1965'te Gordon Moore, bir silisyum çipteki transistör sayısının her yıl ikiye katlanacağını ortaya attı. Şimdi geriye dönüp bakıldığında, modern dünyayı mümkün kılan bilgi işlem gücünün katlanarak büyüyeceği kehanetini sunan Moore Yasası'nın doğru olduğu görülüyor. Bununla birlikte, 2010'dan başlayarak Moore Yasası aslında bozulmaya başladı ve bugün birçokları bu eşi benzeri görülmemiş büyüme hızının sona erdiğini düşünüyor.
Küçük Bir Transistör
Gordon Moore, Intel Corporation'ın kurucu ortağı ve bilgisayar çağından büyük ölçüde sorumlu kişilerden biri. Transistörün mucidi William Shockley için çalışmaya başladığı 1956'da silisyum transistörle tanıştı ve o zamandan beri adı transistörden ayrılmadı.
Bir transistörün kaynak, geçit ve boşaltma görevlerini üstlenen ayakları vardır ve bu yolla elektrik sinyalini üretir, yükseltir ve yönlendirir. Geçit ayağına voltaj uygulandığında, kaynak ayağından gelen akımın boşaltma ayağına geçmesine izin verilir. Voltaj geçit ayağından alındığında akım geçemez.
Transistörün yaptığı şey, geçit ve kaynak ayaklarına voltaj uygulanıp uygulanmadığına bakarak bilgisayar terimleriyle 1 ve 0 mantıksal değerlerinin üretimini sağlamaktır.
Bir transistörün boşaltma ayağını başka bir transistörün kaynak ayağına veya geçit ayağına bağlarsanız artık inanılmaz derecede karmaşık mantık sistemleri üretmeye başlarsınız.
İnsan beynindeki nöronlar gibi, bu transistörler dijital çalar saatten süper bilgisayara kadar neredeyse tüm modern cihazların çalışmasını mümkün kılıyor. Bir çipe ne kadar transistör eklerseniz cihaz, hesaplama açısından o kadar güçlü hale gelir.
Moore Yasası'nın Ortaya Çıkışı
Gordon Moore'dan Electronics dergisine bilgi işlem teknolojisinin geleceğini dair bir makale göndermesi istendiğinde Fairchild'in silisyum çip üretimiyle ilgili verilerini gözden geçirdi.
İncelemesinde silisyum çip üzerindeki transistör sayısının her yıl ikiye katlandığını buldu ve Electronics'teki makalesinde bu büyüme oranının devam edeceğini söyledi. 1975'te düşüncesini yeniledi ve her yıl değil her 2 yılda bir ikiye katlanacağını söyleyerek bugün bildiğimiz Moore Yasası'nı duyurmuş oldu.
Moore Yasası, matematiksel olarak yasa olmamasına rağmen şunu ortaya koyuyordu: Yaklaşık her 18 ayda bir, bir transistör, mevcut transistörün yarısı boyutuna gelecekti. Bu görüş bir çipe sürekli olarak daha fazla transistör ekleneceği ve böylece öndeki 40 yıl boyunca bilgi işlem gücünün katlanarak büyüyeceği anlamına geliyordu.
Moore Yasası Neden Bozuluyor?
İşlemci gücündeki büyüme hızının yavaşlamasına katkıda bulunan üç ana faktör var ve bunların hepsi birbiriyle ilişkili. Birincisi, elektrik sızıntısıdır. Transistörler onlarca yıldır küçüldükçe enerji açısından daha verimli hale geldi.
Ancak şimdi her biri 10 nanometre boyutuna kadar küçüldüğünden elektrik akımını transistörden geçiren kanal akımı her zaman tutamıyor. Bu durum ısı açığa çıkarır ve transistörün daha hızlı yıpranmasına neden olur. Böylece daha da fazla kaçak meydana gelir.
Bu ısı durumu sadece bir transistörle sınırlı da değil.
Milyarlarca transistörün sızıntı yapması tüm çipin bütünlüğünü ciddi şekilde tehdit edecektir. Aşırı ısınmayı önlemek için işlemcinin, alınan voltaj miktarını azaltarak çipin işlem gücünü sınırlandırması veya kullanımdaki transistör sayısını azaltması gerekli.
Moore Yasası'nın önündeki üçüncü engel ekonomi.
Transistör sayısı iki katına çıktıkça üretilen toplam ısı miktarı da artıyor. Büyük sunucu odalarını soğutmanın maliyeti, bu gelişmiş işlem yongalarının en büyük müşterileri olan birçok işletme için giderek daha fazla dayanılmaz hale geliyor.
Yonga üreticileri Moore Yasası'na ayak uydurmaya çalışarak Ar-Ge'ye daha fazla yatırım yaparken, işletmeler paradan tasarruf etmek için eldeki ekipmanların ömrünü ve performansını uzatmaya çalışıyor. Bu da daha küçük transistör üretmeyi giderek daha kârsız/pahalı hale getiriyor.
Yeterli gelir olmadan, transistörleri daha da küçültmenin önündeki fiziksel engelleri aşmak zordur. Dolayısıyla, Moore Yasası'na son veren aslında fiziksel engeller değil, daha küçük transistöre olan talebin azalması gibi görünüyor.
Moore Yasasına Alternatif Yollarla İlerleme
Yonga tasarımcıları ve üreticileri Moore Yasası'nın önündeki bu zorluğun en az 10 yıldır farkında. Bu yüzden, her iki yılda bir transistörlerin küçülmesine güvenmek yerine bilgi işlem gücündeki büyümeyi sürdürmenin yeni yollarını buldular.
Bunların başında transistöre alternatif modeller geliştirilmesi var. Hem çok geçişli hem de üç geçişli transistör modelleri, Moore yasasını bir süreliğine daha sürdürme yolunu sağlıyor ve halihazırda birçok elektronik cihazda kullanılıyor.
Ancak bunlar geçici çözümler olacak. Moore Yasası'nın etkinliğini kaybetmesi sorununa yönelik en eski ve en etkili yaklaşımlardan biri çok işlemcili ve çok çekirdekli mimarilerin benimsenmesidir.
Kapasitesinin sınırlarına yaklaşan bir çipten daha fazla güç istiyorsanız, bir yerine iki veya daha çok çip kullanırsınız ve güç tüketimi yükselse de işlem gücünüz artar.
Çok çekirdekli sistemde tek bir işlemcinin içinde birkaç yürütme çekirdeği bulunuyor. Her çekirdek, önceki neslin tek çekirdekli tasarımından daha güçsüz ancak bu küçük yongaların eşzamanlı şekilde kullanılması bilgi işlem gücünün artmasını sağlıyor.
Moore Yasası Öldü, Yaşasın Moore Yasası!
Moore Yasası'nın sonunun geleceği bildiğimiz gibi kaçınılmazdı. Nanometre seviyesine indiğiniz zaman bir silisyum yongaya neyin sığabileceğine dair fiziksel bir sınır vardır.
Daha da küçülürseniz atom altı parçacıklarla uğraşmaya başlarsınız, bu da sizi kuantum hesaplama dünyasına sokar ki insanlığın halihazırda vardığı yer burası. Şu anda 3 nm transistörler üretiyoruz ve bir atomun çapı 0.1 ila 0.5 nanometredir. Geleneksel transistörlerin üç atom ve bir elektron boyutundan sonra artık ilerlemeyeceği düşünülüyor. Bundan sonra devreye moleküler, DNA veya spintronik transistörler girebilir ve Moore Yasası bir kez daha kaldığı yerden devam edebilir.
