Ivan Sutherland, etkileşimli ve grafik bilgi işlemin geleceğini tahmin eden bir yazılım sistemi olan Sketchpad’i yarattığından bu yana altmış yıl geçti. 1970’lerde bilgisayar endüstrisini, günümüz yarı iletken endüstrisinin temeli olacak yüzbinlerce devre içeren yeni bir mikroçip türü yapmaya ikna etmede rol oynadı.
Şimdi Dr. 84 yaşındaki Sutherland, ABD’nin kritik bir zamanda, ülkenin en gelişmiş bilgisayarların yapımında liderliği yeniden ele geçirmesini sağlayacak alternatif çip üretim teknolojilerini değerlendirmede başarısız olduğunu söyledi.
Bilgisayar tasarımcıları, elektrik direnci olmadan geçiş yapan ve dolayısıyla daha yüksek hızlarda aşırı ısı üretmeyen aşırı soğutulmuş elektronik devrelere güvenerek, daha hızlı makinelerin önündeki en büyük teknolojik engeli atlayabileceklerini iddia ediyor.
O ve bir meslektaşı, teknoloji uzmanları ve hükümet yetkilileri arasında dolaşan yakın tarihli bir makalede, “Süper iletken dijital devreler fırsatını en iyi şekilde değerlendiren ulus, bilgisayar üstünlüğünün keyfini on yıllar boyunca çıkaracaktır” diye yazdı.
Bulgular Dr. Sutherland kısmen önemlidir, çünkü on yıllar önce şu anda bilgisayar çipleri yapımında baskın olan yaklaşımın geliştirilmesinde etkili olmuştur.
1970’lerde Dr. California Teknoloji Enstitüsü’nde bilgisayar bilimi bölümü başkanı olan Sutherland ve o zamanlar Xerox’un Palo Alto Araştırma Merkezi adlı bir bölümünde araştırma direktörü olan kardeşi Bert Sutherland, Conway’den önce bilgisayar bilimcisi Lynn’i fizikçi Carver Mead ile tanıştırdı.
Amerika Birleşik Devletleri’nde icat edilen Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken veya CMOS olarak bilinen bir tür transistöre dayalı bir tasarıma öncülük ettiler. Kişisel bilgisayarlar, video oyunları ve çeşitli ticari, tüketici ve askeri ürünler tarafından kullanılan mikroçiplerin yaratılmasını sağladı.
Şimdi Dr. Sutherland, CMOS’tan önce gelen ve birçok yanlış başlangıcı olan alternatif bir teknolojinin farklı bir görünüm kazanması gerektiğini söyledi. Süper iletken elektronikler, 1950’lerde Massachusetts Institute of Technology’de geliştirildi ve büyük ölçüde terk edilmeden önce 1970’lerde IBM tarafından takip edildi. Bir noktada, Amerika Birleşik Devletleri’ne dönmeden önce garip bir uluslararası yoldan bile geçti.
1987’de, son Sovyet lideri Mihail Gorbaçov, Rus gazetesi Pravda’da Japon mikroelektronik devi Fujitsu tarafından yapılan düşük sıcaklıklı hesaplamadaki çarpıcı ilerlemeyi anlatan bir makale okudu.
Bilgisayar çipleri için küresel yarış
Bay Gorbaçov büyülenmişti. Bu, Sovyetler Birliği’nin üstün olabileceği tek alan değil miydi? Sovyet Politbüro’ya beş dakikalık bir brifing verme görevi sonunda Moskova Devlet Üniversitesi’nde genç bir fizik doçenti olan Konstantin Likharev’e düştü.
Yazıyı okurken Dr. Ancak Likharev, Pravda muhabirinin basın açıklamasını yanlış okuduğunu fark etti ve Fujitsu’nun süper iletken bellek yongasının olduğundan beş kat daha hızlı olduğunu iddia etti.
doktor Likharev hatayı açıkladı ancak alanın hala umut verici olduğunu kaydetti.
Bu, Dr.’a yol açan bir olaylar zincirini başlattı. Likharev’in küçük laboratuvarına, küçük bir araştırma ekibi kurmasına ve sonunda Berlin Duvarı’nın yıkılmasından sonra Amerika Birleşik Devletleri’ne taşınmasına izin veren milyonlarca dolarlık araştırma hibesi verildi. doktor Likharev, New York’taki Stony Brook Üniversitesi’nde bir fizik pozisyonunu kabul etti ve hala var olan bir dijital süper iletken şirketi olan Hypres’in kurulmasına yardım etti.
Hikaye orada bitebilirdi. Ancak, modern çip üretiminin maliyeti çok büyük olduğu için, yakalanması zor teknoloji yeniden ivme kazanıyor gibi görünüyor. Yeni bir yarı iletken fabrikasının maliyeti 10 ila 20 milyar ABD dolarıdır ve beş yıla kadar sürer.
doktor Sutherland, Amerika Birleşik Devletleri’nin, verimliliği azalan daha pahalı teknolojileri zorlamak yerine, alışılmışın dışında düşünebilen bir genç mühendisler kuşağı yetiştirmeyi düşünmesi gerektiğini savunuyor.
Anahtarlardaki ve kablolardaki elektrik direncinin sıfıra düştüğü süper iletken tabanlı bilgisayar sistemleri, dünyanın veri merkezlerini giderek daha fazla rahatsız eden soğutma sorununu çözebilir.
CMOS çip üretimine Tayvanlı ve Güney Koreli şirketler hakimdir. Amerika Birleşik Devletleri şimdi, ülkenin çip endüstrisini yeniden inşa etmek ve küresel hakimiyetini yeniden kazanmak için bir trilyon doların yaklaşık üçte birini özel ve kamu parasına harcamayı planlıyor.
doktor Sutherland, sektördeki CMOS üretiminin ilerleme maliyetini engelleyici hale getirecek temel sınırlamalarla karşı karşıya olduğuna inanan diğerleri tarafından destekleniyor.
Büyük ölçekli teknoloji uzmanı Jonathan Koomey, “Bilgisayar tasarlama şeklimizi kökten değiştirmemiz gerektiğini kesinlikle söyleyebiliriz çünkü mevcut silikon tabanlı teknolojimizle mümkün olanın sınırlarına gerçekten yaklaşıyoruz” dedi. bilgi işlem gücü gereksinimleri.
Transistörlerin boyutu sadece yüzlerce veya binlerce atom boyutuna küçüldükçe, yarı iletken endüstrisi giderek artan bir şekilde çeşitli mühendislik zorluklarıyla karşı karşıya kalmaktadır.
Modern mikroişlemci çipleri, mühendislerin “koyu silikon” olarak adlandırdıkları şeyden de muzdariptir. Modern bir mikroişlemci çipindeki milyarlarca transistörün tümü aynı anda kullanıldığında, ürettikleri ısı çipi eritir. Sonuç olarak, modern çiplerin tüm bölümleri kapatılır ve transistörlerin yalnızca bir kısmı aynı anda çalışır – bu da onları çok daha az verimli hale getirir.
doktor Sutherland, ABD’nin ulusal güvenlik nedenleriyle alternatif teknolojileri dikkate alması gerektiğini söyledi. Süper iletken bilgi işlem teknolojisinin avantajları, cep telefonu baz istasyonları, kablosuz sinyalleri işleyen cep telefonu kulelerindeki özel bilgisayarlar için oldukça rekabetçi pazarda başlangıçta faydalı olabilir, dedi. Çin, mevcut 5G teknolojisi pazarında baskın bir güç haline geldi, ancak yeni nesil 6G yongaları, süper iletken işlemcilerin hem aşırı hızından hem de önemli ölçüde daha düşük güç gereksinimlerinden faydalanacak dedi.
Diğer endüstri liderleri de aynı fikirde. Elektrik mühendisi, Alphabet başkanı ve Stanford’un eski başkanı John L. Hennessy, “Ivan, güç sorununun büyük sorun olduğu konusunda haklı,” dedi. Sorunu çözmenin yalnızca iki yolu olduğunu söyledi – ya genel amaçlı bilgisayarlar için olası olmayan yeni tasarım yoluyla verimliliği artırmak ya da mevcut kurallara bağlı olmayan yeni teknolojiler geliştirmek.
Böyle bir fırsat, düşük güçlü bilgi işlem verimliliği harikası olan insan beynini taklit eden yeni bilgisayar tasarımları yaratmak olabilir. Nöromorfik bilgi işlem olarak bilinen bir alandaki yapay zeka araştırması, daha önce geleneksel silikon imalatını kullanmıştı.
Süperiletkenlik şirketi Hypres’in baş teknoloji sorumlusu Elie Track, “İnsan beyninin eşdeğerini oluşturmak için süperiletkenlik teknolojisini kullanma potansiyeli gerçekten var” dedi. Hala erken deneysel aşamalarda olan kuantum hesaplama teknolojisi ile karşılaştırıldığında, “bu şu anda yapılabilecek bir şey, ancak ne yazık ki fon sağlayan kuruluşlar buna dikkat etmedi” dedi.
Süper iletken bilgi işlemin zamanı henüz gelmemiş olabilir, çünkü CMOS dünyası ne zaman son bir engele çarpmış gibi görünse, akıllı mühendislik onu aşmıştır.
2019’da MIT’de Max Shulaker liderliğindeki bir araştırma ekibi, günümüzün silikon çiplerinin 10 katı güç verimliliği vaat eden bir karbon nanotüp mikroişlemci ürettiklerini duyurdu. doktor Shulaker, teknolojinin hibrit bir versiyonunu ticarileştirmek için Wilmington, Massachusetts’te bir yarı iletken üreticisi olan Analog Devices ile birlikte çalışıyor.
“Silikonun yenemeyeceğine inanmaya başlıyorum” dedi. “Hareketli bir hedef ve yaptığı işte gerçekten çok iyi.”
Bununla birlikte, silikon atomik sınırlara yaklaştıkça, alternatif yaklaşımlar bir kez daha umut verici görünmektedir. Birkaç Silikon Vadisi şirketinin kurulmasına yardımcı olan bir Stanford bilgisayar bilimcisi olan Mark Horowitz, Dr. Sutherland’ın süperiletken elektronik tutkusunu göz ardı etmek.
“Tarihin akışını değiştiren insanlar her zaman biraz çılgındır, bilirsiniz, ama bazen gerçekten delidirler” dedi.
Şimdi Dr. 84 yaşındaki Sutherland, ABD’nin kritik bir zamanda, ülkenin en gelişmiş bilgisayarların yapımında liderliği yeniden ele geçirmesini sağlayacak alternatif çip üretim teknolojilerini değerlendirmede başarısız olduğunu söyledi.
Bilgisayar tasarımcıları, elektrik direnci olmadan geçiş yapan ve dolayısıyla daha yüksek hızlarda aşırı ısı üretmeyen aşırı soğutulmuş elektronik devrelere güvenerek, daha hızlı makinelerin önündeki en büyük teknolojik engeli atlayabileceklerini iddia ediyor.
O ve bir meslektaşı, teknoloji uzmanları ve hükümet yetkilileri arasında dolaşan yakın tarihli bir makalede, “Süper iletken dijital devreler fırsatını en iyi şekilde değerlendiren ulus, bilgisayar üstünlüğünün keyfini on yıllar boyunca çıkaracaktır” diye yazdı.
Bulgular Dr. Sutherland kısmen önemlidir, çünkü on yıllar önce şu anda bilgisayar çipleri yapımında baskın olan yaklaşımın geliştirilmesinde etkili olmuştur.
1970’lerde Dr. California Teknoloji Enstitüsü’nde bilgisayar bilimi bölümü başkanı olan Sutherland ve o zamanlar Xerox’un Palo Alto Araştırma Merkezi adlı bir bölümünde araştırma direktörü olan kardeşi Bert Sutherland, Conway’den önce bilgisayar bilimcisi Lynn’i fizikçi Carver Mead ile tanıştırdı.
Amerika Birleşik Devletleri’nde icat edilen Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken veya CMOS olarak bilinen bir tür transistöre dayalı bir tasarıma öncülük ettiler. Kişisel bilgisayarlar, video oyunları ve çeşitli ticari, tüketici ve askeri ürünler tarafından kullanılan mikroçiplerin yaratılmasını sağladı.
Şimdi Dr. Sutherland, CMOS’tan önce gelen ve birçok yanlış başlangıcı olan alternatif bir teknolojinin farklı bir görünüm kazanması gerektiğini söyledi. Süper iletken elektronikler, 1950’lerde Massachusetts Institute of Technology’de geliştirildi ve büyük ölçüde terk edilmeden önce 1970’lerde IBM tarafından takip edildi. Bir noktada, Amerika Birleşik Devletleri’ne dönmeden önce garip bir uluslararası yoldan bile geçti.
1987’de, son Sovyet lideri Mihail Gorbaçov, Rus gazetesi Pravda’da Japon mikroelektronik devi Fujitsu tarafından yapılan düşük sıcaklıklı hesaplamadaki çarpıcı ilerlemeyi anlatan bir makale okudu.
Bilgisayar çipleri için küresel yarış
Bay Gorbaçov büyülenmişti. Bu, Sovyetler Birliği’nin üstün olabileceği tek alan değil miydi? Sovyet Politbüro’ya beş dakikalık bir brifing verme görevi sonunda Moskova Devlet Üniversitesi’nde genç bir fizik doçenti olan Konstantin Likharev’e düştü.
Yazıyı okurken Dr. Ancak Likharev, Pravda muhabirinin basın açıklamasını yanlış okuduğunu fark etti ve Fujitsu’nun süper iletken bellek yongasının olduğundan beş kat daha hızlı olduğunu iddia etti.
doktor Likharev hatayı açıkladı ancak alanın hala umut verici olduğunu kaydetti.
Bu, Dr.’a yol açan bir olaylar zincirini başlattı. Likharev’in küçük laboratuvarına, küçük bir araştırma ekibi kurmasına ve sonunda Berlin Duvarı’nın yıkılmasından sonra Amerika Birleşik Devletleri’ne taşınmasına izin veren milyonlarca dolarlık araştırma hibesi verildi. doktor Likharev, New York’taki Stony Brook Üniversitesi’nde bir fizik pozisyonunu kabul etti ve hala var olan bir dijital süper iletken şirketi olan Hypres’in kurulmasına yardım etti.
Hikaye orada bitebilirdi. Ancak, modern çip üretiminin maliyeti çok büyük olduğu için, yakalanması zor teknoloji yeniden ivme kazanıyor gibi görünüyor. Yeni bir yarı iletken fabrikasının maliyeti 10 ila 20 milyar ABD dolarıdır ve beş yıla kadar sürer.
doktor Sutherland, Amerika Birleşik Devletleri’nin, verimliliği azalan daha pahalı teknolojileri zorlamak yerine, alışılmışın dışında düşünebilen bir genç mühendisler kuşağı yetiştirmeyi düşünmesi gerektiğini savunuyor.
Anahtarlardaki ve kablolardaki elektrik direncinin sıfıra düştüğü süper iletken tabanlı bilgisayar sistemleri, dünyanın veri merkezlerini giderek daha fazla rahatsız eden soğutma sorununu çözebilir.
CMOS çip üretimine Tayvanlı ve Güney Koreli şirketler hakimdir. Amerika Birleşik Devletleri şimdi, ülkenin çip endüstrisini yeniden inşa etmek ve küresel hakimiyetini yeniden kazanmak için bir trilyon doların yaklaşık üçte birini özel ve kamu parasına harcamayı planlıyor.
doktor Sutherland, sektördeki CMOS üretiminin ilerleme maliyetini engelleyici hale getirecek temel sınırlamalarla karşı karşıya olduğuna inanan diğerleri tarafından destekleniyor.
Büyük ölçekli teknoloji uzmanı Jonathan Koomey, “Bilgisayar tasarlama şeklimizi kökten değiştirmemiz gerektiğini kesinlikle söyleyebiliriz çünkü mevcut silikon tabanlı teknolojimizle mümkün olanın sınırlarına gerçekten yaklaşıyoruz” dedi. bilgi işlem gücü gereksinimleri.
Transistörlerin boyutu sadece yüzlerce veya binlerce atom boyutuna küçüldükçe, yarı iletken endüstrisi giderek artan bir şekilde çeşitli mühendislik zorluklarıyla karşı karşıya kalmaktadır.
Modern mikroişlemci çipleri, mühendislerin “koyu silikon” olarak adlandırdıkları şeyden de muzdariptir. Modern bir mikroişlemci çipindeki milyarlarca transistörün tümü aynı anda kullanıldığında, ürettikleri ısı çipi eritir. Sonuç olarak, modern çiplerin tüm bölümleri kapatılır ve transistörlerin yalnızca bir kısmı aynı anda çalışır – bu da onları çok daha az verimli hale getirir.
doktor Sutherland, ABD’nin ulusal güvenlik nedenleriyle alternatif teknolojileri dikkate alması gerektiğini söyledi. Süper iletken bilgi işlem teknolojisinin avantajları, cep telefonu baz istasyonları, kablosuz sinyalleri işleyen cep telefonu kulelerindeki özel bilgisayarlar için oldukça rekabetçi pazarda başlangıçta faydalı olabilir, dedi. Çin, mevcut 5G teknolojisi pazarında baskın bir güç haline geldi, ancak yeni nesil 6G yongaları, süper iletken işlemcilerin hem aşırı hızından hem de önemli ölçüde daha düşük güç gereksinimlerinden faydalanacak dedi.
Diğer endüstri liderleri de aynı fikirde. Elektrik mühendisi, Alphabet başkanı ve Stanford’un eski başkanı John L. Hennessy, “Ivan, güç sorununun büyük sorun olduğu konusunda haklı,” dedi. Sorunu çözmenin yalnızca iki yolu olduğunu söyledi – ya genel amaçlı bilgisayarlar için olası olmayan yeni tasarım yoluyla verimliliği artırmak ya da mevcut kurallara bağlı olmayan yeni teknolojiler geliştirmek.
Böyle bir fırsat, düşük güçlü bilgi işlem verimliliği harikası olan insan beynini taklit eden yeni bilgisayar tasarımları yaratmak olabilir. Nöromorfik bilgi işlem olarak bilinen bir alandaki yapay zeka araştırması, daha önce geleneksel silikon imalatını kullanmıştı.
Süperiletkenlik şirketi Hypres’in baş teknoloji sorumlusu Elie Track, “İnsan beyninin eşdeğerini oluşturmak için süperiletkenlik teknolojisini kullanma potansiyeli gerçekten var” dedi. Hala erken deneysel aşamalarda olan kuantum hesaplama teknolojisi ile karşılaştırıldığında, “bu şu anda yapılabilecek bir şey, ancak ne yazık ki fon sağlayan kuruluşlar buna dikkat etmedi” dedi.
Süper iletken bilgi işlemin zamanı henüz gelmemiş olabilir, çünkü CMOS dünyası ne zaman son bir engele çarpmış gibi görünse, akıllı mühendislik onu aşmıştır.
2019’da MIT’de Max Shulaker liderliğindeki bir araştırma ekibi, günümüzün silikon çiplerinin 10 katı güç verimliliği vaat eden bir karbon nanotüp mikroişlemci ürettiklerini duyurdu. doktor Shulaker, teknolojinin hibrit bir versiyonunu ticarileştirmek için Wilmington, Massachusetts’te bir yarı iletken üreticisi olan Analog Devices ile birlikte çalışıyor.
“Silikonun yenemeyeceğine inanmaya başlıyorum” dedi. “Hareketli bir hedef ve yaptığı işte gerçekten çok iyi.”
Bununla birlikte, silikon atomik sınırlara yaklaştıkça, alternatif yaklaşımlar bir kez daha umut verici görünmektedir. Birkaç Silikon Vadisi şirketinin kurulmasına yardımcı olan bir Stanford bilgisayar bilimcisi olan Mark Horowitz, Dr. Sutherland’ın süperiletken elektronik tutkusunu göz ardı etmek.
“Tarihin akışını değiştiren insanlar her zaman biraz çılgındır, bilirsiniz, ama bazen gerçekten delidirler” dedi.