Bilgisayar sistemlerinde inovasyon yoluna tam gaz devam ediyor.
Bilgi işlem sistemlerini iyileştirmeye yönelik fikirleri bulmak zorlaşıyor mu? Elektronik teknolojisindeki çarpıcı ilerlemeyi izleyen önemli bir ölçüm (Moore Yasası olarak anılır), ilerlemenin sona yaklaştığını gösteriyor. Bu durum elektronikteki inovasyon hızının ciddi şekilde düşeceği yönündeki korkuları artırdı. Böyle bir düşüşün birçok sonucu olabilir; Mikroelektronik, mutfak cihazlarından güç jeneratörlerine kadar hemen hemen tüm endüstriyel ürün ve sistemlerin merkezinde yer alır. Ancak transistörleri küçültme yeteneği fiziksel sınırlara ulaşırken, bilgisayar sistemlerinin gücünde durgunluk veya azalma korkusu henüz erken. Bu makalenin tartıştığı gibi, Moore Yasası tarafından takip edilenlere ek olarak diğer yenilikler, bilgi işlem sistemlerinin üretkenliğini ve işlem gücünü artırmaya devam ediyor.
Teknoloji odaklı bir alanın ilerlemesini tek bir metrikle ölçmek ve tahmin etmek yetersiz sonuçlar doğurabilir. Sonunda, yerleşik inovasyon çizgisinde ilerleyen teknolojiler, getirilerinin azaldığı bir noktaya ulaşır. Ancak, yerleşik kalkınma kaynaklarını değiştiren beklenmedik yenilikler nedeniyle ilerleme oranları artabilir. Elektronikteki teknik gelişmeler bunun güzel bir örneğidir (Kressel ve Lento, 2007).
Moore Yasası faydalı olmasına rağmen, bilgi işlem sistemlerinin ölçek ve işlevsellik açısından çok geniş bir aralıkta olması nedeniyle ilerlemenin güvenilir ve genel bir ölçüsü mevcut değildir.
Bilgi işlem sistemlerinin kısa bir açıklaması
Elektronik teknolojisindeki değişen yenilik kaynaklarını anlamak için bilgi işlem sistemlerinin işleyişini neyin sağladığına dair kısa bir incelemeye ihtiyaç vardır. Transistör dijital elektronik dünyayı mümkün kıldı. 1946 yılında icat edilmiş olup, akım yükselteçleri, depolama elemanları ve anahtarlarda gelişmiştir. Birbirine bağlı küçük transistörler, bilgi işlem sistemlerinin temelini oluşturan entegre devre çiplerini oluşturur.
Bir sistemin hesaplama gücü, mevcut transistör kapasitesinin, transistör anahtarlama hızının (yani bir devrenin açılması ve kapanması), bellek hacminin ve ara bağlantı hızının bir fonksiyonudur. Günümüzde bir akıllı telefon, 1960'lardaki tipik bir ana bilgisayar bilgisayarından daha fazla bilgi işlem kapasitesine sahiptir.
Moore Yasası, entegre devre çiplerindeki ("entegre devreler" olarak da bilinir) transistörlerin ilerleyişini izler. Bu tür çipler, bilgi işlem sistemlerinde sinyal işleme, veri depolama veya her ikisinin birleşimi gibi farklı işlevleri yerine getirir. 1962 yılında Intel'de üretilen ilk entegre devreler yalnızca birkaç transistör içeriyordu. Bugün, küçük resimden çok da büyük olmayan bir çip üzerinde 16 milyar kadar transistör birbirine bağlanabiliyor. Çiplerdeki minimum transistör özelliği boyutları yaklaşık 30 mikrondan yaklaşık 5 nanometreye düştü (referans olarak insan saçı yaklaşık 100 mikron kalınlığındadır). 1960 yılında tek bir transistör 1,00 dolara satılıyordu.
Yukarıdaki gelişmelerin tümü, birim maliyet başına hesaplama kapasitesinin büyük ölçüde arttığı anlamına geliyor. Bugün 1 milyar transistörlü bir entegre devre çipinin maliyeti 3,00 doların altında. Olağanüstü güvenilirliği korurken ölçek ve maliyette bu tür azalmaları başarmak için teknolojik harikaların icat edilmesi gerekiyordu.
Moore Yasasının yavaşlaması
Moore Yasası fiziksel bir yasadan ziyade bir gözlemdir ve yaklaşık elli yıldır geçerliliğini korumaktadır. Transistör çip yoğunluğunun kabaca her iki yılda bir iki katına çıktığını ve birim transistör maliyetinde buna karşılık gelen bir düşüş olduğunu öne sürüyor. Boyutun küçülmesiyle birlikte, güç dağıtımı azaldıkça transistör anahtarlama hızı da artar.
Aşağıda tartışılacağı gibi, tarihsel kalıba uygun olarak transistör yoğunluğunun arttırılması yönündeki ilerleme sona yaklaşıyor. Bu nedenle, yalnızca transistörlerin küçülmesiyle yürütülen elektronik sistemlerdeki gelişmeler risk altındadır. Bu durum bilgi işlem sistemlerinde yeniliğin sona ereceği korkusuna yol açmıştır.
Ancak diğer yenilikler elektronik sistemlerin ekonomik ve teknik performansını iyileştirmeye devam ediyor. iyi fikirler tükenmiyor. Bu tür araştırmalara ilginin azaldığına dair bir kanıt da yok. Temel teknik konular (çok basitleştirilmiş şekilde) aşağıda özetlenmiştir.
Fiziksel sınırlar, geçit genişliği, transistör performansı ve fotolitografi ilişkisi nedeniyle transistör ölçeklendirmesini etkiler. Kapılar bir devredeki akımın akışını kontrol eder. Aktif kapı genişliği küçüldükçe transistör performansını korumak zorlaşır. Silikon üzerinde çok küçük boyutlardaki malzemelerden film oluşturmak (fotolitografi olarak bilinen bir işlem kullanılarak) da zordur.
Artık atomik boyutlara yaklaşan belirli bir kapı genişliğinin altında, geleneksel transistör yapısının anahtarlama özellikleri bozulmaktadır. Ayrıca, desen oluşturma sorunu giderek ciddileştikçe, özel ultraviyole lazer ışık kaynakları, çoklu pozlamalar ve fotolitografik ekipmanın olağanüstü kontrolü gerekmektedir. Birlikte maliyeti büyük ölçüde artırırlar.
Sonuç olarak, transistörlerin birim üretim maliyetleri, Moore Yasası olarak tanımlanan düşüşün tersine, artmaya başlar. Buna göre, günümüzde en gelişmiş, en küçük özellikli yongalar, ekonomik açıdan yalnızca en yüksek mantık ve bellek performansını gerektiren uygulamalarla haklı çıkarılabilir. Bu, tasarım kararlarını akıllı telefonlar veya büyük bulut bilişim sistemleri gibi yüksek hacimlerde satılması beklenen ürünlerle sınırlandırıyor .
Çiplerin genel sistem maliyetinde azalan bir payı temsil ettiğini unutmamak önemlidir (birkaç bellek yongası hariç). Bunun nedeni, yazılım ve çevresel donanım maliyetlerinin, özellikle de yazılımın, sistem maliyetinin payı olarak artmasıdır. Çiplerin işlevsel performansı daha önemli bir husustur; bunda büyük ilerleme var.
Yeniliklerin elektronik sistemlerde ilerlemeyi sağladığı yer
Transistörlerin boyutunu küçülterek çip performansını artırmanın artık sonuna geliniyor. Ancak elektronik sistem performansı bir takım yenilikçi yaklaşımlar sayesinde gelişiyor.
Üç boyutlu mimari
Yeni üç boyutlu yapılar, transistörün performansını artırırken bazı boyutlarını da daraltıyor. Bu üç boyutlu mimariler çip alanını daha iyi kullanır. Bu aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. Tüm çipler, farklı malzemelerden oluşan düzinelerce ince katman (yığın) içerir. Katmanları yeni yollarla uyarlamak, anahtarlama hızını artırabilir ve güç kaybını azaltabilir. Ayrıca, yığınların içinde çipler, ara bağlantı hızını artırmak için karmaşık bellek ve mantık öğeleri ara bağlantılarını içerebilir. Endüstri kaynakları, bu yaklaşımın önümüzdeki on yılda çalışan çip transistör yoğunluğunu iki katına çıkaracağına inanıyor.
Ancak yeni dikey mimarilerin üretilmesi zor olduğundan ilerleme maliyetli olacaktır. Yeni ve son teknoloji çip üretim tesislerinin her birinin maliyeti 10 milyar dolardan fazladır ve yüksek vasıflı işgücü gerektirir. Dünyada yalnızca birkaç tesis bu tür çipleri hacimsel olarak üretebilmektedir (mevcut üreticiler arasında TSMC, Samsung ve Intel, Micron, SK Hynix ve Western Digital yer almaktadır).
Entegrasyon
Maliyetleri de azaltabilecek bir diğer yenilik alanı ise mantıksal işleme fonksiyonlarını, belleği ve harici iletişimi birbirine yakınlaştıracak çiplerin paketlenmesidir. Fiber optik ve lazerlerin çip çıkışına yakın olduğu paketler geliştirilmiştir. Bu sayede müstakil alt sistemler ekonomik olarak daha büyük bir sisteme entegre edilebilir. Örneğin, AyerLabs adlı yeni bir şirket, dahili bakır ara bağlantılarını optik bağlantılarla değiştiren modüller geliştirdi. Bunlar güç kaybını azaltır ve çipler arası iletişimin daha hızlı olmasını sağlar. Yeni paketleme teknolojisi, tek tek yongaları bir devre kartına monte etmekle karşılaştırıldığında sistem kurmayı daha ucuz hale getiriyor.
Bu yenilikler, veri hacimleri çoğaldıkça bilgi işlem maliyetlerini düşürmeye devam etmeyi amaçlıyor. Ayrıca bulut bilişim, daha düşük maliyetle daha güçlü bilgi işlem gücüne olanak sağlıyor. Bulut merkezli bilgi işlem kapasitelerinin ortaya çıkışı, büyük bilgi işlem ihtiyaçlarını uygun maliyetli bir şekilde ve ihtiyaç duyulduğunda destekler. Google, Amazon ve diğer sağlayıcıların bulut teknolojisi sayesinde işletmeler, ihtiyaç duydukları bilgi işlem gücünü, büyük ölçekli, uygun maliyetli bilgi işlem merkezleri kurmuş (ve kurmaya devam eden) kuruluşlardan toplayabilir.
Son olarak, klasik bilgisayarlardan farklı teknolojiler kullanan kuantum bilişim sistemlerinin bir gün büyük ölçekli bilişim sistemleri için kullanışlı hale gelmesi kuvvetle muhtemeldir. Bu, bilgi işlem yeteneklerini yeni performans seviyelerine çıkaracaktır. Dünya çapındaki araştırmalar, kuantum bilgisayar geliştiricilerinin karşılaştığı büyük mühendislik zorluklarını çözmeye çalışıyor. Amerika Birleşik Devletleri ve diğer yerlerdeki laboratuvarlar iyi bir ilerleme kaydediyor ve küçük sistemlerle pratik gösteriler sağlıyor.
Transistör yoğunluğundaki değişikliklere alternatif ölçümler
Elektronik sistemlerin türleri, ölçekleri ve işlevlerindeki çeşitlilik göz önüne alındığında, bilgisayar sistemlerinde (hatta entegre devrelerde) ilerlemeye ilişkin güvenilir bir genel ölçüm henüz mevcut değildir. Ancak metrikleri bulmak için çeşitli girişimlerde bulunuldu. Moore IEEE Spectrum'da (2020), bu alandaki ilerlemeyi izlemek için yararlı bir ölçüm geliştirmeye yönelik yaklaşımları tanımladı. Bu yaklaşımlar, ara bağlantılar gibi çip parametrelerinin değiştirilmesindeki ilerleme ölçümlerini birleştirdi. Ancak bu girişimler, birçok parametre boyunca sistem performansında meydana gelen değişiklikler nedeniyle engellenmektedir. Akıllı telefonlar veya bulut bilişim hizmetleri gibi belirli sistemlerin performansını tanımlayan ölçümlerin geliştirilmesi daha muhtemeldir.
Kusurlu metriklerin değeriyle ilgili olarak hiçbir şeye kıyasla devam eden tartışma sağlıklı ve canlandırıcıdır. Sınırlarına ulaşmış gibi görünen bir alan en iyi öğrencileri çekmeyecektir. Dahası, metrik meselesi büyük öğrencileri mikroelektronik alanında kariyer yapmaya çekebilir. O halde sürekli ilerleme gerçeğinin ve buna karşılık gelen fırsatların geniş çapta anlaşılması önemlidir.
Dünyanın hangi bölgeleri ihtiyaç duyulan yenilikleri sağlayacak?
Tüm büyük çip üreticileri, gelişmiş ürün geliştirmeye önemli ölçüde yatırım yapıyor. Ancak bu çalışmanın meyveleri her zaman yayınlanmamaktadır. Yayınlanan sonuçlar genellikle akademik kurumlardan ve hükümet tarafından finanse edilen laboratuvarlardan gelir.
Geçmişte, Amerika Birleşik Devletleri yarı iletken üretimine hakim olduğunda, yarı iletken proses yeniliklerinin çoğunu üretmişti. Intel açık ara liderdi. Kaliforniya Üniversitesi gibi yerlerde hükümet tarafından finanse edilen kapsamlı akademik araştırmalar, endüstriye giren yeniliklerin önemli bir kaynağıydı. Bununla birlikte, Kore ve Çin Tapei'nin eşdeğer veya muhtemelen daha üstün yeteneklere sahip şirketler geliştirmesi nedeniyle, yarı iletken endüstrisinin yurt dışına taşınması inovasyon ortamını değiştirdi. Bu arada Çin Halk Cumhuriyeti de önemli ilerlemeler kaydetmiştir.
Ek olarak, daha önce de belirtildiği gibi, bu makalede açıklanan hiçbir yenilik, artan karmaşıklık ve maliyete sahip üretim ekipmanı olmadan pazara ulaşamaz. Bu pazarda Avrupa veya Kuzey Amerika'da yalnızca birkaç şirket kaldı. Applied Materials, Amerika Birleşik Devletleri'nde Lam Research ile birlikte proses ekipmanlarında açık ara liderdir. Gelişmiş fotolitografi alanında Hollandalı bir şirket olan ASML neredeyse tekele sahiptir. Bu şirketler konumlarını ve karlılıklarını korumak için yüksek düzeyde araştırma yürütüyorlar.
Çözüm
50 yıldır dünya elektronikteki olağanüstü düzeydeki yeniliklerden yararlanıyor. Transistörleri giderek azalan birim maliyetle ölçeklendirme ve üretme yeteneği, bunu mümkün kılan önemli bir faktör olmuştur. Ancak birim maliyetin düşmesinin bu alandaki yenilikçiliğin basit bir ölçüsü olduğu ortaya çıktı. Endüstri kaynakları, çip transistör yoğunluğunun , Moore Yasası tarafından tanımlanan iki yılda değil önümüzdeki on yılda iki katına çıkacağını öngörüyor. Bu, yarı iletkenlere dayalı elektronik sistemlerdeki yeniliklerin sonu anlamına gelmiyor.
Gelişim için birçok yaratıcı fikir var. iyimserliğin bir nedeni olarak, yeniliklerin çip transistör yoğunluğuna odaklanmaktan sistem performansındaki darboğazların ortadan kaldırılmasına yönelmesidir. Bu amaçla, "parazitik kayıpları" (örneğin çevresel kapasitansla ilgili olanlar) azalttılar ve işlem hızını azaltan sistemler arası sinyal gecikmelerini azalttılar. Ayrıca, yeni transistör ve çip mimarileri, cihaz boyutları atom ölçeğine yaklaştıkça anahtarlama performansı sınırlarını genişletiyor.
Bilgi işlem sistemlerini iyileştirmeye yönelik fikirleri bulmak zorlaşıyor mu? Elektronik teknolojisindeki çarpıcı ilerlemeyi izleyen önemli bir ölçüm (Moore Yasası olarak anılır), ilerlemenin sona yaklaştığını gösteriyor. Bu durum elektronikteki inovasyon hızının ciddi şekilde düşeceği yönündeki korkuları artırdı. Böyle bir düşüşün birçok sonucu olabilir; Mikroelektronik, mutfak cihazlarından güç jeneratörlerine kadar hemen hemen tüm endüstriyel ürün ve sistemlerin merkezinde yer alır. Ancak transistörleri küçültme yeteneği fiziksel sınırlara ulaşırken, bilgisayar sistemlerinin gücünde durgunluk veya azalma korkusu henüz erken. Bu makalenin tartıştığı gibi, Moore Yasası tarafından takip edilenlere ek olarak diğer yenilikler, bilgi işlem sistemlerinin üretkenliğini ve işlem gücünü artırmaya devam ediyor.
Teknoloji odaklı bir alanın ilerlemesini tek bir metrikle ölçmek ve tahmin etmek yetersiz sonuçlar doğurabilir. Sonunda, yerleşik inovasyon çizgisinde ilerleyen teknolojiler, getirilerinin azaldığı bir noktaya ulaşır. Ancak, yerleşik kalkınma kaynaklarını değiştiren beklenmedik yenilikler nedeniyle ilerleme oranları artabilir. Elektronikteki teknik gelişmeler bunun güzel bir örneğidir (Kressel ve Lento, 2007).
Moore Yasası faydalı olmasına rağmen, bilgi işlem sistemlerinin ölçek ve işlevsellik açısından çok geniş bir aralıkta olması nedeniyle ilerlemenin güvenilir ve genel bir ölçüsü mevcut değildir.
Bilgi işlem sistemlerinin kısa bir açıklaması
Elektronik teknolojisindeki değişen yenilik kaynaklarını anlamak için bilgi işlem sistemlerinin işleyişini neyin sağladığına dair kısa bir incelemeye ihtiyaç vardır. Transistör dijital elektronik dünyayı mümkün kıldı. 1946 yılında icat edilmiş olup, akım yükselteçleri, depolama elemanları ve anahtarlarda gelişmiştir. Birbirine bağlı küçük transistörler, bilgi işlem sistemlerinin temelini oluşturan entegre devre çiplerini oluşturur.
Bir sistemin hesaplama gücü, mevcut transistör kapasitesinin, transistör anahtarlama hızının (yani bir devrenin açılması ve kapanması), bellek hacminin ve ara bağlantı hızının bir fonksiyonudur. Günümüzde bir akıllı telefon, 1960'lardaki tipik bir ana bilgisayar bilgisayarından daha fazla bilgi işlem kapasitesine sahiptir.
Moore Yasası, entegre devre çiplerindeki ("entegre devreler" olarak da bilinir) transistörlerin ilerleyişini izler. Bu tür çipler, bilgi işlem sistemlerinde sinyal işleme, veri depolama veya her ikisinin birleşimi gibi farklı işlevleri yerine getirir. 1962 yılında Intel'de üretilen ilk entegre devreler yalnızca birkaç transistör içeriyordu. Bugün, küçük resimden çok da büyük olmayan bir çip üzerinde 16 milyar kadar transistör birbirine bağlanabiliyor. Çiplerdeki minimum transistör özelliği boyutları yaklaşık 30 mikrondan yaklaşık 5 nanometreye düştü (referans olarak insan saçı yaklaşık 100 mikron kalınlığındadır). 1960 yılında tek bir transistör 1,00 dolara satılıyordu.
Yukarıdaki gelişmelerin tümü, birim maliyet başına hesaplama kapasitesinin büyük ölçüde arttığı anlamına geliyor. Bugün 1 milyar transistörlü bir entegre devre çipinin maliyeti 3,00 doların altında. Olağanüstü güvenilirliği korurken ölçek ve maliyette bu tür azalmaları başarmak için teknolojik harikaların icat edilmesi gerekiyordu.
Moore Yasasının yavaşlaması
Moore Yasası fiziksel bir yasadan ziyade bir gözlemdir ve yaklaşık elli yıldır geçerliliğini korumaktadır. Transistör çip yoğunluğunun kabaca her iki yılda bir iki katına çıktığını ve birim transistör maliyetinde buna karşılık gelen bir düşüş olduğunu öne sürüyor. Boyutun küçülmesiyle birlikte, güç dağıtımı azaldıkça transistör anahtarlama hızı da artar.
Aşağıda tartışılacağı gibi, tarihsel kalıba uygun olarak transistör yoğunluğunun arttırılması yönündeki ilerleme sona yaklaşıyor. Bu nedenle, yalnızca transistörlerin küçülmesiyle yürütülen elektronik sistemlerdeki gelişmeler risk altındadır. Bu durum bilgi işlem sistemlerinde yeniliğin sona ereceği korkusuna yol açmıştır.
Ancak diğer yenilikler elektronik sistemlerin ekonomik ve teknik performansını iyileştirmeye devam ediyor. iyi fikirler tükenmiyor. Bu tür araştırmalara ilginin azaldığına dair bir kanıt da yok. Temel teknik konular (çok basitleştirilmiş şekilde) aşağıda özetlenmiştir.
Fiziksel sınırlar, geçit genişliği, transistör performansı ve fotolitografi ilişkisi nedeniyle transistör ölçeklendirmesini etkiler. Kapılar bir devredeki akımın akışını kontrol eder. Aktif kapı genişliği küçüldükçe transistör performansını korumak zorlaşır. Silikon üzerinde çok küçük boyutlardaki malzemelerden film oluşturmak (fotolitografi olarak bilinen bir işlem kullanılarak) da zordur.
Artık atomik boyutlara yaklaşan belirli bir kapı genişliğinin altında, geleneksel transistör yapısının anahtarlama özellikleri bozulmaktadır. Ayrıca, desen oluşturma sorunu giderek ciddileştikçe, özel ultraviyole lazer ışık kaynakları, çoklu pozlamalar ve fotolitografik ekipmanın olağanüstü kontrolü gerekmektedir. Birlikte maliyeti büyük ölçüde artırırlar.
Sonuç olarak, transistörlerin birim üretim maliyetleri, Moore Yasası olarak tanımlanan düşüşün tersine, artmaya başlar. Buna göre, günümüzde en gelişmiş, en küçük özellikli yongalar, ekonomik açıdan yalnızca en yüksek mantık ve bellek performansını gerektiren uygulamalarla haklı çıkarılabilir. Bu, tasarım kararlarını akıllı telefonlar veya büyük bulut bilişim sistemleri gibi yüksek hacimlerde satılması beklenen ürünlerle sınırlandırıyor .
Çiplerin genel sistem maliyetinde azalan bir payı temsil ettiğini unutmamak önemlidir (birkaç bellek yongası hariç). Bunun nedeni, yazılım ve çevresel donanım maliyetlerinin, özellikle de yazılımın, sistem maliyetinin payı olarak artmasıdır. Çiplerin işlevsel performansı daha önemli bir husustur; bunda büyük ilerleme var.
Yeniliklerin elektronik sistemlerde ilerlemeyi sağladığı yer
Transistörlerin boyutunu küçülterek çip performansını artırmanın artık sonuna geliniyor. Ancak elektronik sistem performansı bir takım yenilikçi yaklaşımlar sayesinde gelişiyor.
Üç boyutlu mimari
Yeni üç boyutlu yapılar, transistörün performansını artırırken bazı boyutlarını da daraltıyor. Bu üç boyutlu mimariler çip alanını daha iyi kullanır. Bu aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. Tüm çipler, farklı malzemelerden oluşan düzinelerce ince katman (yığın) içerir. Katmanları yeni yollarla uyarlamak, anahtarlama hızını artırabilir ve güç kaybını azaltabilir. Ayrıca, yığınların içinde çipler, ara bağlantı hızını artırmak için karmaşık bellek ve mantık öğeleri ara bağlantılarını içerebilir. Endüstri kaynakları, bu yaklaşımın önümüzdeki on yılda çalışan çip transistör yoğunluğunu iki katına çıkaracağına inanıyor.
Ancak yeni dikey mimarilerin üretilmesi zor olduğundan ilerleme maliyetli olacaktır. Yeni ve son teknoloji çip üretim tesislerinin her birinin maliyeti 10 milyar dolardan fazladır ve yüksek vasıflı işgücü gerektirir. Dünyada yalnızca birkaç tesis bu tür çipleri hacimsel olarak üretebilmektedir (mevcut üreticiler arasında TSMC, Samsung ve Intel, Micron, SK Hynix ve Western Digital yer almaktadır).
Entegrasyon
Maliyetleri de azaltabilecek bir diğer yenilik alanı ise mantıksal işleme fonksiyonlarını, belleği ve harici iletişimi birbirine yakınlaştıracak çiplerin paketlenmesidir. Fiber optik ve lazerlerin çip çıkışına yakın olduğu paketler geliştirilmiştir. Bu sayede müstakil alt sistemler ekonomik olarak daha büyük bir sisteme entegre edilebilir. Örneğin, AyerLabs adlı yeni bir şirket, dahili bakır ara bağlantılarını optik bağlantılarla değiştiren modüller geliştirdi. Bunlar güç kaybını azaltır ve çipler arası iletişimin daha hızlı olmasını sağlar. Yeni paketleme teknolojisi, tek tek yongaları bir devre kartına monte etmekle karşılaştırıldığında sistem kurmayı daha ucuz hale getiriyor.
Bu yenilikler, veri hacimleri çoğaldıkça bilgi işlem maliyetlerini düşürmeye devam etmeyi amaçlıyor. Ayrıca bulut bilişim, daha düşük maliyetle daha güçlü bilgi işlem gücüne olanak sağlıyor. Bulut merkezli bilgi işlem kapasitelerinin ortaya çıkışı, büyük bilgi işlem ihtiyaçlarını uygun maliyetli bir şekilde ve ihtiyaç duyulduğunda destekler. Google, Amazon ve diğer sağlayıcıların bulut teknolojisi sayesinde işletmeler, ihtiyaç duydukları bilgi işlem gücünü, büyük ölçekli, uygun maliyetli bilgi işlem merkezleri kurmuş (ve kurmaya devam eden) kuruluşlardan toplayabilir.
Son olarak, klasik bilgisayarlardan farklı teknolojiler kullanan kuantum bilişim sistemlerinin bir gün büyük ölçekli bilişim sistemleri için kullanışlı hale gelmesi kuvvetle muhtemeldir. Bu, bilgi işlem yeteneklerini yeni performans seviyelerine çıkaracaktır. Dünya çapındaki araştırmalar, kuantum bilgisayar geliştiricilerinin karşılaştığı büyük mühendislik zorluklarını çözmeye çalışıyor. Amerika Birleşik Devletleri ve diğer yerlerdeki laboratuvarlar iyi bir ilerleme kaydediyor ve küçük sistemlerle pratik gösteriler sağlıyor.
Transistör yoğunluğundaki değişikliklere alternatif ölçümler
Elektronik sistemlerin türleri, ölçekleri ve işlevlerindeki çeşitlilik göz önüne alındığında, bilgisayar sistemlerinde (hatta entegre devrelerde) ilerlemeye ilişkin güvenilir bir genel ölçüm henüz mevcut değildir. Ancak metrikleri bulmak için çeşitli girişimlerde bulunuldu. Moore IEEE Spectrum'da (2020), bu alandaki ilerlemeyi izlemek için yararlı bir ölçüm geliştirmeye yönelik yaklaşımları tanımladı. Bu yaklaşımlar, ara bağlantılar gibi çip parametrelerinin değiştirilmesindeki ilerleme ölçümlerini birleştirdi. Ancak bu girişimler, birçok parametre boyunca sistem performansında meydana gelen değişiklikler nedeniyle engellenmektedir. Akıllı telefonlar veya bulut bilişim hizmetleri gibi belirli sistemlerin performansını tanımlayan ölçümlerin geliştirilmesi daha muhtemeldir.
Kusurlu metriklerin değeriyle ilgili olarak hiçbir şeye kıyasla devam eden tartışma sağlıklı ve canlandırıcıdır. Sınırlarına ulaşmış gibi görünen bir alan en iyi öğrencileri çekmeyecektir. Dahası, metrik meselesi büyük öğrencileri mikroelektronik alanında kariyer yapmaya çekebilir. O halde sürekli ilerleme gerçeğinin ve buna karşılık gelen fırsatların geniş çapta anlaşılması önemlidir.
Dünyanın hangi bölgeleri ihtiyaç duyulan yenilikleri sağlayacak?
Tüm büyük çip üreticileri, gelişmiş ürün geliştirmeye önemli ölçüde yatırım yapıyor. Ancak bu çalışmanın meyveleri her zaman yayınlanmamaktadır. Yayınlanan sonuçlar genellikle akademik kurumlardan ve hükümet tarafından finanse edilen laboratuvarlardan gelir.
Geçmişte, Amerika Birleşik Devletleri yarı iletken üretimine hakim olduğunda, yarı iletken proses yeniliklerinin çoğunu üretmişti. Intel açık ara liderdi. Kaliforniya Üniversitesi gibi yerlerde hükümet tarafından finanse edilen kapsamlı akademik araştırmalar, endüstriye giren yeniliklerin önemli bir kaynağıydı. Bununla birlikte, Kore ve Çin Tapei'nin eşdeğer veya muhtemelen daha üstün yeteneklere sahip şirketler geliştirmesi nedeniyle, yarı iletken endüstrisinin yurt dışına taşınması inovasyon ortamını değiştirdi. Bu arada Çin Halk Cumhuriyeti de önemli ilerlemeler kaydetmiştir.
Ek olarak, daha önce de belirtildiği gibi, bu makalede açıklanan hiçbir yenilik, artan karmaşıklık ve maliyete sahip üretim ekipmanı olmadan pazara ulaşamaz. Bu pazarda Avrupa veya Kuzey Amerika'da yalnızca birkaç şirket kaldı. Applied Materials, Amerika Birleşik Devletleri'nde Lam Research ile birlikte proses ekipmanlarında açık ara liderdir. Gelişmiş fotolitografi alanında Hollandalı bir şirket olan ASML neredeyse tekele sahiptir. Bu şirketler konumlarını ve karlılıklarını korumak için yüksek düzeyde araştırma yürütüyorlar.
Çözüm
50 yıldır dünya elektronikteki olağanüstü düzeydeki yeniliklerden yararlanıyor. Transistörleri giderek azalan birim maliyetle ölçeklendirme ve üretme yeteneği, bunu mümkün kılan önemli bir faktör olmuştur. Ancak birim maliyetin düşmesinin bu alandaki yenilikçiliğin basit bir ölçüsü olduğu ortaya çıktı. Endüstri kaynakları, çip transistör yoğunluğunun , Moore Yasası tarafından tanımlanan iki yılda değil önümüzdeki on yılda iki katına çıkacağını öngörüyor. Bu, yarı iletkenlere dayalı elektronik sistemlerdeki yeniliklerin sonu anlamına gelmiyor.
Gelişim için birçok yaratıcı fikir var. iyimserliğin bir nedeni olarak, yeniliklerin çip transistör yoğunluğuna odaklanmaktan sistem performansındaki darboğazların ortadan kaldırılmasına yönelmesidir. Bu amaçla, "parazitik kayıpları" (örneğin çevresel kapasitansla ilgili olanlar) azalttılar ve işlem hızını azaltan sistemler arası sinyal gecikmelerini azalttılar. Ayrıca, yeni transistör ve çip mimarileri, cihaz boyutları atom ölçeğine yaklaştıkça anahtarlama performansı sınırlarını genişletiyor.
iyimser bir makale alıntılamışsın ama keşke öyle olsa. Maalesef sona geldik.
Gündemdeki Haberler
güncel Önemli Başlıklar