Bilgisayar Çipleri Nasıl Daha Küçük Hale Getiriliyor?

Bilgisayar Çipleri Nasıl Daha Küçük Hale Getiriliyor?

Bilgisayar Çipleri Nasıl Daha Küçük Hale Getiriliyor?

Bilgisayar çipleri için büyük sayılar çoklukla daha uyguna işaret ediyor. Daha çokça çekirdek, daha yüksek GHz bedeli, daha büyük FLOP kıymetleri tüm kullanıcılar ve mühendisler tarafından talep ediliyor. Ama bir öteki bedel de günümüzde ön plana çıkmaya başladı. Çiplerin mümkün olduğunca küçük boyutta üretilmesi hedefleniyor.

Çip sanayisinde; özellik boyutu, süreç devresi olarak isimlendirilen bir kavramla bağlıdır. Farklı üreticiler bu kavramı çipin farklı özelliklerine dikkat çekecek halde tanımlar. Lakin son devirlerde bu kavram, umumi olarak bu bir transistörün iki kısmı arasında mahal alan en küçük boyuttaki boşluk olarak tanımlanıyor.

Transistör, rastgele bir işlemcinin kritik bir elemanıdır. Transistör kümeleri tüm süreçleri yapar ve done depolaması da bu çipler içerisinde yapılır. Küçük bir devresine sahip olmak ise değerlidir. İşlemciler için büyük bileşenlerin durumunu değiştirmek daha uzun devir alır, sinyaller daha uzun mühlet yol kat etmek zorunda kalır ve daha ziyade güce gereksinim duyulur. Başkaca büyük bileşenler daha ziyade konum kaplar ve çiplerin daha büyük hale gelmesine neden olur.

Eski işlemcilere baktığımız hengam, bu işlemcilerin hem daha büyük nokta kapladığını hem de günümüz işlemcilerine nazaran daha az sayıda transistöre sahip olduğunu görürüz. İşlemcinin üzerindeki elektrik akımı çip üzerindeki devreler üzerinde ilerler, birçok süreç sırasında kuvvet harcanır ve bu gücün büyük bir kısmı ısı olarak açığa çıkar. Daha küçük süreç devresine sahip olmak transistörlerin daha süratli geçiş yapabileceği ve böylece saniyede daha çokça süreç yapılabileceği manasına geliyor. Başkaca daha az güç ısı olarak kaybedilecektir.

Pekala yerküre üzerindeki bütün çipler neden mümkün en düşük süreç devresi boyutunu kullanmıyor? Bu noktada fotolitografi olarak isimlendirilen bir süreçten bahsetmek gerekiyor. Işığın kimi kısımlardan geçip kimi kısımlarda engellenmesi hedefleniyor. Işığın geçtiği konumlarda, ışığın küçük bir noktaya hedeflenmesi sağlanıyor ve bu nokta da çip üretimi sırasında kullanılan kişisel bir katmanla etkileşiyor. Böylece çip üzerindeki sınırlı modüllerin ne olacağı belirleniyor.

Bu süreç için aslında ışık kullanılmıyor. Işık çeşitli elektromanyetik dalga uzunluğuna sahip. Elektromanyetik dalgalar büyük bir muhtemel dalga uzunluğu skalasına sahip. Tüm bu skala bir araya geldiğinde ışık tayfı ortaya çıkıyor.

Görünür ışık bu ışık tayfı içerisinde nispeten küçük bir tarafa sahip. Görünen ışık yaklaşık 10^-7 metre boyutunda dalga uzunluğuna sahip. Nanometre cinsinden bahsedecek olursak 380 ile 750 nm arasında bir aralıktan kelam ediyoruz.

Günümüz çip yerküresinde ise 7 nm, 10 nm üzere kıymetlerden kelam ediliyor. Evet görünür ışıktan daha küçük bu kıymetlere nasıl ulaşılıyor? Bunun için fotolitografide görünür ışık değil de kızılötesi ışık (UV) kullanılıyor. Işık tayfında kızılötesi ışık, görünür ışığın bittiği 380 nm’den başlıyor ve 10 nm’ye kadar kısalıyor. Intel, TSMC ve GlobalFoundries üzere üreticiler, EUV (extreme UV) olarak isimlendirilen bir elektromanyetik dalga çeşidini kullanıyor. Bu dalga yaklaşık 190 nm boyutunda. Bu ufak dalga sırf bileşenlerin kendisinin ne kadar küçük oluşturulabileceğini belirlemiyor. Tıpkı hengamda bu bileşenlerin umumi kalitesi de potansiyel olarak daha uygun oluyor. Tüm bunlarla birlikte birçok kesim birbirine daha yakın formda paketlenebiliyor ve çipin umumî boyutu azaltılıyor.

Farklı şirketler, kullandıkları süreç devreleri için farklı isimler kullanıyor. Intel en son süreç devresi için P1274 ya da “10 nm” terimini kullanırken TSMC, süreç devresini 10FF olarak isimlendiriyor. AMD üzere işlemci dizayncıları TSMC tarafından ürütülen 7 nm boyutundaki süreç devrelerini kullanıyor.

6 nanometre denildiği devir işlemciyi oluşturan silikon atomlarının birbirinden 0.5 nanometre uzakta olup atomların kendilerinin de yaklaşık 0.1 nanometre boyutunda olduğu tabir edilmiş oluyor. Bir transistör içerisinde yaklaşık 10 silikon atomu yan alıyor.

Intel, 10 nm üretim hattını 14 nm üretim hattı ile birebir verimde tutmakta zorlandı. GlobalFoundries de 7 nm ve daha küçük üretim hattı geliştirmeyi durdurdu. Intel ve GlobalFoundries şirketleri bu zorlukla yalnızca EUV fotolitografi yüzünden karşılaşmasa da sorunun bir modülü da bu tekniği ilgilendiriyor.

Işığın dalga uzunluğu küçüldükçe taşıdığı kuvvet artıyor. Sonunda üretim esnasında çipe zarar verme ihtimali artıyor. Bu yüzden kullanılan materyallerdeki ufak kusurlar ve kontaminasyon çok kıymetli hale geliyor. Bu üzere faktörler yüzünden tam olarak kusursuz çip elde etmek hayli güç oluyor.

Ayrıyeten atomlarla ilgili çeşitli dertler da mevcut. Elektrik akımı ve güç aktarımı klasik kanunlara her vakit uymuyor. Elektriği, akan elektronlar halinde iletkenlerin içerisinde tutmak Intel ve TSMC’nin çalıştığı boyutlarda hayli çetin hale geliyor. Zira yalıtım gereci gereğince kalın olamıyor.

Tüm bunlara ek olarak maliyet de değerli bir sorun olarak üreticilerin önüne çıkıyor. Daha küçük boyutta üretim yapmak için kullanılan silikon devre levhası sayısı artıyor. Bu durum da maliyetleri arttırıyor. Daha ufak üretimle birlikte birebir sayıda levhaya daha ziyade çip sığdırmak mümkün oluyor. Bu da artan maliyetleri dengeleyen kıymetli faktörlerden birisi. Alışılmış ki artan maliyet, artan eser fiyatı olarak tüketicilerin önüne çıkıyor.

Gelecekte Neler Olacak?

Yakın gelecekte bu bahiste olumlu gelişmeleri göreceğiz. Yalnızca üretim bandında Samsung ve TSMC, 7 nm üretimlerini daha verimli hale getirmiyor. Tıpkı devranda çip dizayncıları da eserlerini daha âlâ tasarlıyor. 3. nesil AMD Ryzen işlemcilerin dizaynını bu duruma örnek gösterebiliriz. Bu işlemcilerde TSMC’nin iki adet 7 nm’lik süreç düğümü ile GlobalFoundries tarafından üretilen bir 14 nm’lik süreç düğümü bulunuyor. İki adet düşük nanometre üretime sahip çip asıl işlemci modüllerini oluştururken, 14 nanometrelik çip DDR4 belleğini ve PCI Express cihazlarını yönetiyor. Bu usul dizaynları yakın gelecekte daha ziyade üreticinden de göreceğiz.

Samsung ve TSMC, 5 nm üretim süreci için araştırmalarını sürdürüyor. 5-6 sene içerisinde 5 nm üretim bandında eserleri görmeye başlayabiliriz. Çipler daha küçük ve daha süratli olacak. Daha az güç harcayacak lakin daha çokça performans sunacak. Daha çokça akıllı cihaz günlük hayatımıza girecek. Cep telefonlarımızın batarya vadesi ve gücü artacak. Oyunlardaki grafikler de çok daha yeterli hale gelecek.

Beğen

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir