IBM’den dünyanın “ışıkla” çalışan ilk kişisel bilgisayarı >> “Elektro–optik” PC’ler elimizdeki laptoplardan binlerce kat hızlı
IBM, fiber optik teknolojisini silikon çiplere ekledi ve dünyanın ilk “optik bilgisayar devresini” üretti. Bu bilgisayar hem elektronik çiplerle hem de ışıkla çalışıyor. Işıkla çalışan PC’ler, sadece iki boyutlu anakartlardan yararlanmıyor. Aynı zamanda, ışık ışınlarını yansıtan minyatür aynalar ve prizmalar yardımıyla, veriyi 3 boyutlu olarak da kullanıyor.
3B “holografik” bilgisayarlar, normal bir PC’den binlerce kat hızlı çalışacak ve böylece evimizdeki tabletler de süper bilgisayar gücüne kavuşacak. Elektro-optik PC’ler, Yapay Zekaya sahip olan ilk kuantum bilgisayarların geliştirilmesini hızlandıracak.
IBM’in maliyetleri düşürmesi ve teknolojiyi seri üretime uygun hale getirmesi, optik bilgisayarların 2016’ya kadar raflarda yerini alabileceği anlamına geliyor.
Işıkla çalışan 3 boyutlu bilgisayarlar bundan 50 yıl önce geliştirildi. O zamanın holografik bilgisayarları bir oda büyüklüğündeydi ve 1 saniyede bir aylık elektrik tüketen güçlü sanayi tipi lazerlerle çalışıyordu.
Lazerler ışığı çok yoğun ve ince bir demet halinde yansıttığı için, ışıkla çalışan bilgisayarlarda veri işlemeyi kolaylaştırıyordu. Lazer ışınlarını büyük aynalar ve prizmalar yardımıyla yansıtan 3B bilgisayarlar, dünyanın ilk hologramlarını üretti.
Ancak, bilim adamları, bunları sadece göz alıcı hologramlar üreten pahalı birer oyuncak olarak kullanmak niyetinde değildi: Araştırmacılar, optik bilgisayarları, “insan beynini” taklit etmek için kullanmak istediler. Böylece insan beyni gibi düşünen bir kuantum bilgisayar tasarlayabileceklerdi.
Işıkla çalışan bilgisayarların insan beynindeki nöronlar (beyin hücreleri) gibi 3 boyutlu bir yapıya sahip olması, bugün de bilim adamlarını, Yapay Zekayı geliştirmek için umutlandırıyor. IBM’in optik bilgisayarı bir kuantum bilgisayar değil ama kuantum bilgisayar yolunda atılan önemli adımlardan biri…
Hibrit otomobiller var. Hibrit bilgisayarlar neden olmasın?
IBM’in sistemi hem optik devreler hem de elektronik devreler kullanan hibrit bir bilgisayar. Bu açıdan da şehir dışında içten yanmalı motor, şehir içinde elektrikli motor kullanan hibrit otomobillere benziyor. Elektro-optik bilgisayarlar, tümüyle optik devre kullanan holografik bilgisayarlara geçmeden önce bir ara teknoloji oluşturuyor.
2001 Uzay Macerası romanını yazan ünlü bilimkurgu yazarı Arthur C. Clarke, çok gelişmiş bir teknolojinin büyüden ve mucizeden ayırt edilemeyeceğini söylemişti.
Gerçekten de elektrik yerine ışıkla çalışan bir bilgisayar kulağa mucize gibi geliyor ama biz bu teknolojiyi 20 yıldır kullanıyoruz: Avrupa’daki veri merkezleri ve telefon şebekeleri yıllar önce fiber optik kabloya geçti. Asus Xonar D2 gibi optik ses çıkışlı ses kartları ve LCD televizyonlar fiber optik kablo kullanıyor. Türk Telekom ile Superonline, Türkiye’nin şehirlerini ışık hızında çalışan fiber internetle donatıyor.
IBM’in tek yaptığı, 1970’lerde geliştirilen fiber optik kablo teknolojisini mikroskobik ölçekte küçültmek ve birkaç yıl önceki Intel Pentium işlemcilerde kullanılan imalat boyutuna indirgemek oldu. Kim bilir? Belki de IBM bu sayede PC işine geri dönebilir ve klasik çipler üreten Intel’i bilişim pazarından silebilir. Göreceğiz.
Şurası kesin: Elektronik devrelerin modası geçiyor
IBM’in 90 nanometre ölçeğindeki elektro-optik devreleri, silikon nanofoton teknolojisi olarak adlandırılıyor. Standart anakartlarda devrelerin basılı olduğu katman silikondan üretiliyor ve bu terimdeki “nano” ifadesi, metrenin milyarda biri anlamındaki nanometreden geliyor.
Günümüzde, işlemciler metrenin milyarda 20’si ölçeğindeki yüz milyonlarca, hatta milyarlarca transistordan üretiliyor. IBM sayesinde ışıkla çalışan bilgisayar devreleri de artık bu ölçekte imal edilebilecek. Fotona gelince… Işığı oluşturan parçacıklara foton diyoruz :).
Fiber optik teknolojisinin PC’ye entegre edilmesinin iki büyük avantajı var: Birincisi bant genişliğini artırmak… Optik devreler, 1 saniyede, standart elektronik devrelerden binlerce kat fazla veri taşıyabiliyor. Üstelik veriyi ışık hızında iletiyor.
Elektronik bilgisayarlarda bu mümkün değil. Akıllı telefonlardan tabletlere ve PC’lere kadar bütün bilgisayarlarda, veriyi elektrik enerjisiyle depoluyor ve elektrik enerjisiyle iletiyoruz. Bu da bilgisayarların çok ısınarak fazla elektrik tüketmesine neden oluyor. IBM işte bu güçlükleri aşmak için optik bilgisayarlara yöneldi.
Sineği atom bombasıyla öldürmek
Elektronik devreler o kadar verimsiz ki bunların yaptığı işi, sivrisineği atom bombasıyla öldürmek olarak da tanımlayabiliriz. Nüfus artışıyla birlikte enerji kaynakları azalan ve her şeye zam gelen dünyamızda elektronik sistemler büyük israfa yol açıyor.
Çünkü…
Elektronik devreler, veriyi tek tek elektronlar halinde değil, elektron gruplarıyla iletiyor. “1 bit”lik verinin bir elektronla değil de büyük elektron gruplarıyla iletilmesi, milimetrekarede depolanan veri miktarını azaltıyor. Elektronları bakır tel üzerinde gruplar halinde taşımak, elektronları tek tek taşımaktan daha zor olduğu için, elektronik devrelerde veri aktarım hızı da düşüyor.
Işıkla çalışan bilgisayarların ise böyle bir dezavantajı yok. Onlar veriyi, deyim yerindeyse cımbızla çekerek alıyor ve bu mucizenin sırrı da ışıkta gizli.
Optik bilgisayarlar neden hızlı?
Işık elektromanyetik bir dalgadır ama özünde bildiğimiz deniz dalgalarına benziyor. Işık dalgalarının bir tepe noktası bir de çukur noktası var (tıpkı deniz dalgalarında olduğu gibi). Dalganın iki tepe noktası veya iki çukur noktası arasındaki mesafeye dalga boyu diyoruz… Ve bir saniyede gözümüzün önünden geçen dalga sayısını da ışığın frekansı olarak adlandırıyoruz.
Elektrik dalgaları da elektromanyetik dalgalar sınıfına giriyor. Ancak, ışığın frekansı elektrik dalgalarından daha yüksek ve dalga boyu da daha kısa. Bu nedenle, ışık dalgaları, elektrik dalgalarından daha fazla veri taşıyor ve veriyi daha hızlı iletiyor.
Sonuçta, ışık dalgalarının tepe veya çukurlarına 0 ve 1’ler halinde birer “bit”lik veri kodlayabiliyoruz. Yüksek frekanslar ve kısa dalga boylarında bant genişliği ve veri hızı artıyor.
IBM’in geliştirdiği elektro–optik bilgisayar devreleri, birkaç yıl içinde saniyede 10 terabayt (TB) veri aktaracak kapasiteye sahip. Bu da 1 TB’lık harici disk sürücüsünü, bilgisayarınıza 1 saniyeden daha kısa sürede kopyalamak anlamına geliyor. Özellikle profesyonel fotoğrafçılar için faydalı bir gelişme.
IBM, elektro-optik bilgisayar teknolojisini 2010 yılında geliştirmişti ama sistemin teknoloji mağazalarında satılacak kadar ucuzlaması zaman aldı. Bugün, optik bilgisayarları 90 nanometrelik CMOS üretim hatlarında imal edebiliyoruz. IBM bunun için ışıkla çalışan çok düzeyli birleştiriciler (WDM), mikroskobik modülatörler ve özel optik sensörler geliştirdi.
Bilgisayarlar bakır devrelerde hız sınırına ulaştı. Daha hızlı bilgisayar üretmenin tek yolu optik devreler geliştirmek.
Optik teknolojinin en büyük kolaylığı, bir anakartta yan yana kaç adet veri yolu kullanacağınızın üst sınırı olmamasıdır.
Oysa bakır teller ve elektronik devrelerin böyle bir sınırı var: Kuantum fiziğindeki Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi nedeniyle; elektronik devrelerde iki bakır teli birbirine çok yaklaştırırsanız, elektrik bir telden diğerine atlıyor. Bu da veri kaybına ve kısa devreye sebep olarak bilgisayarın kartını yakıyor.
Biz her yıl daha küçük ve hızlı devreler yapıyoruz ama birkaç yıl içinde sınıra ulaşacağız. O zaman daha hızlı bilgisayarlar üretmek için IBM’in tasarladığı optik devreleri kullanmamız gerekecek ve bunun hem insanlık tarihi hem de teknoloji için önemli sonuçları olacak:
Moore Yasası, işlemci hızının her 18 ayda iki katına çıkacağını söylemektedir ama optik bilgisayarlarda işlemci hızının her yıl “katlanarak artacağını” öngörüyoruz. Bu da tablet PC’lerin 10 yıl içinde süper bilgisayar hızına erişmesi ve bu gelişmenin hızlanarak devam etmesi anlamına geliyor. Bilgisayarların tahmin edilemez bir şekilde hızlanmasının insan uygarlığını nereye taşıyacağını merak ediyorsanız, geleceğin dünyasıyla ilgili şu yazımı okuyabilirsiniz.
Ancak IBM’e geri dönecek olursak…
IBM elektro-optik bilgisayarlarda şimdiden saniyede 25 GB veri aktarım hızına ulaşmış durumda. Optik veri yollarında, birden fazla ışık ışınını kısa devreye yol açmadan yan yana sıkıştırabildiğimiz için, veri aktarım hızı da yakında saniyede 10 terabaytı (TB) bulacak.
Üstelik tek bir veri yoluyla sınırlı değiliz. Her ne kadar bir veri yolunda yan yana kullanabileceğimiz ışık ışını sayısının fiziksel olarak üst sınırı yoksa da teknolojik olarak böyle bir sınır var. Belki tek bir optik veri yoluna 10 ya da 100 ışın sığdırabiliriz ama bant genişliğini artırmak istiyorsak veri yolu sayısını da artırmamız gerekiyor.
Buraya kadar sorun yok. Klasik elektronik devrelerde de aynı yöntemi kullanıyoruz ama optik devreler, kuantum fiziğinin garip özellikleri sayesinde, elektronik sistemlerin yapamadığı bir şeyi yapıyor: 5 veya 10 optik veri yolunu, daha işlemciye veya ekran kartına ulaşmadan birbiriyle senkronize etmemizi sağlıyor. Kuantum bilgisayarları anlatan bir yazıda bunun faydalarına ayrıca değineceğim fakat şimdilik şunu söyleyebilirim: Her şey daha hızlı geniş bant iletişim için!
Süper internet çağı
Bant genişliğinin artması ve tabletlerin süper bilgisayar gücü kazanması bize büyük yararlar sağlayacak: Örneğin, Uzay Yolu’ndaki holodeck sisteminde olduğu gibi, gerçeğinden ayırt edilemeyen 3 boyutlu sanal gerçeklik simülasyonları yapabiliriz.
Optik bilgisayarların saniyede 10 terabayta ulaşan veri aktarım hızıyla, video sohbet ve telepresence (televarlık) çözümleri tüm dünyada ucuzlayarak yaygınlaşabilir. İnsanlar evinden çıkmadan iş toplantılarına katılabilir, iş seyahatleri büyük ölçüde tarihe karışabilir. Biz de evimizden Amerika’daki arkadaşımızı video telefonla arayarak, 3 boyutlu HD görüntü kalitesiyle sohbet edebiliriz (HD videofon).
Optik bilgisayarların ilk bakışta göze çarpmayan yararları da var…
Süper internetin yaygınlaşması, şirketlerin Büyük Veriyi lokal bazda depolama ve barındırma ihtiyacını ortadan kaldıracak. Böylece gizli bilgilerin, ticaret sırları ve devlet sırlarının saklanması dışında veri merkezlerinin modası geçecek, kurumsal BT sistemleri emekliye ayrılacak…
…Ve kahve makinesinden buzdolabına kadar tüm cihazlar süper internete bağlanacak, bizimle ve birbirleriyle sürekli iletişim halinde olacak.
HP’nin 2010’da yaptırdığı bir araştırmada, 2020 yılında, konutlardaki ortalama veri trafiğinin 128 Mbit/saniye olacağı öngörülüyor. Böyle bir trafiği ancak elektro-optik bilgisayarlar karşılayabilir.
Dolayısıyla, sıradaki adım fotonik kristallerle çalışan yüzde 100 optik işlemciler (CPU) geliştirmek… Optik işlemciler, veriyi sadece 2 boyutlu yüzeylerde değil, 3 boyutlu olarak da işleyecek ve bu sayede akıl almaz bir hızda çalışacak. Fotonik kristaller ve optik CPU teknolojisini, metamateryeller yazı dizisinin devamında anlatacağım.
Şimdi sizi yazıdaki resimleri incelemeye davet ediyorum. İnsan uygarlığını kökten değiştirecek bir teknolojiye tanık oluyorsunuz.
