btbilgi

Şu anda laboratuvar aşamasında olan yeni teknolojik gelişmeler 2030’lu yıllara doğru şu anda varolan bilişim araçlarını büyük oranda değiştirecek. Bu kaçınılmaz değişimi tetikleyen 3 ana unsur sayabiliriz.

tokuz1İlk olarak mevcut teknolojide teorik olarak fiziksel limitlere yaklaşılıyor. İkincisinde ise yeni ortaya çıkan problemlerin çözümü için, bildiğimiz yöntemlerin çok da işe yaramadığını görüyoruz. Üçüncü olarak da yeni bilimsel keşiflerin, bilişim dünyasına ait bir teknolojik ürün haline doğru hızla evrilmesini izliyoruz.

3 boyutlu çipler ve yeni transistörler
Günümüzde Xbox One S’den, iPhone 7’ye ya da Intel’in en son Skylake işlemcisine değin, en yeni bilişim ürünlerinin içerisinde yüksek teknoloji ürünü işlemciler bulunuyor. Bu işlemcilerden en kritik öneme sahip olanları ya 14 nm, ya da 16 nm CMOS teknolojisiyle üretiliyor.

Geçenlerde Intel ve TSMC gibi çip üretim işine yoğunlaşmış iki en büyük şirket, 10 nm ve 7 nm teknolojisiyle üretime başlamak için yatırımlarını devam ettirdiklerini açıkladı. 2000 yılında ilk olarak AMD’de mühendis olarak işe başladığımda, Athlon işlemcilerini 180 nm boyutunda transistörler ile üretiyorduk. 15 yıl sonra şu an, yaklaşık 13 kat daha küçük 14 nm boyutundaki transistörlerle üretilen işlemcilerimizi piyasaya sunuyoruz.

Kristal küre ile 2030 bilişim dünyasına bakışBir sonraki ürünlerin 7 nm boyutundaki transistörler kullanılarak üretileceği tahmin ediliyor. 2013 yılında uluslararası bir kuruluşun yayınladığı raporda, mevcut fizik kuralları çerçevesinde 5 nm altında CMOS teknolojisi ile üretim yapmanın artık çok zor, hatta imkansız olacağı vurgulandı. Transistör boyutunun küçülmesindeki ivmelenme, bizim şu an için bildiğimiz fizik kurallarının sınırlarını zorladığı için çok yakın bir zamanda duracak.

Peki bu duruma karşılık neler yapılıyor? Açıkcası 7 nm ve belki 5 nm’de üretilen ürünleri önümüzdeki 10 yıl içerisinde görebileceğimize inanıyorum. Fakat 5 nm’nin altındaki bir üretim teknolojisi imkanını henüz hiç bir şirket açıklamadı. Uzmanlara göre 5 nm, CMOS üretim teknolojisinin bittiği nokta olabilir. Transistor boyutunun küçülmesindeki ivmelenmeyi iten başlıca neden yeni çiplerde daha fazla yeteneği, bir diğer anlatımıyla daha fazla özelliği, bir önceki çiple karşılaştırıldığında aynı alana sığdırma yarışıydı.

Yeni işlemcilerdeki özelliklerin ve yeteneklerin artmasına paralel, işlemcilerin kapladığı alanlar üretim teknolojisinin de ilerlemesiyle hep sabit kaldı. Teknolojik ilerlemenin durağanlaşmasına karşılık ilk hamle, kat çıkma fikri olarak geldi. Yeterince boş arsası olmayan büyük şehirlerdeki apartmanlarda kat sayılarının artması gibi; 3 boyutlu, yani üst üste birden fazla çipin paketlendiği ürünler piyasaya sunulmaya başlandı.

AMD’nin iki kuşak öncesi çıkardığı Fiji grafik kartı HBM (High Bandwidth Memory – yüksek bantgenişliğine sahip hafıza) DRAM’leriyle birlikte, interposer adı verilen bu 3 boyutlu üretime geçişte kullanılan ara bir teknoloji ile üretildi. Şu an flash temelli sabit disklerdeki flash bellekleri, Samsung tarafından 3 boyutlu olarak üretiliyor.

Transistörlerin küçülmesi konusundaki sıkıntı sadece bir kaç çipin “sandviçlenmesiyle” aşılacak gibi görünmüyor. Şimdiden CMOS sonrası ne olabileceği konusunda bir kaç fikir çalışması mevcut. Grafen transistörler, fotoniks ya da optik işlemciler, karbon nanotüplerle tasarlanan yeni FET transistörler bunlara örnek olarak verilebilir. Fakat bunların da arasında henüz öne çıkan bir teknoloji şu an için yok.

Kaynak: ETH Zurich
Kaynak: ETH Zurich

Kayıp element Memristor
1971 yılında Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi profesörü devre teorisyeni Prof. Dr. Leon Chua, matematiksel olarak yeni bir pasif devre elemanı daha olabileceği iddiasını ortaya atmıştı. Dr. Chua’nın direnç, kapasitör, indüktörün haricinde memristor adını verdiği pasif devre elemanı, üzerinden daha önce geçen akımı hatırlayabilen bir hafızaya sahip bir direnç.

2008 yılına kadar sadece teorik makalede yer alan bu kayıp devre elementi, o yıl HP araştırma geliştirme laboratuvarlarında ilk kez gerçek ortamda tasarlanıp bilişim dünyası ile paylaşıldı. Memristor’un keşfinin sonrasında, flash bellekler ile şu an bilgisayarlarda kullanılan DRAM belleklerin yerine geçebilecek yeni bir bellek konsepti ortaya çıkmış oldu. Memristor özelliğine sahip yeni hafıza ürünleri, flash bellekler gibi güç kaybı durumunda mevcut bilgiyi saklayabildiği gibi, aynı zamanda DRAM gibi hızlı yazma ve okuma yeteneğine de sahip olacak.

Memristor alanında çok yakın zamanda ürüne dönüşmek üzere olan birden çok proje bulunuyor. Bunlardan PCM (Phase Changing Memory), ReRAM (Resistive RAM) ve CBRAM öne çıkan ürünler arasında sayılabilir. Flash hafızanın yerine düşünülen PCM hafıza çiplerine, neredeyse DRAM hızında milyonlarca kez yaz-sil yapılabiliyor ve en önemlisi mevcut CMOS üretim teknolojisiyle de üretilebiliyor. ReRAM teknolojisiyle üretilen hafıza çipleri ise şu anki flash disklerden 100 kat daha hızlı ve 50 milyon defa yazılıp okunabilir olacak.

Kaynak: Hewlett Packard Labs
The Machine prototipi (Kaynak: Hewlett Packard Labs)

Hızlandırıcıların geri dönüşü
Intel 80486 işlemci çıkmadan önce, matematik işlemlerini hızlandırmak için genel amaçlı mikroişlemcinin yanı sıra, matematik işlem hızlandırıcısı satın almanız gerekiyordu. Daha sonraları bu hızlandırıcılar genel amaçlı işlemcilerin bir parçası haline geldi ve o tarihten bu yana işlemcilerden ayrı düşünülmüyor. Benzeri şekilde yakın gelecekte bilişim ürünlerinde kullanılan genel amaçlı bilgisayar işlemcilerini, tekrar hızlandırıcılar ile birlikte görebiliriz. Bunun adımlarını grafik kartları ya da FPGA’lerin, genel amaçlı işlemcilerle birlikte kullanılmasıyla günümüzde de görmeye başladık.

Halen görüntü ve ses gibi duyu organları temelli günlük işleri insanlar, dünyadaki en hızlı genel amaçlı bir bilgisayardan çok daha başarılı bir şekilde yapabiliyor. İşte bu tarz alanlarda kullanılmak üzere, Nöromorfik İşlemci olarak adlandırılan yapay sinir ağları ya da derin öğrenmeye yönelik, genel amaçlı işlemcilere destek için donanım hızlandırıcıları hazırlanıyor. Bu hızlandırıcılar, belli bir eğitim sonrasında karşılaştıkları problemlere karşın genel amaçlı bilgisayarların yaptığı “deterministik” bir karşılık yerine, bir “çıkarım” yaparak doğru sonuca varmaya çalışıyor.

Quantum bilgisayarları ise klasik bilgisayarlar ile çözülmesi imkansız olan alanlarda kendine yer bulmaya çalışıyor. Örneğin Shor algoritmasının çalıştığı milyonlarca qubitlik bir quantum bilgisayarı 2000 bitlik en en güçlü şifrelemeyi 1 günde çözebilir. Böyle bir problemin çözümü klasik bilgisayarlar ile imkansız. Quantum bilgisayarında bilgi, mevcut sayısal bilgisayarlarda kullanılan ikili kod sistemi, yani 1 ve 0’lar yerine qubitlerin tek başlarına dönme yönleri ve diğer qubitlerle etkileşimleri esas alınarak kodlanıyor. Quantum bilgisayarların en büyük sorunu ise yüksek hata oranları. Quantum bilgisayarındaki olası quantum hatalarını düzeltmek için yanlarına yardımcı bir süper bilgisayar gerekiyor.

Memristorler kendi başına yeni bir bilgi-işlem konseptini de ortaya çıkardı. HP’nin “the Machine” adını verdiği futuristik yeni bilgisayarında, sistemin merkezinde işlemci yerine bilgi depolama için de kullanılabilecek geniş hacimli bir bellek buluyor. Şimdiki bilgisayarda sistem belleği ve sabit disk olarak bulanan iki seviye hafıza böylece tek seviyeye indirilecek. Çok geniş ve düşük erişim hızına sahip bu bellek mimarisi, işletim sistemi ve uygulamaları şu anki işlemci merkezci yapıdan hafıza içinde bilgi işlem (in-memory computing) mimarisine taşıması bekleniyor.

Yorumlar
btbilgi
PAYLAŞ
blank
1973 yılında İstanbul’da doğdu. 1995 yılında Yıldız Teknik Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği programını bitirdi, aynı yıl aynı bölümde master programına kabul edildi. BTHaber dergisinde teknoloji editörü olarak görev yaptı. 1998 yılında ABD’nin Los Angeles şehrindeki Güney Kaliforniya Üniversitesi (USC) Bilgisayar Mühendisliğine bölümüne başladı. 2000 yılında master derecesini alarak Silikon Vadisi'nde Sun Microsystems şirketinde mühendis olarak çalışma hayatına başladı. 2004 yılından beri AMD şirketinde çalışıyor, 2010 yılından beri de, aynı şirket de mühendis yönetici olarak görev yapıyor.