Bilgisayarlar-Çip Krizi

Dünya son yıllarda dijital dönüşüm konusunda gittikçe hızlanan bir ilerleme yaşamaktadır. Pandemi süreci de bu dönüşümün hızını artıran bir faktör konumuna gelmiştir.

20. Yüzyılın sonlarında başlayan, 2000’li yıllarda hızlanan sayısallaştırma ve dijitalleştirme sürecinin hemen her alandaki kurumsal yapılarda ve iş yapma biçimlerinde köklü değişiklikler ortaya çıkardığı gözlemlenmektedir.

Dijital teknolojilerin ürünü; robotlar, akıllı sistemler, e-ticaret, sosyal medya, e-devlet, mobil iletişim gibi uygulamalarla; imalat sektörü yanında iletişim, bankacılık, sağlık kurumları gibi hizmet sektörünün farklı alanlarında büyük bir değişim yaşanmaktadır.

Bu değişim ve dönüşümün temelinde; teknolojinin sağladığı işleri daha hızlı, etkili ve ucuz yapabilme olanakları yanında, bilginin anında kaydedilmesi, çok hızlı işlenmesi ve iletilmesi ve karar süreçlerinde kullanılması yatmaktadır. Bu noktaya gelinmesinde, dijitalleştirme süreci oldukça önemli bir yer tutmaktadır.

Yeni dönemde dijital dönüşümün tetiklediği alanların başında çip üretimi gelmektedir.

60 yıl önce icat edilen çip, bilgisayarlardan otomobile günümüz modern cihazlarının en önemli ve en pahalı bileşenine dönüşürken, salgın sırasında akıllı telefonlar ve elektronik ürünlere yönelik talebin beklenmedik şekilde artmasıyla benzeri görülmemiş bir küresel çip kıtlığını tetikleyen kısa vadeli bir arz şokuna neden olmuştur.

Salgın döneminde alınan karantina önlemleri insanları evlere kapatırken, iş, eğitim ve eğlence gibi faaliyetlerin evden yapılmaya başlanmasının da önünü açmıştır.

Teknolojik ürünlerin artan kullanımıyla çiplere olan talep artış gösterirken, bu ürünlerin arzında yaşanan sıkıntı beklenmedik talebi karşılamakta yetersiz kalmıştır.

Son aylarda çip krizi kendini öncelikle otomobil sektöründe göstermiş, bir çok küresel otomobil markası çip tedarikinde yaşanan sıkıntılar nedeniyle üretimlerini durdurmak zorunda kalmıştır.

Elektroniğin hayatımızda her geçen gün artan kullanımı çip üretiminin stratejik önemini net bir şekilde gözler önüne sermiştir.

Günümüzde elektrikle çalışan neredeyse bütün cihazlar mikroçip içerir. Örneğin sürekli kullandığımız kredi kartı ve telefonların sim kartlarında bile kişisel bilgileri içeren çipler kullanılmaktadır.  Bu bakımdan çip üretemeyen ülkeler elektronik alanında dışa bağımlıdırlar.

Hepimizin yaşamında onlarca pahallı elektronik cihaz bulunduğunu düşünürsek çip teknolojisi olmayan bir ülkenin ekonomisinin ne kadar ağır bir yük altında olduğunu tahmin etmek zor değildir.

Hatta yeni ABD yönetimi yaşanan çip krizi sonrası çip konusunu “ulusal güvenlik konusu” olarak kabul ettiğini açıklamıştır.

Çip konusu hem yatırım hem de üretim süreci olarak oldukça pahalıdır ve uzun vadeli bir vizyon gerektirmektedir. Sanayide dijital dönüşüm konusunda çok ileride olan Avrupa bile şu an çip üretemiyor olmanın sıkıntısını yaşamaktadır. Son aylarda Almanya’nın Bosch firması da bu alanda sahne almak üzere yatırımlarına başlamıştır.

Görünen o ki günümüzde küresel rekabete bir aktör daha eklenmiştir: O da elektronik aletlerin beyni olan “çip”tir.

 

GELİN ÇİP KONUSUNU ZAMAN TÜNELİNDE GERİYE GİDEREK İNCELEYELİM

 

Dünyada elektrikle çalışan ve elektronik veri işleme kapasitesine sahip ilk bilgisayar ENIAC’tır.

ENIAC, Electronic Numerical Integrator And Computer kelimelerinin ilk harflerinden oluşmaktadır. Türkçesi Elektronik Sayısal Entegreli Hesaplayıcı’dır.

1941 yılında ABD’nin II. Dünya Savaşı'na katılması sonrasında, 1942 yılında ABD Ordusu tarafından gizli olarak Pennsylvania Üniversitesi'ne ait Moore Elektrik Mühendisliği Okulu’na (Moore School of Electrical Engineering) bu bilgisayarın siparişi verildi. Amaç uzun menzilli top ve füzelerin kullanımında isabet hatasını azaltmak üzere hesaplama yapabilecek bir sistem geliştirmekti.

Söz konusu bilgisayar bilim adamları John Mauchly ve Presper Eckert tarafından yaklaşık 4 yılda imal edildi. Yaklaşık maliyeti 500.000 dolar idi. ENIAC ilk deneme çalışmasına 1945 yılında başladı. Gerçek anlamda çalışabilmesi ise 1947 yılını buldu.

ENIAC, yaklaşık 167 m2 bir alana sığıyordu ve ağırlığı 30 tondu. Tasarlanmış programları çalıştırabilme özelliğiyle ENIAC, saatte yaklaşık 180 kilowatt elektrik harcıyordu.

ENIAC’ın en büyük özelliği; bugünkü çiplerin atası sayılabilecek yarı iletken görevi gören havası boşaltılmış vakum tüpler (diyot tüpler) ve RAM bellek kullanılması olmuştur.

ENIAC, eşitlikleri karşılaştırabiliyor ve çarpma, bölme, toplama ve çıkarma işlemleri yapıp hafızasında veri depolayabiliyordu. Bir kişi tarafından hesaplama süresi 20 saati bulabilen bir topun rotasını, yaklaşık olarak 15 saniye gibi bir sürede hesaplıyordu.  

1947 yılında ENIAC tamamlanıp kullanıma başlandığında artık II. Dünya Savaşı çoktan bitmişti. 1947 yılında basın tanıtımı yapıldıktan sonra,  hava tahmini yapma, atomik enerji hesaplama, kozmik ışın çalışmaları gibi bilimsel çalışmalarda kullanıldı. 

Aşağıda ilk bilgisayar olan ENIAC görülmektedir.

 

 

EDVAC ve UNIVAC

 

İlk bilgisayarın üretilmesinden sonra, bu alanda çalışmalar yoğunlaşmaya başladı ve EDVAC isimli yeni bir bilgisayar üretildi.

Bu bilgisayar, ENIAC’tan daha küçük boyutlara sahipti ve işlem gücü daha yüksekti.

Temelleri, günümüz bilgisayarlarında halen kullanılan mimarilerinden birinin mucidi olan Van Neumann tarafından atıldı. Dahili bir hafızaya sahip olması ve onluk sayı sistemi yerine ikili sayı sistemi kullanması onu ENIAC’tan ayıran özellikleriydi.

EDVAC, yaklaşık olarak 7.850 kg ağırlığına sahipti ve 45 m2 alan kaplamaktaydı.

Bu bilgisayar, yapısında ikili sayı sistemini kullanması ve komutların dışarıdan alınmasına imkân sağlaması nedeniyle günümüz teknolojisinde çok önemli yer tutan yazılım sektörünün önünü açmıştır.

ENIAC üreticileri tarafından tasarlanan UNIVAC ise 1952 yılında ticari anlamda satışa sunulan ve iş yerlerinde kullanılan ilk bilgisayar olarak anılmaktadır. Verileri depolamak için manyetik teyp kullanan ilk bilgisayardır.

1960'lı yıllardan sonra vakumlu diyot tüplerin yerini önce transistörler, daha sonra da yüzlerce transistörün birleşimi olarak tarif edilebilecek entegre devreler almıştır. Bugün bilgisayar teknolojisinde kullanılan mikroçipler ise, birçok entegre devrenin birleşip küçültülmüş halidir.

 

TRANSİSTÖR DEVRİMİ

 

Bu döneme kadar üretilen bilgisayarlarda diyot vakum tüpleri kullanıldı. Bu tüpler, fazla yer kaplaması ve çabuk ısınması sebebiyle bilgisayarlar için birçok dezavantaja sahipti.

1960’larda bilgisayar tarihinde keskin bir değişime sebep olacak bir gelişme yaşandı. Elektronik dünyasında kartların yeniden dağıtılmasına sebebiyet veren transistörler, bilgisayar dünyasında kullanılmaya ve günümüzde kullandığımız bilgisayarların temelleri atılmaya başlandı.

Elektronik devrelerde akım ve gerilim kazancı sağlayan transistörler, bilgisayar alanında vakum diyot tüplerinin sahip olduğu bütün işlevleri yerine getirebiliyordu. Vakum tüpleriyle karşılaştırıldığında boyut olarak çok küçük ve ısınma açısından çok daha verimliydi.

Artık bilgisayarlarda transistörler kullanılmaya başlanacak, devamında transistörlerin bir araya getirilmesiyle oluşan entegre devreler ile bilgisayar boyutlarında büyük bir düşüş görülecek, ardından ise entegre devrelerin bir araya getirilmesi sonucu işlemcilerin tasarlanmasıyla bilgisayarlar günümüzdeki halini almaya başlayacaktı.

 

ÇİP (YONGA)

 

İngilizce “chip”ten gelmektedir.

Çip; yarıiletken özelliği taşıyan silisyum gibi bir maddeden yapılmış milimetrik bir taban üstüne, birbirlerine alüminyum ve altın teller vasıtasıyla bağlanmış milyonlarca transistörün yerleştirilmesi ile meydana getirilen ufak bir birleşik (entegre) elektronik parça olarak tanımlanabilir.

Yarıiletken maddeler normalde yalıtkan olmalarına karşın elektrik verildiğinde iletken özelliği gösterirler, elektrik kesildiğinde tekrar yalıtkan yapılarına dönerler.

Yarıiletkenlerin bu özellikleri, onların elektronik alanında yoğun olarak kullanılmalarını sağlamıştır.

Çip çok küçük (milimetrik) bir yarı iletken malzeme üzerine nanoteknoloji kullanılarak elektronik devrelerin basılmasıdır.

 

 

 

Türkçe çip, mikroçip, yonga, entegre devre olarak adlandırılır. İngilizce'de ise microchip ya da IC (integrated circuit ) olarak adlandırılır.

İlk defa olmak üzere 1958 yılında elektronik mühendisleri Robert Noyce ve Jack Kilby vasıtasıyla birbirinden farklı laboratuvarlarda ama eş vakitte meydana getirilen çip, koca bilgisayarların gizleyebileceği bilgilerin 10 kat fazlasını saklayabilirken çiplerin bu işlemi yaparken tükettiği enerji de oldukça azdır. İlerleyen yıllarda (1968) ilk işlemci 4004 İntel firması tarafından üretildi.

Transistörün icadı ile elektronikte yeni bir çağ başlamıştır. Bunun nedeni transistörün yarı iletken silisyum levha üzerine çok küçük boyutlarda yerleştirilebiliyor olmasıdır.

Eskiden transistör yerine yarıiletken olan vakumlu diyot tüpler kullanılırken elektronik devreler mecburen büyük oluyor, çok enerji tüketiyor ve yüksek ısınmaya neden oluyorlardı. Bu nedenle de bilgisayarlar da hacmen çok büyük oluyor ve çok yer kaplıyordu.

1970’li yılların ikinci yarısında bir kurumun bilgisayarını görme imkânım olmuştu. Oda büyüklüğünde bir bilgisayardı.

1981 yılında onun büyüklüğündeki bir başka bilgisayarı ODTÜ Bilgisayar Bölümünde görmüştüm. O dönemde devasa büyüklükteki bu bilgisayar punch card denilen, programların kartlara delikler açılmak suretiyle yazıldığı kartlar aracılığı ile kullanılıyordu. Teknolojik gelişmeler o kadar hızla ilerliyordu ki birkaç yıl sonra bölümlerde çanta büyüklüğünde kişisel bilgisayarlar kullanılmaya başlandı.

Diyot lambaların yerine daha az hacim gerektiren ve daha az enerji kullanan transistörlerin icad edilmesi elektronik devrelerin fiziki olarak küçülmesine ve daha kapasiteli tasarımların yapılmasına imkân sağlamıştı (çocukluğumuzdaki diyot tüplü radyoları hatırladığınızı umuyorum. Daha sonra transistorün icat edilmesiyle avuç içi büyüklüğünde cep radyoları bunların yerini almıştı).

Çipin yapımında yarıiletken özelliğinden dolayı silikon kullanılmaktadır. Silikon ise tabiatta kumda bulunmaktadır. Kum, bünyesinin 25'i kadar oranında silikon içermektedir. Silikon oksijenin ardından yerkürenin kabuğunda en fazla bulunan element olarak ifade edilebilir. Kum, birbirinden farklı işlemlerden geçiriliyor ve içinde yer alan silikon ayrıştırılıyor. Silikon yeterli saflığa eriştiği vakit elektronik malzeme üretimi için kullanıma hazır duruma gelmiş oluyor.

Saflaştırılmış silikon 1420 derecede eritiliyor silindir şeklinde tek bir kristal biçimine getiriliyor. Soğuduktan sonra bu silindirler milimetrenin 2/3’ü kalınlıkta kesiliyor. Üzerindeki pürüzler temizlendikten sonra bu yarıiletken silikon plakaların üzerine nanoteknolojik aletlerle transistörler yerleştiriliyor.

1958 senesinde entegre devrenin buluşunu yapan Jack Kilby yapmış olduğu tasarıma tek bir transistörü sığdırmayı başarabilmişti. Günümüz dünyasındaysa yeni nesil devrelerde 1 milyar civarında transistör mevcuttur.

Çiplerde yan yana bulunan transistörler arasındaki mesafe ne kadar azaltılabilirse o çipin boyutu ve enerji tüketimi o kadar azalmakta, tersine transistör miktarı arttıkça çipin işlem kapasitesi yükselmektedir.

Şu anda Dünya’da en ileri teknoloji ile üretimde transistörler arasındaki mesafe 5 nanometreye indirilmiş durumdadır. Tabi nanometre nedir diye akla bir soru gelmektedir. 1 nanometre 1 metrenin milyarda biridir. Ya da daha iyi anlamak için bir örnek vermek gerekirse; bir hücre zarının kalınlığı 12 nanometredir. Bu durumda transistörler arası mesafe bir hücre zarının neredeyse 1/3’ü kalınlığındadır.

Dünyanın en büyük ve en ileri çip üreticilerinden olan batılı firmalara fason üretim yapan Taiwan Semiconductor Company (TSMC) şu anda 5 nanometre üretim tekniğini geliştirerek 2023 yılında 3 nanometre üretim tekniğine geçeceğini açıklamıştır.

Aradaki ölçü ne kadar küçülürse bir çipin üzerine daha fazla transistör yerleştirebilmek mümkün olabilmektedir. Bu sayede o çipin kapasitesi artarken enerji tüketimi azalmaktadır.

Bu nedenle telefon gibi mobil cihazlarda bir taraftan cihazı küçültebilmek diğer taraftan enerji tüketimini azaltarak bataryaların kullanım süresini artırabilmek için transistörler arasındaki mesafeyi azaltmak gerekmektedir. Ancak bu işlem çok ileri teknoloji (nanoteknoloji) gerektirmektedir. Bu nedenle Dünya’da çip üretebilen ülke sayıları oldukça azdır.Çip üretiminde kullanılan makine ve teçhizatların üretimi de ABD’nin kontrolü altında bulunmaktadır.  

2020 yılında Dünya’da Yarıiletken Endüstrisi Birliği (SIA) verilerine göre, küresel yarı iletken satışları 439 milyar dolara ulaşmıştır.

2020 yılında bazı çip üreticilerinin satış gelirleri şu şekildedir:

 

2020 yılında dünya çapında satış gelirlerinde ilk 10'da yer alan çip üreticilerinin 6'sının ABD merkezli olması dikkati çekicidir. Çip üretiminde ABD merkezli şirketler Dünya üretimine yön vermektedir.

2019 yılında eski ABD Başkanı Donald Trump, Çin’in endüstriyel amaçları nedeniyle teknoloji devi Huawei’nin ABD yapımı işlemci çiplerine ve diğer teknolojilerine erişimini yasaklamıştı.

ABD'li politikacılar, dünya çapında çip üreticilerinin Çinli teknoloji devi Huawei ve bağlı ortaklıklarına çip tedarik etmesini zorlaştırırken, Çin de yabancı ülkelere, özellikle ABD'ye bağımlı kalmamak için kendi çip endüstrisini güçlendirmeye gayret etmektedir.

Çin Maliye Bakanlığı, çip üreticilerinin 2030 yılına kadar vergisiz olarak makine ve hammadde ithal edebileceğini duyurmuştur.

Günümüzde çipler, ülkeler arasındaki rekabet unsurlarından biri olarak görülmektedir. Pazarda hakimiyet oluşturmak isteyen şirketler ve ülkeler, devasa yatırımlarla çip endüstrisini şekillendirmeye çalışmaktadırlar.

ABD ve Çin arasındaki savaşta yeni bir perde başlamıştır. Uzmanlar, “20. yüzyılda petrol paylaşımı için savaşlar çıktı. 21. yüzyılın savaşı da çip nedeniyle yaşanacak” öngörüsünde bulunuyorlar.

Çip krizinden sonra Dünya’nın en büyük mikroçip üreticisi firmalarından olan Intel 20 milyar dolarlık yatırımla ABD'nin Arizona eyaletinde iki yeni çip fabrikası inşa etmeyi planladığını açıklamıştır.

Apple, Qualcomm, AMD ve Nvidia gibi şirketlere çip üreten Tayvanlı TSMC  dünyanın en büyük fason imalat yapan yarıiletken üreticisidir. TSMC üç yıl içerisinde çip üretimine 100 milyar dolarlık ek yatırım yapacağını duyurdu. Bu yatırımın 12 milyar dolarını Arizona'da yapacağını açıkladı.

Güney Kore'nin dünyaca ünlü elektronik şirketi Samsung ta 2030 yılına kadar Dünya’nın  en büyük çip üreticisi olma hedefiyle 116 milyar dolar bütçe ayıracağını açıkladı.

 

YERLİ ÇİP ÇALIŞMALARI

 

Müslüman ülkeler arasında çip üretme teknolojisine sahip tek ülke Malezya’dır. Geçen yıllarda çip üretimi konusunda Türkiye ve Malezya arasında iş birliği anlaşması imzalanmıştı. Anlaşma kapsamında, Türkiye'deki bazı şirketler, Malezya'daki şirketlerle iş birliği yaparak yerli çip üretimi konusunda çalışmalarını sürdürüyorlar.

Malezya’nın da teknik desteğiyle Türkiye'de yerli çip üretimine yönelik olarak 2014 yılından başlamak üzere TÜBİTAK Bilişim ve Bilgi Güvenliği İleri Teknolojiler Araştırma Merkezi'nde (BİLGEM) çalışmalar yürütülmektedir.

"Çakıl Milli İşlemci Projesi" ile silah sistemlerinde kullanılan yabancı menşeli mikro işlemcilerin yerini alabilecek milli bir işlemci geliştirilmesi hedeflenmektedir. Şu anda prototip çalışması tamamlanmış, test aşamasına geçilmiştir.

Hızlı, düşük güç tüketen, lisans ve satış hakları Türkiye'ye ait olacak olan Çakıl'ın ilk olarak ASELSAN'ın ürünlerinde kullanılmaya başlanması hedeflenmektedir.

 

İNSANLARA ÇİP YERLEŞTİRME

 

2018 yılında İsveç merkezli Epicenter isimli bir şirket, çalışanlarının derisinin altına çip yerleştirme uygulamasını başlattı.

 

 

 

El derisinin altına şırınga aracılığıyla yerleştirilen pirinç tanesi büyüklüğündeki mikroçipler sayesinde, çalışanlar şirket içindeki tüm cihazları kullanmaya, kimlik kartı olmadan şirkete girmeye başladılar.

Deri altına yerleştirilen çipe “RFID” adı veriliyor. Bir antene sahip olan çip, pile ihtiyaç duymuyor. Şırınga yardımıyla derinin altına yerleştirildikten sonra, bir RFID kodu yolluyor. Bu kod etrafta bulunan teknolojilerle iletişime geçebilmeyi sağlıyor.

2021 yılı başına kadar İsveç’te 4 binden fazla kişinin derisinin altına çip yerleştirildiği tahmin ediliyor. Bu kişiler kimlik kartlarını, tren biletlerini ya da anahtarlarını derilerinin altında taşıyorlar. Bu uygulamanın da hayatlarını çok kolaylaştırdığını ileri sürüyorlar.

Çiplerin insanlara takılmasıyla ilgili son gelişmeler çok daha şaşırtıcıdır.

Özel uzay şirketi SpaceX ve Tesla'nın CEO'su Elon Musk'ın en çılgın projelerinden birisi olan insan beynine çip takma fikri için geri sayıma geçildi.

29 Ağustos 2020 tarihinde teknoloji dünyasının öncü isimlerinden girişimci Elon Musk, sahibi olduğu Neuralink adlı firma tarafından geliştirilen ve insan beynine yerleştirilerek, çok sayıda sağlık sorununu gidermesi beklenen elektronik çipin tanıtımını yapmıştı.

Tanıtımda konuşan Elon Musk, söz konusu çipin ağrı tedavisinde faydalı olmasının yanında, görme bozukluğu, işitme kaybı, uykusuzluk, beyindeki hasarlar ve zedelenmiş omuriliğin tedavisinde çok önemli rol üstleneceğini ifade etmişti.

Bu teknoloji ile gelecekte, örneğin insanların yürüyebilmesini engelleyen hasarlı sinir dokularının tedavi edilebileceğini savunuyordu.

2021 yılının Şubat ayı içerisinde Musk bir video yayımladı. Bu videoda beyninin her 2 bölümüne çip yerleştirilmiş bulunan bir maymunun zihin gücüyle bilgisayarda bir oyun oynadığı kaydedilmişti.

Böylece Musk’ın firması olan Neuralink’in geliştirdiği çip bir maymun üzerinde beyin dalgaları ile nelerin başarabileceğini bizlere de göstermiş oldu.

Business Insider'da yer alan habere göre, Musk, beyin çipini bu yıl içinde insanlara takmak istiyor.

Musk’ın felçli bir hastasına verdiği cevap şu şekildedir: “Neuralink implantın güvenli olmasını sağlamak için çok çalışıyor ve ABD Gıda ve İlaç Dairesi'yle yakın temas halinde. İşler iyi giderse bu yıl içinde insanlar üzerinde çalışmalara başlayabiliriz”.

Bu haberden de anlaşıldığı üzere çipler sadece tüketici elektroniğinde değil yakın bir gelecekte beynimizin içinde de yer almaya başlayacak.

Çiple ilgili bütün bu bilgiler, çiplerin gelecekte hayatımızın vazgeçilmezi olacaklarını gösteriyor.