Mühendisler onlarca yıldır, daha fazla işlem gücü elde etmek için bilgisayar çiplerine giderek daha fazla sayıda yerleştirmek amacıyla transistörleri sürekli olarak küçültmeye çalışıyor. Şimdi ise yapay zeka (AI) çağında bu çaba, tam teşekküllü bir yarışa dönüştü.
Peki, bir transistör aslında ne kadar küçük olabilir? Ve daha küçük olmak hala amaç mı?
Bu sorunun cevabını anlamak için öncelikle bir transistörün ne olduğunu bilmeniz gerekiyor.
Georgia Tech’te elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü olan , Live Science’a yaptığı açıklamada, “Eğer bir bilgisayarı veya cep telefonunuzu açarsanız, içinde basılı devre kartı bulunur” dedi.
Bu devre kartında küçük, dikdörtgen şeklindeki nesneler olan çipler bulunur ve her çipin içinde silikon adı verilen minik bir parça vardır. Datta, “Ve o silikonun içine yaklaşırsanız (yaklaşık bir milyon kat büyütmeyle)… belki de şanslıysanız, o silikon parçasına oyulmuş minik anahtarlar veya transistörler görmeye başlarsınız” dedi.
Sign up for our newsletter
Her transistör, gelen elektrik darbelerine yanıt olarak açılıp kapanan bir anahtar gibidir. Modern cihazlarda milyarlarca transistör bulunur ve her biri hassas bir orkestrasyonla 1’ler ve 0’lar taşımak için açılıp kapanır; bu durum Google aramalarından, yapay zeka veri merkezlerinden tutun, okuduğunuz metni görüntüleyen cihazınıza kadar her şeyi mümkün kılar.
Transistörler ne kadar küçük olursa, her çipe o kadar çok yerleştirilebilir ve çiplerin hızı ve işlevselliği de orantılı olarak artar. Peki, şimdiye kadar transistörler ne kadar küçültüldü?
Chalmers Üniversitesi’nde asistan profesör olan ve UCLA’da gelecek asistan profesör olacak olan , Live Science’a ortak yazdıkları e-postada, “Araştırmacılar, tek bir atomun elektron akışını kontrol ettiği cihazlar geliştirmişler, ancak cihazın geri kalanı hala çok daha büyüktür” dediler. Bu, bir transistörün anahtarlama kısmının fiziksel olarak mümkün olan en küçük ölçekte yapıldığı anlamına gelirken, o kadar küçük bir tamamlanmış cihaz henüz mevcut değildir. Yeni malzemeler ve yaklaşımlar bu cihazları daha da küçültmeyi mümkün kılabilir. Persson, Peña ve meslektaşları , diğerlerinin yanı sıra tungsten disülfit adı verilen iki boyutlu yarı iletkenler kullanarak nanoribbon transistörleri 25 nanometre genişliğinde bir kanala sahip olacak şekilde küçültmüşlerdir; bu, insan saçının genişliğinin yaklaşık 0.00025 katıdır.
İki boyutlu yarı iletkenler, yalnızca bir veya birkaç atom kalınlığında olan elektriksel olarak aktif malzemelerdir ve elektrik akımının bu kadar ince bir katmanda daha hassas bir şekilde kontrol edilebildiği için geleneksel silikondan daha küçük transistörlere olanak tanırlar.
Önümüzdeki on yılda, silikon transistörlerin hala küçüldüğünü bekliyorlar, ancak geçmişte olduğu kadar hızlı olmayacak. “Daha da küçülmek için, atomik olarak ince malzemeler gibi iki boyutlu yarı iletkenlere geçmemiz gerekebilir.”
Birçok faktörün önemi
Boyut tek önemli faktör değildir; maliyet de önemlidir. Yeni bir çip tasarlamak ve üretmek son derece pahalıdır. Datta, “İlaç şirketlerinin yaptığı gibi milyarlarca dolar harcayarak tek bir ilaç geliştiren şirketler kadar biz de Ar-Ge’ye büyük yatırımlar yapıyoruz” dedi.
Üretim faktörleri de dikkate alınmalıdır. Persson ve Peña, “Laboratuvarda çalışan bir şeyin fabrika ortamında da aynı şekilde çalışması her zaman mümkün olmayabilir” dediler.
Bir diğer önemli faktör ise enerji verimliliğidir. Datta, “Eğer o küçük silikon parçasına daha fazla transistör yerleştiriyorsak ve her bir transistörün enerji tüketimi artmıyorsa… 10 transistörden 20 transistöre geçtiğimizde, güç bütçemizi ikiye katlamak zorunda kalırız; bu da aynı işi yapmak için daha fazla enerji harcamak anlamına gelir” dedi.
Örneğin, en son Nvidia veri merkezi GPU’ları yüksek miktarda güç tüketiyor ve gelecek modelin de mevcut modellere göre neredeyse bir kilowatt daha fazla güç tüketeceği tahmin ediliyor. Tüketilen gücün yarısı ısı olarak kayboluyor. Datta, “Bu nedenle sadece daha küçük, daha hızlı ve daha ucuz olmakla kalmayıp aynı zamanda daha enerji verimli olmak da önemlidir” dedi.
Yapay zeka çağında boyut hala hedef mi?
Ancak fiziksel olarak transistörlerin yerleştirilebileceği alan sınırlıdır; bu nedenle mühendisler üç boyutlu tasarımlara yönelmektedir (daha uzun yerine daha küçük).
Persson ve Peña, “Her bir transistörü küçültmek yerine, giderek daha fazla sayıda transistörü üst üste yerleştirmek fikri ön plana çıkıyor, böylece aynı çip alanına daha fazla transistör sığdırılabilir. Bu sayede elektronik cihazların gücünü artırabiliriz, her bir transistörün sadece biraz küçültülmesi durumunda bile” dediler.
Bu durum özellikle yapay zeka’nın hızlı büyümesiyle birlikte giderek daha da önem kazanmaktadır. Ancak daha küçük transistörler ve daha güçlü çipler sadece yapay zeka veri merkezleri için değil, aynı zamanda daha küçük ve potansiyel olarak daha ucuz tüketici elektroniği için de önemlidir.
Persson ve Peña, “İnsanlar daha küçük transistörlerin sonuçlarını kesinlikle fark eder” dediler. “Daha az güç tüketebilirler ve aynı çip alanına daha fazla işlem gücü sığdırabilirler; bu da daha hızlı elektronik, daha uzun pil ömrü ve daha düşük maliyet anlamına gelebilir. Tarihsel olarak bu kombinasyon, günümüzdeki akıllı telefonların geçmişteki odalar dolusu süper bilgisayarların performansını aşmasını sağlamıştır.”
Peki transistörler ne kadar küçük olabilir? Datta, “Kontrol edebildiğimiz sürece mümkün olan en küçük boyuta ulaşmak için her şeyi yapacağız” dedi. “Ve yapabildiğimiz sürece ekonominin de işler hale gelmesini sağlayacağız.”
TARİHÇİ DEĞERLENDİRMELERİ (1)