Moore Yasası’nın Sonu mu Geldi?

Intel’in ortak kurucularından olan Gordon Moore, 1965 yılında geçmiş verilerini inceleyip bu gözlemlerine dayanarak belirli bir alana yerleştirilebilecek transistör sayısının her iki yılda bir (bu süreyi birkaç kez modifiye etmiştir) iki katına çıkacağını ve bilgisayar fiyatlarının da yarıya düşeceğini ileri sürdü. Hatta bu gözlemlerini “Electronics Magazine” adlı dergide yayınladı ve bu makalenin orijinaline de buradan erişebilirsiniz. Elbette herhangi bir matematiksel açıklaması olmasa da aşağıda görmüş olduğunuz grafik, Moore Yasası’nın uzun yıllar boyunca oldukça haklı çıktığını göstermektedir:

Transistor count over time — 1970-2020 yılları arasında farklı şirketlerin ulaştıkları transistör sayıları (Kaynak)

Bu konu hakkında ek çalışmalar yaptığınızda 2021 veya 2022 yılından sonraki bölümler için “DNA programlama?” veya “DNA hesaplama?” gibi ifadeler kullanıldığını görebilirsiniz çünkü Gordon Moore’ın da 2005 yılında bir röportajında belirttiği üzere küçülme noktasında atomik çaplara doğru büyük bir hızla ilerlemekteyiz. Peki bu durum Moore Yasası’nın sonunun geldiğini mi gösterir? Elbette hayır! Peki neden? Gordon Moore her ne kadar transistör sayısını temel alarak bir gözlemini ortaya koymuş olsa da Moore yasası elektronik ve bilişim sektörlerinin uzun vadede üstel bir biçimde geliştiğini ortaya koymuştur. Dolayısıyla çip mühendisliği konusunda lider şirketler yalnızca transistör boyutunu küçültmeye çalışmıyor. Bunun yanı sıra Apple’ın M1 çiplerinde ön plana çıkardığı örneklerde olduğu üzere Neural Engine birimlerinde devrim yaparak yapay zeka öğrenmelerini çok farklı boyutlara taşımış durumdalar. Bir diğer örnek ise işlemci denince akla gelen ilk şirket olan ve Moore’ın göğsünü onca yıldan sonra hâlâ kabartacak olan Intel’den geliyor! 26 Temmuz 2021 yılında “Intel Accelerated” adlı organizasyonda tanıtılan “PowerVia” teknolojisi sayesinde şu zamana kadar geliştirilen ara bağlantı sistemlerinin, sinyal ve güç kablolarını iç içe barındırması sebebiyle ve bütün bu sistemin transistörün üzerine yerleştirilmesinden dolayı yüzleştiği problemler çok büyük oranda ortadan kaldırıldı. Güç kablolarının tamamı aşağıda görebileceğiniz üzere silikon plakanın arka tarafına (transistörün altına) optimize edilmiş metal katmanlar hâlinde taşındı. Böylece transistörün üstü sadece sinyal kablolarıyla kuşatılacak şekilde dizayn edilmiş oldu. Böylece Intel, transistörlerinde frekans kontrolünü çok büyük oranda artırdı ve güç sızıntısı problemini de bu yeni tasarımı sayesinde azaltmış oldu:

a) Eskiden kullanılan sinyal-güç ortak ara bağlantı modeli b) Intel PowerVia ara bağlantı modeli (Kaynak)

PowerVia videosunun devamında da görebileceğiniz üzere Intel, 2021 yılında paketleme teknolojisinde inanılmaz değişikliklere gittiğini bütün dünyaya göstermiş oldu. Buradan da anlaşılacağı üzere Moore Yasası elektronik sektörünün durmadan gelişeceği noktasında haklı çıkmış oldu. Peki transistör boyutları noktasında ne durumdayız?

Yine Intel örneğinden devam etmekte büyük fayda var çünkü Intel çok iddialı bir şekilde inovasyonlarına devam ediyor. Aşağıdaki görselde Intel’in geçmişten geleceğe ne kadar emin adımlarla yürüdüğünü ve 2030 senesi için ticari olarak satışa çıkacak bir entegre devresi için tamı tamına 1 trilyon transistöre ulaşmaya çalışıyor:

Intel’in geçmiş’ten geleceğe Moore Yasası’na sadık kalacağına inandığı gelişim grafiği (Kaynak)

Peki Intel, bütün bunları ileri sürerken hangi kozuna güveniyor? Elbette 2012 yılında geliştirdikleri ve bütün camiada yankıları duyulan muazzam bir tasarıma sahip FinFET teknolojisinin ardından piyasaya sürecekleri ilk transistör mimari tasarımı olan “RibbonFET” teknolojisi! Aşağıda gördüğünüz üzere şeritler hâlinde sıralanan kanallar sayesinde kanal ve akım kontrolü çok daha üst düzeylere çıkarılmış durumda. Aynı zamanda kanallar FinFET teknolojisindeki gibi yan yana değil de üst üste sıralandığı için alandan çok büyük ölçüde tasarruf edilmiştir ve bu sayede de transistör boyuna atom çapının getirmiş olduğu sınır büyük ölçüde aşılmıştır.

Intel FinFET vs. Intel RibbonFET kıyaslamasından da anlaşıldığı üzere RibbonFEt tasarımı büyük bir alan tasarrufu sağlamaktadır. (Kaynak)

Intel’in kendi web sitesinde açıklamış olduğu kilometre taşlarına bakılacak olursa Intel, transistör teknolojisinde 2024 senesinde “Armstrong Çağı”na [1 Armstrong(Å) = 0.1 nm] iki büyük gelişme ile giriş yapmak istiyor! 2024’ün ilk yarısında 20Å; ikinci yarısında veya 2025’in başında ise 18Å boyutunda transistörlerini seri üretmeye hazır olacak! Bu boyutların ne kadar küçük olduğunu size güzel bir kıyaslama ile aktarmama izin verin. Periyodik tabloda görmüş olduğunuz elementlerin atomik çapları yaklaşık olarak 1Å ile 3.5Å arasında değişmektedir. Intel 2024 senesinde 18Å ile aslında 5 Amerikyum atomuna tekabül eden boyutta transistörler üretiyor olacak ki sizler için aşağıya hem bu konuyla alakalı faydalı olabilecek bir periyodik tablo hem de Intel Accelerated YouTube etkinliğinde paylaşılan görseli yerleştirerek bu boyutları sizler için daha anlamlı bir hâle getirmeye çalıştım:

Periyodik tablo ve atomik yarı çaplar (Kaynak)

intel işlemci — Intel’in PowerVia ve RibbonFET teknolojilerini kullanarak 2024 yılında seri üretime geçirmeyi planladığı 20Å boyutundaki transistörler

Her ne kadar bu yazıda hepsinden bahsedemeyecek olsam da size şunu söylemeliyim ki Intel’in oldukça güçlü partnerleri var. IBM zamanı!

IBM ise buradan erişebileceğiniz videodan da görebileceğiniz üzere 20Å boyutundaki transistörlerini ürettiklerini ve bu teknolojilerinin endüstrinin standartlarından biri hâline gelmesinden çok da uzakta bir noktada olmadıklarını dile getiriyor. IBM, bu transistörleri doğrudan kendileri kullanıp entegre ettikleri alanları videolarında tek tek sıralayarak ve geçmişte hangi teknolojilere öncü olduklarını dile getirerek Intel-IBM ortaklığına güven kazandırıyor. İşte burada da Intel ve IBM iki Amerika merkezli şirket olarak güçlerini birleştirerek Samsung, TSMC ve AMD gibi en dişli rakiplerine karşı güçlerini birleştiriyorlar çünkü IBM artık çip üretmediği için Forbes’ın haberinde de belirtildiği üzere IBM, Intel gibi partnerlerinden 2024 senesinin sonunda 20Å transistörlerini seri bir şekilde üretime geçirmesini bekliyor ki bu da tam olarak TSMC’nin 20Å transistörlerini seri üretime geçirmeyi beklediği zaman denk geliyor. Yine Forbes’ın haberine dayanarak şunu söyleyebiliriz ki IBM-Intel ortaklığı, uzun vadede Intel’in tamı tamına 20 milyar dolarlık yatırım yaptığı Meteor Lake adlı üretim tesisi sayesinde son zamanlarda Intel pazarına büyük ölçüde zarar veren AMD’ye karşı güçlü bir koz olarak karşımıza çıkabilir. Yani aslında Intel’in geride kaldığını fark etmesinin ardından inovasyon yayını büyük yatırımlarla ve ortaklıklarla iyice sıkıştırarak 3-4 yıllık bir vadede AMD’nin önüne geçmeye çalıştığını anlayabiliriz. Kısa vadede ise 7nm transistörler konusunda Intel, 2023 gibi bir tarih verirken; TSMC, Samsung ve AMD gibi şirketler çoktan 7nm transistörlerini seri üretime sokup farklı farklı çipler çıkarttılar! Bunlara ek olarak TSMC 3nm çipleri çin 2022’nin ikinci yarısı gibi bir tarih verdi, ardından da bu çiplerde büyük bir verimlilik problemi ile karşılaştıkları gündeme düştü. TSMC’nin büyük müşterilerinden biri olan AMD’nin de bu durumdan oldukça olumsuz bir şekilde etkilenmesi bekleniyor. Yani belki de Intel Ar-Ge sürecini daha iyi bir şekilde planlayarak Meteor Lake tesislerinde 2024 yılından itibaren harikalar yaratarak çip üretiminde aksaklıklar yaşandığı bu süreci daha sağlıklı bir biçimde atlatabilir çünkü Samsung gibi birkaç şirketin daha benzer sorunlarla yüzleştiğini biliyoruz.

Son olarak da Apple’ın son gelişmelerinden bahsetmemiz gerektiğini düşünüyorum. Apple da 8 Mart 2022’de M1 Ultra çipini tanıttı ve 5nm transistörlerini kullanmaya devam etti. Hatta sadece bu kadar da değil. Apple M1 Ultra çiplerinde M1 Pro’yu da kullanmaya devam etti! Nasıl mı? İki adet M1 Pro çipinin UltraFusion adı verilen 10,000’den fazla sinyalle iki çipi birbirine bağlayan bir silikon aracı ile 114 milyar transistöre sahip (ticari kullanımda elde edilen en yüksek miktar) bir M1 Ultra çip elde ediliyor.

M1 Ultra’nın UltraFusion paketleme mimarisi. — Apple M1 Ultra (Kaynak)

Tüm bu anlattıklarımıza bakacak olursak endüstride yer alan hiçbir şirket, Moore Yasası’nın da gözlemsel olarak ortaya koymuş olduğu sıcak rekabetten kaçmaya niyetli değil. Hatta bunun tam aksine yarı iletkenler hususunda yaşanan tedarik zincirinin bozulmasına karşılık olarak güçlerini birleştirerek kilometre taşlarını büyük yatırımlarla birer birer gerçekleştirerek performansı çok daha yüksek çipleri piyasaya sürmeye çalışıyorlar. Her ne kadar bütün bu şirketlerin ve bu yazıya sığdıramadığım nice şirketlerin web sitelerinde “Moore Yasası ve Güncel Zorlukları” gibi başlıklarla karşılaşsak da bu durum, şirketlerin üstel büyümeye ne kadar ilgili olduklarını ve üretmiş oldukları alternatif çözümlerin bu konuda ne kadar etkili olduğunu açıkça göstermektedir. Nanoteknolojinin bu alanda da son derece etkili olarak daha küçük alanda daha verimli ve yüksek hacimli işlemler yapabilecek cihazlar üretmede kullanılması son derece muazzam bir olay! Teşekkürler bilim, teşekkürler teknoloji! Saydığımız bütün bu şirketler için ise iyi olan kazansız diyoruz…

Kaynakça

https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/opinion/moore-law-now-and-in-the-future.html#gs.wb5cnu

https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/news/intel-technology-roadmaps-milestones.html

https://www.intel.la/content/www/xl/es/silicon-innovations/6-pillars/process.html