Bilim 29 EYLÜL 2015 / 09:55

Teknoloji dünyası grafen ile yeni bir çağa hazırlanıyor

Teknoloji dünyası, silikona yavaş yavaş elveda edip grafene geçiş yapmaya hazırlanıyor. Grafen ile beraber teknoloji inanılmaz bir ivme kazanacak.

Günümüzün elektronik teknolojilerine baktığımız zaman, çiplerin büyük oranda doyuma ulaştığını görüyoruz. İşlemlerin ve hesapların yapılmasını, yapay zekanın çalışmasını sağlayan bu çiplerin doyum noktasına yaklaşmış olmalarının sebebi ise basit: ısınma problemleri.

Isınan çipler ve büyük soğutma sistemleri

Günümüz mikroçiplerinin önündeki en büyük engel olan ısınma sorunları, elbette ki kullanılan malzemelerden kaynaklanıyor. Mikroçiplerden daha yüksek performans elde edebilmek için daha fazla sayıda transistöre veya daha yüksek saat hızlarına ihtiyaç duyuyoruz. Şu sıralar masaüstü bilgisayar işlemcilerinde 2.6 milyar civarında transistör bulunabiliyor ve bu işlemciler 4 - 4.5 GHz hızlarında çalışabiliyorlar. Kullanıcılar sıvı nitrojen soğutma sistemleriyle bu çiplerin hızlarını 8.5 GHz'e kadar yükseltebiliyorlar fakat elbette ki bu durum çipin ömrününm kısalmasına sebep oluyor.



Bu kadar ciddi bir şekilde ısınan çipler için elbette ki kendi hacminin yüzlerce katı kadar soğutuclara ihtiyaç duyuyorlar. Bunu ekran kartlarında sıklıkla görebiliyoruz. 601 milimetrekare alanında, 3 - 4 mm kalınlığında bir GPU'yu soğutmak için 30 cm uzunluğunda, 7 - 8 cm kalınlığında bir metal ve fan yığını gerekiyor. Isınma problemi bu kadar ciddi olunca elbette ki gelişim de yavaşlıyor. Şu anda ekran kartı ve işlemci üreticilerinin önünde "ısınma" gibi bir sorun olmasaydı neler üretirlerdi, meraklardayım.

Isıyla ilgili problemlerimizden bahsettikten sonra artık grafene giriş yapabiliriz.

Grafen nedir?

Grafen günümüzün mucize maddesidir. Dünyanın ilk 2 boyutlu atom dizilimine sahip maddesi olan grafen, sadece 1 atom kalınlığında yapraklar halinde kullanılıyor olacak. Çoklu katmanlar halinde kullanılabilen bu madde, çelikten tam 200 kat daha sağlam olmasıyla da dikkat çekiyor. Şu anda dünyanın en iletken maddesi olan grafen, böylece ısınma problemlerinin de önüne geçiyor. Direnç ne kadar düşük olursa ısıya dönüşen enerji de o kadar az oluyor haliyle.


Evet, sadece 1 atom kalınlığında.


Grafen, çiplerin içerisinde yer alan milyarlarca transistörün ana maddesi olarak kullanılmaya başlandığında ise teknoloji dünyasında çok ciddi bir etkiye sebep olacak. Çünkü bu kadar "süper" bir iletkenin kullanılıyor olmasıyla beraber mikroçiplerin işlem güçleri devasa bir sıçrama yapıyor olacak. Bir süre öncesine kadar grafenin en büyük dezavantajı, transistörleri tam anlamıyla kapalı duruma gelmiyor oluşuydu. Fizikle ilgilenen bilim insanları, bu sorunun üstesinden gelerek düzgün çalışan grafen transistörleri üretmeyi başardılar. IBM'in ilk grafen işlemcisi, 100 GHz hızında çalışıyordu. Sonrasında hazırladığı prototiplerde ise 427 GHz hızına kadar ulaşmayı başardı. Grafen transistörlere sahip işlemcilerin 1 THz (terahertz) hızına teoride ulaşabileceği konuşuluyor.

Günümüzde kullanılan işlemciler, uzun süre zarar görmeyecek şekilde 4 - 4.5 GHz hızında, ortalama büyüklükteki bir soğutucuyla kullanılabiliyorlar. Grafenden inşa edilmiş işlemciler 427 GHz hızında çalışabildiğine göre muhtemelen 50 ila 100 GHz hızında, ekstra soğutmaya ihtiyaç duymadan çalışabilen ve milyarlarca transistöre, onlarca çekirdeğe sahip işlemciler görebileceğiz demektir.

100 GHz ne ola ki?

Mikro işlemci saat hızlarının 5 GHz'den 400'lere çıkmasını bir kenara itip 100 GHz hızlarıyla neler yapılabileceğini biraz düşünelim. 100 GHz, aynı teknik özelliklere ve yapıya sahip günümüz işlemcilerine göre 20 kat daha yüksek performans anlamına geliyor. Performansın bir anda 20 kat artmasıyla beraber ortaya çıkacak sonuçlarda bir hayli ilginç olacaktır.



Mesela CPU içerisine yerleştirilmiş ekstra IGP (Integrated GPU - gömülü grafik işlemcisi) sayesinde herhangi bir ekran kartına olan ihtiyaç ortadan kalkabilir. Akıllı telefonlar, günümüz bilgisayarlarından çok çok daha yüksek performansla çalışabilir. Hatta akıllı saatler bile şu anki bilgisayarların gücünü aşabilir. Çip performansının bir anda uçuşa geçmesiyle beraber çözünürlük anlayışımızı komple değiştirip, her boyuttaki ekranda 300 ppi üzeri içerik yayınlanabilir. Oyunlar, gerçek dünya kadar güzel görünebilir; üstelik sadece 1080p'de değil, belki 10800p'de. Simülasyonlar tam anlamıyla gerçek dünyayı taklit edecek kadar harika görünebilir.


Grafen transistörlü GPU’larla beraber sadece sinematik videolarda görebildiğimiz kadar yüksek kalitede oyun oynayabileceğiz.


Tüm bunlarla beraber cihaz boyutlarında gerçekleşecek olan farklılıkları göz önünde bulundurmak gerekiyor. Akıllı telefonlar boyut konusunda doyuma ulaşmayı başarmış, fakat performans konusunda açıkları olan bir alan. Bu noktada boyutlar konusunda çok fazla fark yaratacağını düşünmüyorum. Diğer taraftan masaüstü bilgisayarlar için kullanılan devasa kasalar çöp yığınına dönüşebilir. Zira o kadar büyük bir soğutma sistemine ihtiyaç duyulması için uzun yıllar geçmesi gerekiyor. Silikon transistörlü dönemin sınırlarına ulaştığımız için küçücük mikroçiplerin üstüne devasa soğutucular yerleştirilerek performans artışı elde edilmeye çalışılıyor. Grafene geçiş yaptığımız zaman böyle bir ihtiyaç için uzun yıllar beklememiz gerekecek. Belki de ekran kartlarımız, bundan 15 sene önceki gibi küçücük bir fan ile soğutuluyor olacak, tek slot yer kaplayacak.


Ekran kartının GPU’su kart PCB’sinde çok ufak bir alan kaplıyorken, bu çipi soğutmak için devasa soğutucular kullanılıyor.


Grafen işlemciler, giyilebilir teknolojiler tarafında da büyük gelişimlere sahne olacak. Isınmayan, az güç tüketen ve inanılmaz derecede güçlü çipler, her türlü veriyi kolaylıkla işleyebiliyor olacaklar.

Grafen ne zaman?

İşin güzel tarafı ise bu devrime çok az bir zaman kalmış olması. Firmalar harıl harıl grafenden nasıl faydalanabileceklerini araştırıyorlar. Adını vermek istemeyen çok büyük bir teknoloji firmasının yetkilisinden aldığımız bilgiye göre 3 - 4 sene içerisinde yavaş yavaş silikon yerine grafen transistör kullanan çiplere sahip son kullanıcı ürünleri piyasada yerini almaya başlayacak.
YORUMLAR
Serdar Ak 30 EYLÜL 2015 / 19:40 0 0
Haber ilginç. Silikona bir alternatif bulunması güzel gelişme.

http://www-03.ibm.com/press/uk/en/pressrelease/43928.wss

de IBM'nin haberi var. Henüz 3 Transistor ve bir kaç pasif eleman ile bir RF alıcı yapmışlar. Alıcı çok düşük güçlü ve çok başarılı.

Çok sayıda transistor içeren işlemcilere biraz daha yol var gibi görünüyor. Bir gün olur mutlaka.
Rusen Gobel 30 EYLÜL 2015 / 17:33 0 0
Merhaba Cenk Bey, Elbette ki sistem hızı en düşük bileşenle sınırlıdır. Günümüzde bu en düşük hızlı bileşenler SSD'ler olmakla beraber, bu bileşenler de transistörlerden oluşmaktadır. Benzer bir şekilde RAM'ler de. Dolayısıyla grafen, piyasaya çıktığında bu bileşenleri de vuracaktır. Her sene soket yapısı değişiyorken, işlemcinin ana maddesi diyebileceğimiz transistörlerin değişiminde anakartların ve diğer bileşenlerinin değişmeyeceğini düşünmek biraz mantıksız. Yine de yazımda belirtmeyerek anlamanızda güçlüğe sebep olduğum için üzgünüm. Ayrıca 1500 MHz hızında çalışan bilgisayarları değil, neredeyse telefonları bile geride bıraktık. İyi günler, Ruşen Göbel
cenk yazgan 30 EYLÜL 2015 / 16:29 0 0
Öncelikle yazılanlar doğru bile olsa; bir sistemin hızı en düşük hızlı bileşeni ile sınırlıdır. Yani siz cpu nun hızını 1500MHz bile yapsanız, hafızanızın (RAM) hızının buna destek verebilmesi, hatta daha önemlisi ana kartınızın buna uyum sağlayabilecek hızlarda veri yoluna sahip olmasıngerekmektedir.Dolayısı ile sadce CPU nu hızının artması dediğiniz gibi 20-40 kat hız artışı manasına gelmez. BT haberde eskiden çok daha düzgün makaleler okuyordum. Son 2-3 senedir ciddi bir bilgi eksikliği ile yazılı makaleler okuyup, zamanında makaleler yazdığım BT Haber için üzülüyorum...