Kozmik ışınlar Bilgisayar ve Telefonları Nasıl Bozuyor?
Bilgisayarların çökmesinin sebebi anlaşıldı: Uzaydan gelen kozmik ışınlar PC ve telefonlara zarar veriyor. Dünya’nın manyetik alanını aşıp atmosfere giren yüklü parçacıklar elektronik devrelerin bir an için donması ve telefonların takılmasına yol açıyor. Çaresi ışıkla çalışan 20 kat hızlı optik bilgisayar.
Kozmik ışınlar bilgisayar düşmanı
Jüpiter’e gönderilen Juno uzay sondası sizce neden sadece 2 yıl çalıştıktan sonra hurdaya çıkacak? Bunun sebebi, Jüpiter’in güçlü manyetik alanının güneş rüzgarı ve kozmik ışınlarla gelen yüklü parçacıkları hapsetmesi.
Bu da gaz devini saran ölümcül bir radyasyon kuşağı oluşturuyor. Juno sondasının bilgisayarlarını radyasyona dayanıklı olan özel bir titanyum kasa koruyor. Yine de sondanın Jüpiter yörüngesinde bozulmadan 10 yıl çalışması imkansız ve 2 yıl sonra emekliye ayrılmak zorunda kalacak.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Aynı şey Dünya için geçerli
Elbette ki Dünya’nın çevresinde ölümcül bir radyasyon kuşağı yok; çünkü gezegenimiz Jüpiter’den çok küçük ve manyetik alanı çok daha zayıf, ama uzay istasyonundaki astronotlarla bilgisayarları korumak için özel önlem alıyoruz.
Oysa Dünya’daki bilgisayar, telefon ve diğer elektronik cihazlar standart atmosfer koşullarına göre üretiliyor. Bu yüzden bırakın Jüpiter’in ürettiği radyasyona dirençli olmayı, günümüzdeki cihazlar Dünyamızda 19. yy’dan beri görülmeyen güçlü güneş fırtınalarına bile dayanamaz ve hemen bozulurlar.
İlgili yazı: 25 Şubatta Dünyaya Göktaşı Çarpmayacak
Dünya’nın manyetik kalkanı deliniyor
Güneş’in yol açtığı parçacık akışına güneş rüzgarı diyoruz. Diğer yıldızlardan gelen radyasyonu ise kozmik ışınlar olarak adlandırıyoruz. Bunlar genellikle ışık hızına yaklaşan bir hızda uzayda milyonlarca yıl yol alan protonlar ve elektronlardan oluşuyor.
Kozmik parçacıkların büyük kısmı Dünya’nın koruyucu manyetik alanından geri sekiyor ve yeryüzüne ulaşanlar da insan sağlığına zarar verecek kadar yüksek enerji taşımıyor. Buna karşın kozmik ışınlar bilgisayar ve telefonların, hatta uçaklardaki uçuş aletlerinin hassas elektronik devrelerini bozabiliyor.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Bilgisayar neden çöküyor?
Bilgisayarların çökmesinin birçok nedeni var ve resimde gördüğünüz gibi en büyük sebebi Windows işletim sistemleri (yazılımlar). 🙂 Ancak mavi ekrana yol açan Windows şakaları bir yana, telefonların takılması ve PC’lerin çökmesinin önemli bir nedeni daha bulunuyor. O da kozmik ışınlar.
Vanderbilt Üniversitesi elektrik mühendisliği profesörü Bharat Bhuva konuyu şöyle açıklıyor: “Telefon çökünce pili ısındı, alet yavaşladı ve gömülü uygulamalar RAM’i yedi bitirdi diye düşünüyoruz. Oysa bilgisayarın çökmesinin başlıca sebeplerinden biri de Güneş Sistemi’nin dışından gelen kozmik ışınlar.”
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
Neden tedbir alınmıyor?
Bhuva’ya göre bunun en büyük sebebi Samsung, Apple, Microsoft ve HP gibi üreticilerin maliyetten tasarruf etmesi. Ne de olsa Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki bilgisayarları kalın zırhlarla koruyor ve radyasyona dayanıklı özel çipler üretiyoruz.
Oysa sıradan kullanıcı için bunları Dünya’da üretmek çok pahalı. Üstelik bu tür koruyucu kasalar elektronik cihazların büyük, ağır ve hantal olmasına yol açıyor.
Elbette hafif ve dayanıklı yeni üretim materyalleri geliştirerek radyasyona dayanıklı telefonlar üretebiliriz; ama üretici açısından bakarsanız kim bununla uğraşacak? Sektör insanların telefon ve bilgisayarlarını iki yılda bir yenilemesi üzerine kurulmuş durumda.
Bhuva diyor ki “Kozmik ışınlar bilgisayarları bozan büyük bir problem ama halk farkında değil. Çoğu zaman kozmik ışınlar yeryüzüne doğrudan ulaşmıyor; ancak atmosferin üst kısımlarındaki atomları bombalıyor. Böylece yüksek hızda giden enerjik nötronlar, muonlar, piyonlar ve alfa parçacıkları oluşuyor. İşte aletlerimizi bunlar vuruyor ve bazen yaylım ateşinde kalıyoruz.”
İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en çarpıcı 5 yöntem
İnsan beynine şükredelim
Şansımıza dört milyar yıllık evrim sürecinde organizmalar radyasyondan etkilenmeyen sinir sistemleri geliştirdiler. Bu da insan beyninin doğa şartlarına ne kadar dayanıklı olduğunu gösteriyor, fakat elektronik aletler o kadar şanslı değil.
Kozmik ışınlar entegre devrelere çarptığı zaman RAM’deki veri bitlerini değiştiriyor. Tıpkı öğrencinin defterini silip içine yeni not yazması gibi. Elektronikte buna tek seferlik sıkıntılar diyoruz veya teknik adıyla SEU vakaları.
İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?
İşte o zaman bilgisayar çöküyor
Bilgisayar çökmezse telefon takılıyor. SSD ve flash bellek gibi mekanik depolama sistemleri kullanmayan telefonlar (elbette Windows yerine iOS ve Android tercih ettikleri için) çökmek yerine genellikle takılıyor; ama sonra toparlanıyor.
Yine de komplo teorisi üreterek markaları suçlamayalım. Daha doğrusu, düşük kaliteli kapasitör kullandıkları için elektronik aletlerin kullanım ömrünü kısaltan üreticileri doğru yerde suçlayalım; çünkü bir bilgisayarın her seferinde neden çöktüğünü bulmak kolay değil.
Sonuç olarak Vatan Bilgisayar’da satılan hiçbir PC’de ben neden bozuldum testi yapan sensörler yok (tahmin edebileceğiniz gibi gerçekten akıllı bilgisayar yapmak oldukça pahalı :p). Bu yüzden bir bilgisayarın neden çöktüğünü anlamakta zorlanıyoruz: Belki anakart yandı, sabit disk sürücüsü bozuldu veya Windows takıldı ya da kozmik ışınlar işlemciyi vurdu!
İlgili yazı: AIDS’e Kesin Çare >> Amerikalı doktorlar HIV virüsünü insan DNA’sından sildi
Bitlerin bozulması
Bunlar bilgisayar devrelerindeki yazılımları çalıştıran bilgi bitleri. Kozmik ışınlar bitleri silince veya değiştirince yazılım çalışmayı durduruyor. Biz de bilgisayar çöktü diyoruz.
Ne olmuş yani?
Kozmik ışınlar bazen uçaklardaki bilgisayarların da bozulmasına ve hatta seçim sonuçlarının değişmesine açıyor. Dolayısıyla üreticileri kozmik ışınlara dayanıklı cihazları ucuza üretmeye zorlayacak yeni yasalar gerekiyor. Bunu en iyi yolu ise FCC gibi sektör standartlarını yenilemek.
Örneğin, 2003 yılında Belçika’nın Schaerbeek kasabasında yapılan seçimlerde kullanılan bir elektronik oy makinesi kozmik ışınlar yüzünden bozuldu ve bir adaya fazladan 4096 oy yazdı (4096 oy 4 MB veriye karşılık geliyor. 🙂 )
Neyse ki Belçika’da trafoya kediler girmiyor da bu tür oy hataları çabucak ortaya çıkıyor: Seçim adayının seçmen sayısından daha fazla oy aldığı ortaya çıkınca yapılan araştırma, olayın kozmik ışın saldırısına uğrayan bir bilgisayardan kaynaklandığı gösterdi. Üstelik uçak yolcuları da risk altında:
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
Tehlikeli uçuşlar
Seçim bilgisayarının bozulması size komik geldiyse çok daha ciddi bir vakadan söz edebiliriz: 2008 yılında Qantus havayollarına ait bir yolcu uçağı Singapur’dan Avustralya, Perth’e uçarken kozmik ışın kazasına uğradı ve uzaydan gelen radyasyon otopilotun birden devreden çıkmasına yol açtı.
Bu sebeple uçak 23 saniye içinde 210 metre irtifa kaybetti ve yaşanan şiddetli sarsıntı yolcuların üçte birinin yaralanmasına neden oldu. Kısacası tüm bilgisayar, telefon ve elektronik cihaz üreticileri kozmik ışınları dikkate almak zorunda; ama mevcut FCC standartları bu riski önlemeye yeterli değil.
Üstelik hava taşımacılığı analizleri uçakların yüksek irtifadan uçmasının (8-10 bin metre) kozmik ışın kazalarını arttırdığını söylüyor. Atmosferi koruyucu bir örtü gibi düşünürsek yükseklik arttıkça kozmik ışın şiddeti de artıyor.
Cypress Semiconductor şirketinden Ritesh Mastipuram ve Edwin Wee, kozmik ışın kaynaklı bilgisayar arızaları yüzünden her yıl yüzlerce uçuşun iptal edildiğini söylüyor. Nitekim 2004 yılında Electronic Design News dergisinde yayınlanan bir araştırmada şu tespitler yapılıyor:
- Normal şartlarda 500 KB bellek kullanan basit bir cep telefonu 28 yılda sadece bir kez hata veriyor, ama artık akıllı telefonlar var ve bunlarda 2, 4, 6, 8GB RAM bulunuyor; yani çok hassaslar.
- Şirketlerin hosting şirketlerinden kiraladığı basit bir sunucu çiftliği bile 25 GB depolama alanı kullanıyor ve bu da her 17 saatte en az bir kez hata veriyor.
- 10 km yüksekten uçan bir uçaktaki yolcuların kullandığı laptoplar ise her saniyede en az 1 bit hata veriyor. Bu da laptopların yüksek irtifada çökme olasılığını artırıyor.
Uçakta laptop riski
Elbette uçakta laptop açmayın demiyoruz; ama en azından yazdıklarınızı sık sık kaydedebilirsiniz. Bunun için Office programlarında .wbk uzantılı yedek dosyalar kullanabilir ve otomatik kaydetme aralığını 60 saniye olarak belirleyebilirsiniz.
Ancak, 13 yıllık bu araştırmanın eski olduğunu düşünüyorsanız sektör uzmanlarının 16 nanometrelik modern çipsetleri de radyasyona karşı test ettiğini söyleyebiliriz: 16 nanometrelik işlemciler finFET teknolojisiyle üretilen çok katlı 3D transistorlar kullanıyor.
16 nanometrelik işlemciler için 3D transistor üreten Altera, ARM, AMD, Broadcom, Cisco Systems, Marvell, MediaTek, Renesas, Qualcomm, Synopsys ve TSMC gibi şirketler kozmik ışınlardan büyük kaygı duyuyor.
İlgili yazı: Grafik Kartı Test Sürüşü >> Zotac Nvıdıa GTX 960 AMP! Edıtıon (4GB)
PC’ler her 1000 saatte çöküyor
Ritesh Mastipuram ve Edwin Wee yeni bilgisayarların çökme sıklığını araştırdı ve 16 nanometrelik işlemcilerin her milyar saatte en az bir kez kozmik ışınlar yüzünden çöktüğünü tespit etti.
Belki 1 milyar saat size uzun gelebilir; ama PC ile akıllı telefonların milyarlarca transistor kullandığını ve Dünya’da milyarlarca bilgisayar olduğunu unutmayın. İşte bu yüzden bilgisayarlar her 100 ila 1000 saatte en az bir kez çöküyor.
Bilgisayar tamircilerinin “Abi PC’yi yatarken kapat ki yorulmasın” demesinin bir sebebi de bu. Aslında yeni çiplerde transistor sayısı arttığı için kozmik ışınlar daha tehlikeli oluyor; ama çipler küçüldükçe kozmik ışınların küçük hedefleri vurması da zorlaşıyor.
Yine de züğürt tesellisi bu. Sektör uzmanları imalat standartlarının acilen değişmesini ve kozmik ışınlara dirençli yeni çipsetler üretilmesini istiyor.
İlgili yazı: Sharp’tan Araba Fiyatına 8K TV >> 8K yayınlar 2020’de başlıyor
Sadece radyasyon zırhı yetmez
En basit nükleer savaş filminde görebileceğiniz gibi, atom bombasının yaydığı enerjik nötron parçacıklarını durdurmak için bize en az 3,5 metre kalınlığında beton duvar gerekiyor. Laptop ve telefonları kalın betona gömemeyeceğimize göre radyasyona karşı başka çözüm bulmak zorundayız.
En iyisi yedekli gitmek
NASA Dünya atmosferinin dışında olduğu için her sene 80 yıllık radyasyona maruz kalan uzay istasyonundaki bilgisayarları yedekli çiplerle koruyor: Her bilgisayarda üç devre bulunuyor ve içlerinden biri çalışırken hata verirse diğer çipler devreye girip durumu düzeltiyor.
Bhuva’ya göre borsalardan bankalara ve silahlı kuvvetlere kadar bütün kurumlar tehlikenin farkında. Sadece tüketici elektroniği sektörü kozmik ışınlar için tedbir almakta isteksiz davranıyor. Ne de olsa radyasyona dayanıklı bilgisayar geliştirmek pahalı bir iş.
Yirmi yıl önce tüketici sektörünün işi kolaydı: Eski işlemciler daha büyüktü ve daha az sayıda transistor içeriyordu. Bu yüzden de radyasyona karşı o kadar hassas değildi. Oysa artık cihazlar küçüldü ve çalışma hızı arttı. Artık laptoplar ve akıllı telefonları kozmik ışınlardan korumanın zamanı geldi.
İlgili yazı: 4.5G İle Vatandaşa 1 Nisan Şakası >> Maksimum hız hayal çünkü fiber yetersiz
En kesin çözüm optik bilgisayarlar
Bilgisayar sektörü önümüzdeki 10 yılda bugünkü laptoplardan 20 kat hızlı olan optik bilgisayarlara geçecek. Bunlar elektrik yerine ışıkla çalışıyor ve bakır teller yerine mikro ölçekli fiber optik kablolar kullanıyor (anakart üzerindeki bakır teller mikro fiber kablolarla değiştiriliyor).
Optik bilgisayar prototipleri neredeyse ışık hızında çalışıyor ve çok az elektrik tükettiği için fazla ısınmıyor. Ayrıca toza karşı dayanıklı oluyor ve elektrik tüketimini artıran gürültülü soğutma fanları kullanmıyor.
Ancak asıl marifetleri kozmik ışınlara karşı son derece dayanıklı olmaları: Sonuçta optik bilgisayarlar ışığı oluşturan fotonlara veri kaydederek çalışıyor. Fotonlar elektrik yükü taşımadığı ve elektronlardan çok daha küçük olduğu için kozmik ışınlardan pek etkilenmiyor.
İlgili yazı: Ahlaklı Robotlar
Moore yasası
Son 40 yıldır PC sektörü Moore yasasına göre çalıştı ve işlemciler her 18 ayda küçülerek iki kat hızlandı (Moore’ın orijinal öngörüsü 24 aydı; ama sektör uzun yıllar boyunca işlemci hızını her 18 ayda ikiye katladı).
Ancak, günümüzde bakır telli transistorların küçülme sınırına dayandık. 6 nanometreden daha küçük transistorlar üretmeye kalkarsak kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesi devreye girecek ve tellerdeki elektronlar komşu tellere rastgele sıçrayacak. Bu da bilgisayarların yanmasına yol açacak.
Işıkla çalışan işlemcilerde ise böyle bir sıkıntı yok ve bu yüzden elektronik transistorlardan çok daha küçük optik devreler üretebiliriz. Amerika’da elektronik devre sektörü yılda 200 milyar dolar para kazandığı için optik bilgisayarlar geliştirecek parası var. Tek sorun mevcut teknolojiyi değiştirerek yeni fabrika kurmakta isteksiz davranmaları.
İlgili yazı: Çin’den dünyanın en güçlü süper bilgisayarı TaihuLight
Kozmik ışınlar ve kuantum yasaları
Günümüzde Intel 14 nanometrelik transistorlar üretiyor ve bu da modern transistorların insan DNA’sından sadece 14 kat daha kalın olması demek. Üstelik bu devreler silikon atomlarından üretiliyor ve silikon atomları da 0,2 nm genişliğinde; yani bilgisayar devrelerini o kadar küçülttük ki bunların içine sadece 70 silikon atomu sığabilir!
Bilgisayar üreticileri 10 nanometreden küçük işlemci transistorları üretmenin pratik olmadığını biliyorlar. Bunlar hem çok ısınacak, hem pahalı olacak, hem de kozmik ışınlar için son derece hassas olacak.
İlgili yazı: Çoklu Evren: En Yakın Komşu Evren Nerede?
20 kat hızlı optik bilgisayar
Michigan Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Arnab Hazari bilgisayar sektörünün bu sorunu aşmak için çeşitli yollar denediğini söylüyor: Bunlardan biri elektriği bakırdan çok daha iyi ileten, yani daha az ısınan mucize materyal grafen kullanmak. Böylece düzgün çalışan çok daha küçük transistorlar üretebiliriz.
İkincisi elektrik yerine manyetik alanlarla çalışan ve bu sayede cihazı kapatınca nerede kaldığını hatırlayan bilgisayarlar üretebiliriz. Uyku moduna geçmiş laptop gibi kapatabilen bu bilgisayarlar fazla da ısınmazlar. Ancak, Hazari bu tür alternatif teknolojileri geliştirmenin pahalı olduğunu söylüyor:
İlgili yazı: Kuantum Bilgisayar Devrimi >> Fizikçiler ilk kez bir atomun yerini tam olarak tespit etti
Optik bilgisayar daha ucuz
“Radyasyona dayanıklı elektronik devre geliştirmek her zaman pahalı olacak ve optik bilgisayarlardan daha fazla elektrik tüketerek küresel ısınmayı artıracak. Optik bilgisayarları ise şimdiden üretebiliriz ve bunlar daha şimdiden laptoplardan 20 kat hızlı çalışıyor.”
Kısacası mevcut üreticilerin yatırımlarını korumak yerine sektörde inovasyon yapmamız ve yepyeni teknolojiler geliştirmemiz gerekiyor. Tabii elektronik devreler için yıllarca bakır satan ülkeler buna pek sevinmeyecekler; ama kimse ilerlemenin önüne geçemez.
İlgili yazı: Özgür irade var mı?
Optik bilgisayar nasıl çalışıyor?
Işıkla çalışan bilgisayar transistorları üç parçadan oluşuyor ve bu parçaları modern dijital kameralarda kullanılan parçalara benzetebiliriz: Işık ışınları dijital kamera merceğinden ışık sensörüne geliyor ve bu sensör ışık verisini elektrik akımlarına çevirip kameradaki elektronik devrelere (flash bellek) kaydediyor.
Optik bilgisayarlar ise elektron yerine fotonlarla çalışıyor. Her ne kadar fotonlar elektronlardan küçük olsa da daha büyük dalgalar üretiyor (kuantum fiziğine göre foton ve elektron parçacıkları aynı zamanda dalga gibi davranıyor).
Bu bağlamda elektron dalgaları 1,3 nanometre ila 65 mikrometre genişliğinde iken (nanometre metrenin milyarda biri) ışık dalgaları genellikle 1,3 mikrometre genişliğinde oluyor (insan saçı 100 mikrometre genişliğinde)!
Bu nedenle ve yazının başında söylediğimizin tersine, optik bilgisayar devrelerinin elektronik devrelerden daha büyük olması gerektiğini düşünebilirsiniz. İlk bakışta optik devrelerin boyu metrenin milyonda biriyle ölçülürken, elektronik devreler metrenin milyarda biriyle ölçülüyor.
İlgili yazı: Raspberry Pi İle Gerçek İnternet Hızını Ölçün
Öyleyse neden optik bilgisayarlar kullanalım?
Bunun iki sebebi var: Öncelikle 14 nm boyundaki bugünkü bilgisayar işlemcileri elektronik devre teknolojisinin küçülme sınırı olan 6 nm’ye henüz ulaşmadı. Bu yüzden günümüzdeki işlemcilerden daha küçük optik işlemciler üretemesek bile aynı boyda olan optik devreler geliştirebiliriz.
Nitekim bugün optik bilgisayar üretsek bu bilgisayar daha şimdiden piyasadaki laptoplardan 20 kat hızlı çalışacak. Oysa günümüzdeki ürünlerden 20 kat hızlı elektronik devre üretmek tam 15 yılımızı alacak. Kısacası optik bilgisayarlar teknolojiyi bir anda 15 yıl ileri götürecek.
İkincisi, optik devreleri mevcut laptoplara ekleyebiliriz. O zaman laptoplar sadece 2-3 kat hızlı çalışır; ama çok daha az elektrik tüketir, kozmik ışınlar karşısında daha güvenilir olur ve az ısınır. Gelecekte ise optik bilgisayarları küçültmenin yeni yollarını bulacağız ve özellikle de süper hızlı optik kuantum bilgisayarlar geliştirerek teknolojide devrim yapacağız.
İlgili yazı: Dünyanın Sekizinci Kıtası Zelandiya İle Tanışın
Ne zaman kullanıma giriyor?
Elektro-optik bilgisayarlara 5 yıl var ve yüzde 100 optik bilgisayarlar için 15 yıl beklememiz gerekecek; çünkü bilgisayar sektörü elektronik devreler için büyük fabrikalar kurmuş durumda ve bu yatırımı bir günde çöpe atamazlar. Teknolojinin gelişmesinin önündeki en büyük engel ticari kaygılar.
Nitekim dünyanın ilk transistorları 1907’de üretilen ampullü transistorlardı (işte bu yüzden eski Disney çizgi filmlerinde robotların kafasında ampuller yanıyor ve yine bu yüzden insanın aklına bir fikir geldiğinde bunu aniden yanan ampule benzetiyoruz).
Öte yandan, ilk transistorlar 15 cm’den uzundu ve 1947 yılına geldiğimiz zaman ampullü transistorların boyu 10 cm’ye inmişti. Kısacası 40 yılda yalnızca yüzde 50 küçülmüşlerdi. Oysa 1947 yılında Dünya’nın ilk elektronik bilgisayarı Eniac devreye girdi.
İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?
Elektronik çağ sona eriyor
Eniac ampul yerine bakır telli ilk elektronik transistorları kullanıyordu ve bunlar 40 mikrometre boyundaydı. Ancak teknolojinin gelişme hızı her yıl artıyor ve biz de Eniac’tan 70 yıl sonra, 2017 yılında 10 nanometrelik işlemciler üretmeyi başardık. Bunlar ilk transistorlardan 3000 kat daha küçük ve binlerce kat daha hızlılar.
Yeni kuşak bilgisayarlar sayesinde teknolojinin gelişmesi gittikçe hızlanıyor ve yapay zekanın insan zekasını aşacağı tekillik anı yaklaşıyor. Günümüzün optik devrelerinin devamı olan optik kuantum bilgisayarların, kozmik ışınlara dayanıklı olmanın yanı sıra süper zeka dönemini başlatması bekleniyor.
