2010’da yaygınlaşan Core i7 çok çekirdekli işlemcilerden sonra CPU’ların küçülmesi yavaşladı.

Intel, ARM ve AMD bundan sonra aynı boyda daha hızlı çalışan işlemciler geliştirmeye odaklandılar. Böylece Core i8 yerine, PC’de Core i7 varyasyonlarını görmeye başladık. Ancak, 2017 itibariyle tipik Intel ürünlerinde 14 nanometreyi aşamadık.

Daha küçük işlemcilerde ısınma problemi çıkıyor ve bunu aşmak için kullanacağımız mevcut yöntemler de CPU fiyatlarını artırıyor. Kısacası bize IBM’in nano-yapraklı çok katlı gökdelen işlemcileri gibi yenilikçi çözümler gerekiyor.

İlgili yazı: SpaceX Amerika’nın Yeni Uzay Mekiği X-37B’yi Fırlatacak

 

Peki sorun ne?

Bunların hepsi kuantum fiziğindeki Heisenberg’in belirsizlik ilkesi yüzünden: Bilgisayar devreleri elektrikle çalışıyor. Elektrik elektron akımlarından oluşuyor. Elektronlar CPU’ları meydana getiren transistorların içindeki mikroskobik tellerden geçiyor.

Belirsizlik ilkesine göre, bir elektronun konumu ve hızını aynı anda yüzde 100 kesinlikle bilemeyiz. Bu nedenle birbirine çok yakın olan iki elektrondan biri tünelleme etkisiyle anında diğerinin yanına sıçrayabiliyor.

Şimdi bunu 14 nanometreden küçük bir işlemcideki elektron yaparsa ve aniden transistordaki komşu telin üzerine geçerse (ve bunu işlemciden geçen trilyonlarca elektron aynı anda rastgele yaparsa) o CPU aşırı ısınarak kısa devre yapıyor ve yanıyor.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kurtar bizi IBM

IBM nano-yaprak çok katlı gökdelen işlemci ile işte bunu çözdü. Aksi halde silikon tabanlı işlemcilerden vazgeçip bugün fabrikada seri olarak üretilemeyecek kadar pahalı olan teknolojiler yardımıyla (grafen ve karbon nanotüp) yeni tip işlemciler geliştirmemiz gerekiyordu.

Sonuç olarak kimse daha hızlı bir CPU gelene kadar 5 yıl yeni bilgisayarlardan mahrum kalmak istemeyeceği için IBM Hızır gibi imdada yetişti diyebiliriz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Sorun nasıl çözüldü?

Bunu görmek için Intel Core i7 işlemcilerin temeli olan 3B FinFet transistor teknolojisine kısaca değinmemiz gerekiyor: Normalde transistorlar 2 boyutlu yassı silikon taban üzerine oturan bir oksit katmanı ile mantık devresinden oluşur (eski transistorlar düz devrelerdi).

Şimdi bu mantık kapısına elektrik verirsek (resimde solda yer alan yeşil katman) bilgisayar 1 konumuna geçiyor (1 konumu mantık devresi açık demek). Elektrik vermezsek de 0 konumuna geçiyor (mantık devresi kapalı). Sonuçta bilgisayarlar 1 ve 0’la; yani ikili sayı düzeninde işlem yapıyor.

Tipik bir CPU’da 1,5-2 milyar transistor bulunuyor. Bu transistorlar ısınmadan ne kadar hızlı çalışırsa CPU da o kadar hızlı çalışıyor; çünkü aynı anda o kadar çok 1 ve 0’lı mantık kapısıyla çalışıyor. FinFet üretim teknolojisi bunu kolaylaştırıyor ve bir işlemciye ısınmadan daha çok transistor sığdırmayı sağlıyor.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

FinFet nasıl çalışıyor?

Bu kez düztaban 2B transistor yerine, elektrik akımlarının silikon devreye üç yönden girdiği bir transistor düşünün. Böyle bir transistorda 1’li mantık işlemlerini gerçekleştirmek üzere düz devredeki gibi tek yönden değil, üç yönden elektrik akımı verebilirsiniz. Sonuçta FinFet devrelerdeki dikey kanatçıklar üç yönlü akıma uygun olan 3B yüzeyler oluşturuyor.

O zaman da voltajı artırıp ısınmaya yol açmadan elektrik sinyalini güçlendirebilir; yani elektronların tünelleme etkisinin sinyali bozmasını engelleyerek işlemciyi ısınma olmadan daha fazla küçültebilirsiniz. İşte elimizdeki 14 nanometrelik Core i7’leri buna, 3B FinFet teknolojisine borçluyuz.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Ancak 5 nanometre için yetmez

Dikkat ederseniz FinFet, Moore yasasını aşmayı ve işlemcileri 14 nanometreden 5 nanometreye küçülterek daha ucuza, daha güçlü CPU’lar üretmeyi sağlamıyor. Sadece 7 nanometreye kadar vakit kazanmamızı sağlıyor.

Nitekim FinFet 2009’da ve 22 nanometrelik ilk Core i7 de 2010’da çıktı. Oysa bizim 5 nm için daha yeni bir teknolojiye ihtiyacımız bulunuyor. Gerçi yarı iletken devre sektörünü analiz eden VLSI Research CEO’su Dan Hutcheson’ın dediği gibi FinFet ölmedi. Sadece buna yeni bir teknoloji ekleyerek silikon devrelerin ömrünü biraz daha uzatmamız lazım. Şimdi bunu görelim:

İlgili yazı: Uzay Milleti Asgardia 2017’de Kuruluyor

 

Çok katlı gökdelen işlemciler

Yarı iletken devrelerin üstadı olan GlobalFoundries ve Samsung’la işbirliği yapan IBM, 3B FinFet transistorları nano-yapraklar halinde üst üste gofret gibi dizmeye karar verdi. Böylece çok katlı gökdelen işlemciler ortaya çıktı.

Bunlar elektrik akımının FinFet kanatçıklarında olduğu gibi sadece sağdan, soldan ve tek yönlü olarak önden değil; aynı zamanda aşağıdan yukarıya (dikey yönde) verilmesini de sağlıyor. Böylece sinyal gücü artıyor ve Heisenberg’in belirsizlik ilkesine bağlı tünelleme etkisinden kaynaklanan elektron sızıntısı kaynaklı aşırı ısınma önleniyor.

Özetle çok katlı gökdelen işlemcileri ısınma problemi olmadan 5 nanometrede üretebiliyoruz. Bunun önemini göstermek için direk sayılarla konuşalım: Bugünkü işlemcilerin yarısı boyunda olacak 7 nanometrelik FinFet üretim teknolojisinde bir işlemciye maksimum 20 milyar transistor sığdırabileceğiz. Bu da pahalı olacak.

Oysa 5 nanometrelik gökdelen işlemciler 30 milyar transistor içerecek. Kısacası bu teknoloji ile günümüzün 14 nanometrelik Core i7 işlemcileri yüzde 40 daha hızlı çalışacak veya aynı hızda yüzde 75 daha az elektrik harcayarak daha fazla ısınmadan çalışacak.

Daha net söylersek

Çok katlı gökdelen işlemciler sayesinde bugünkü Core i7 işlemcileri yüzde 40 ucuza satın alacağız ve bugünkü Core i7 CPU fiyatına da yüzde 40 daha hızlı olan 5 nanometrelik işlemciler satın alacağız (siz o zaman görün yeni Xbox One konsol oyunlarını 😉 ).

İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız

 

Tam zamanında geldi

Şimdi diyeceksiniz ki hocam madem öyle 5 nanometreye ne gerek var? Günlük ihtiyacımızı Core i7 rahatlıkla karşılıyor. Ne bileyim; bu yazıyı Word ile yazmak gibi Office uygulamalarını kullanırken, PC oyunlarını Core i5’le oynayabiliyorken ve General Mobile 5 Qualcomm 1.2 Ghz 4 Çekirdekli bir telefon bile kullanıcıların ihtiyacını karşılıyorken gökdelen işlemcilere ne gerek var?

Ancak sorun biz tüketicide değil ki! Sorun üreticide: Bugün Türkiye henüz doğru dürüst 4G’ye geçememişken (4.5G buçuklu internet desek de o aslında yarım 4G) Avrupa evlere kablosuz maksimum 40 GBit internet sağlayacak olan 5G’ye geçmeye hazırlanıyor (ilk hedef 10 Gbps).

5G nesnelerin interneti (IoT), akıllı evler, akıllı şehirler ve sera kentler için şart. Ayrıca 5G ve artırılmış gerçeklik ile Mars’ı da uzaktan Samsung Gear VR benzeri sanal gerçeklik vizörleriyle keşfedebileceğiz.

İlgili yazı: Akıllı Telefona Superman Görüşü

 

Sanal gerçeklik için gerekli

5 nanometre işlemciler bütün bunlar için şart: Bakın Samsung Gear VR sanal gerçeklik vizörü Full HD değil, 720p görüntü sağlıyor. Bunun sebebi Full HD’de çok ısınarak pil yiyor olması. 5 nm’lik az ısınan çok katlı gökdelen işlemciler sayesinde sanal gerçeklik darboğazını da aşacağız.

Tam zamanında dedik ya; 5G 2020’de ve 5 nm gökdelen işlemciler de 2019’da piyasaya çıkıyor. Bizim de önce LTE Advanced ile gerçek 4G’ye geçmemiz ve mutlaka kendi baz istasyonlarımızı geliştirerek 5G kablosuz internete şimdiden hazır olmamız gerekiyor.

Yoksa yavaş interneti en pahalıya kullanan ülkelerden biri olmayı sürdürür ve döviz yiyen dipsiz bir ithalat pazarı kuyusu olmaktan kurtulamayız. Bu sebeple de yatırımcı bulamayan şirketler banka kredilerine mahkum olarak 3 yılda bir iş kapatmaya devam ederler.

İlgili yazı: 5G İnternet Ne Zaman Gelecek?

 

Türkiye’ye 5G şart

Ülkemizin girişimcilikteki en büyük sorunu teknolojiye yatırım yapmıyor olmamız. Örneğin, Aslanoba’nın Tazedirekt şirketi banka kredileriyle dönmek zorunda olduğu ve dolar oynadıkça bu kredileri geri ödemek zorlaşacağı için kapandı. Sonra da Migros Tazedirekt’i satın aldı.

Nitekim geçen yıl Migros dijital pazarlama ekibine e-ticaretin 3 yıllık geleceği konulu bir eğitim vermiş ve Türkiye gibi enflasyonla kalkınan ülkelerde öncelikle büyük sermayenin ayakta kalabileceğini; bunun da e-ticaretin büyük ölçüde zincir perakendeye geçmesiyle sonuçlanacağını söylemiştim.

Kadir Has Üniversitesi 2016 Cyber Payments forumunda 3 ay önceden söylediğim üzere, bireysel e-ticaretin en büyük destekçisi olan PayPal da Türkiye’den çıktı. Yerine o kadar güçlü bir alternatif gelmedi.

İlgili yazı: Qualcomm’dan 5 Kat Hızlı 5G Modem

 

Bunları önlemek için dijital dönüşüm şart

Oysa sağlıklı bir dijital ekonomide hem bağımsız e-ticaret girişimcileri hem de zincir perakende bazlı online alışveriş şirketleri bir arada olmalı. Buna karşın tahminlerimin sandığımdan doğru çıktığını gördüm: Markafoni ve onunla sıkı işbirliği içinde olan Bukoli de kapandı.

Bunların genel sebebi yenilikçi teknolojilere, yani yapay zeka ve akıllı algoritmalara dayalı kişisel pazarlamaya yatırım yapılmamasıydı. Bu yazıyı da dijital dönüşüm gerçekleştirerek inovasyona odaklanmamız gerektiği için yazdım.

Teknolojide inovasyon yaparsak hem büyük şirketler hem de genç girişimciler yepyeni gelir modelleri geliştirebilir. Dijital dönüşüm ve endüstri 4.0’a odaklanırsak bankadan büyük miktarda kredi çekip dolara bu kadar bağlı olmadan da iyi para kazanabiliriz (örneğin önce kablosuz optik internet bağlantısı Li-Fi ve sonra optik kuantum bilgisayarlar ile)

İşte bu yüzden 5G’yi getirecek olan nano-yaprak çok katlı gökdelen işlemcilere şimdiden yatırım yapmalıyız. NSA’in bizi çiplerle gözetlemesini önlemek için kendi işlemcilerimizi geliştirmeliyiz. E-ticaret ve dijital pazarlama geniş bant hızlı internet olmadan olmaz; ama dijital dönüşümle inovasyon yaparsak torunlarımızı da zengin ederiz. Side’deki tatil günümden hepinize keyifli bir hafta dilerim. 🙂

5 nm transistorlar nasıl çalışıyor?