Yeni ‘gökdelen’ çipler, bilgisayarları 1000 kat hızlandıracak
ABD’deki mühendisler, manzarayı ağır kaynaklı ve tek katlı bir düzenden, daha verimli ‘gökdelen’ yaklaşımına doğru değiştirerek, geleneksel yongalardaki silikonu istiflenebilen nano malzemeler ile değiştiren yeni bir bilgisayar yongası icat ettiler.
N3XT adı verilen yeni çok katlı yonga, işlemcileri ve bellek yongalarını yanyana dizmek yerine, bir gökdelendeki katlar gibi birbirinin üstüne koyarak veri darboğazlarını kırmak için tasarlanmış. Araştırmacılardan biri olan Stanford Üniversitesi’nden H. S. Philip Wong şöyle söylüyor: “Daha yüksek hız ile daha düşük güç kullanımını birleştirdiğiniz zaman, N3XT yapısı geleneksel yaklaşımlardan 1000 kat daha üstün durumda.”
Eğer şimdiki bilgisayar yapılarını düşünürseniz, bunlar tek katlı evlerin egemen olduğu durgun bir mahalle gibi dizilmişlerdir. İşlemciler ve silikon bellek yongaları, birbirine bitişik şekilde sıralanmıştır, bu da bir tek cihaz tarafından büyük bir alanın işgal edildiği anlamına gelir.
Bu aynı zamanda dijital sinyallerin nispeten uzun mesafeler üzerinden seyahat etmek zorunda oldukları anlamına gelir ve sadece işlemci zamanı ile güç israfına sebep olmaz, ayrıca birçok veri aynı devre üzerinden seyahat etmeye çalıştığı zaman meydana gelen tıkanıklık tehlikesi oluşturur.
Fakat bilgisayar yapıları daha çok bir şehir gibi inşa edilebilseydi ve daha ufak alanlara, aralarında daha az uzaklıkla beraber daha fazla işlemci ve yonga sığdıran süper verimli gökdelenler ile doldurulsaydı nasıl olurdu? İşte N3XT’nin (Nano Mühendislik Yapılmış Bilgisayar Yapıları Teknolojisi) ardındaki fikir bu ve elbette yeni bir fikir olmasa da, Wong ve takımı bunu gerçekte nasıl çalıştıracaklarını çözmüşler.
İstiflenmiş bilgisayar yongalarının sorunu, geçmişte silikondu. Şu anki bilgisayar yapılarımızda harika çalışıyor fakat üretim esnasında yaklaşık 982ºC’ye kadar ısıtılması gerektiği için, üstteki yonga alttakine zarar vermeden silikon yongaları istiflemek fiilen imkansız.
Şu an sahip olduğumuz en işi şey üç boyutlu olanlar veya ayrı ayrı yapılmış, ardından birkaç bin kablo ile bağlanmış, iki silikon yongadan oluşan ‘istiflenmiş’ yongalar. Bu bir sürü kablo gibi görünebilir, fakat karşılaştırmalı olarak konuşacak olursak, bir yongadan diğerine veri aktarmak için bir sürü enerji gerektiğinden, aslında hiç de çok değil.
Buna karşılık Stanford’daki araştırmacılar, geleneksel transistörleri karbon nanotüp transistörler (CNT) ile değiştirerek istiflenmiş yongalar yapmaya karar verdiler. Bunlar silikon transistörlerden sadece daha hızlı değil, üretim esnasında çok yüksek sıcaklıklar gerektirmediğinden aynı zamanda herhangi bir hasara neden olmadan bellek yongaları arasına da döşenebiliyorlar.
Takım ayrıca, sıfır ve birin ikili durumları arasında bellek hücrelerini değiştirmek için küçük elektrik şokları kullanan, dirençli rastgele-erişimli bellek veya RRAM olarak bilinen şeyle mevcut silikon yongaları değiştirdiler. Her bir RRAM ve CNT katmanını bağlamak için, verinin geleneksel devrelerden çok daha küçük uzaklıklarda seyahat etmesine imkan sağlayan küçük elektronik ‘asansörler’ gibi, yol adı verilen milyonlarca cihaz kullanılıyor ve katmanların arasına termal soğutma katmanları konularak ürettikleri ısının artmaması ve uzun dönemli bozulmaya neden olmaması sağlanıyor.
Takım 2014 Uluslararası Elektron Cihazları Buluşması’nda iki katman RRAM belleği ve iki katman CNT’den yaptığı dört katmanlı bir örneği tanıttı ve IEEE Bilgisayar dergisinde yakın zamanda yayınlanacak olan bir tezde, daha gelişmiş gökdelen yaklaşımlarının geleneksel bilgisayar yapılarından nasıl 1000 kat daha verimli olduğunu göstererek benzeşimleri nasıl çalıştırdıklarını açıkladı.
Şimdi, silikondan uzaklaşmak ve muhtemelen çok daha verimli bir yapıya doğru adım atmak için gerekecek devasa altyapı tesisi değişimine yatırım yapmaları için endüstriyi ikna etmek zorundalar, fakat çıkarılacak masrafın çok büyük olacağını söylüyorlar. Ve tabii ki, N3XT’nin yeteneklerini gerçek kanıtlamak için çalışan bir örnek (sadece benzeşimler değil) gerekli olacaktır.
Takımdan biri olan bilgisayar bilimcisi Chris Re şöyle söylüyor: “Erişim alanımızda duran dev hacimlerde veri bulunuyor ve sağlık hizmetlerinden iklim değişikliğine kadar toplumun en acil sorunlarının bazılarıyla ilgililer, fakat bu veriyi ortaya çıkarmak ve kullanmak için gereken sayısal beygirgücümüz yok. Hepimizin N3XT projesinde umduğu gibi, bu acil zorlukların bazılarını çözmek amacıyla beygirgücünü artırmak zorunda olabiliriz.”
