Çiplerde dikey mimari çağı başlıyor; Yeni çalışma Moore Maddesi’nin ömrünü uzatabilir

Yarı iletken sanayisi son elli yılı aşkın müddettir işlemcilerin performansını artırmak için büyük ölçüde birebir sisteme başvuruyor: Transistörleri küçültmek ve bir çipin üzerine mümkün olduğunca fazla sayıda transistör yerleştirmek. Bu yaklaşım, yıllardır bilgisayar teknolojilerindeki gelişimin temelini oluşturan Moore Yasası‘nın da merkezinde yer alıyor. (Intel’in kurucularından Gordon Moore tarafından 1965 yılında ortaya atılan Moore Yasası, bir çip üzerine yerleştirilebilen transistör sayısının nizamlı aralıklarla katlanarak artacağını öngörüyordu. Son yarım yüzyılda yarı iletken bölümündeki gelişmeler de büyük ölçüde bu öngörüyü doğrular nitelikte ilerledi.) Fakat transistörler artık birkaç nanometre ölçeğine kadar küçüldüğü için, kesim fizikî sonlarla karşı karşıya kalmaya başlamış durumda. Bu yüzden araştırmacılar son yıllarda işlemcileri daha güçlü hâle getirebilmek için yalnızca daha küçük transistörler üretmeye değil, çiplerin mimarisini değiştirmeye de odaklanıyorlar. Bu alanda öne çıkan en değerli yaklaşımlardan biri ise üç boyutlu (3D) çip dizaynları.

Geleneksel işlemcilerde transistörler tek bir düzlem üzerinde yan yana dizilirken, 3D çip dizaynlarında bu bileşenler katmanlar hâlinde üst üste yerleştiriliyor. Bu sayede çiplerin kapladığı alan büyümeden çok daha fazla transistör kullanılabiliyor. Ayrıyeten devre elemanları ortasındaki fizikî uzaklığın azalması, data transfer suratını artırırken güç tüketimini de düşürüyor. Bilhassa yapay zekâ sistemleri ve büyük data sürece uygulamalarının giderek daha fazla süreç gücüne gereksinim duyduğu günümüzde, bu yaklaşım yarı iletken kesiminin geleceği açısından kritik bir evrim olarak görülüyor.

Ancak bugüne kadar üç boyutlu çiplerin önündeki en büyük mahzurlardan biri üretim süreci oldu. Zira çağdaş silikon transistörlerin üretilebilmesi için yaklaşık 1000 dereceye ulaşan yüksek sıcaklıklar gerekiyor. Buna rağmen çip içerisindeki metal ilişkiler bu sıcaklıklara dayanamadığı için, yeni katmanlar eklenirken alttaki devrelerin ziyan görme riski ortaya çıkıyor. Bu nedenle araştırmacılar yıllardır yüksek performanslı silikon transistörleri üst üste yerleştirmenin pratik bir yolunu bulmaya çalışıyor.

Illinois Üniversitesi’nde misyonlu araştırmacılar, artık bu sorunu ortadan kaldıracak yeni bir sistem geliştirmiş olabilir. Nature mecmuasında yayımlanan araştırmaya nazaran takım, klasik üretim tekniklerinden farklı olarak son derece ince silikon nanomembranlar kullanarak çok katmanlı çipler üretmeyi başardı. Araştırmacıların kullandığı silikon katmanlar 10 nanometreden bile ince. Bu ultra ince katmanlar, özel bir silikon yüzeyden ayrılarak daha evvel üretilmiş devrelerin üzerine aktarılıyor. Üstelik bu süreç 200 derecenin altında gerçekleştirildiği için alttaki metal kontaklar ziyan görmüyor. Böylece uzun yıllardır üç boyutlu çip dizaynlarının önündeki en kıymetli teknik pürüzlerden biri aşılmış oluyor.

Araştırmacılar Yeni Bir Transistör Mimarisi de Geliştirdi

Araştırma grubu bununla da yetinmedi; klâsik transistör üretiminde kullanılan ve yüksek sıcaklık gerektiren birtakım süreçleri büsbütün ortadan kaldıran “junctionless” ismi verilen farklı bir transistör mimarisi geliştirdi. Bu tasarım sayesinde transistörlerin çalışabilmesi için sonradan yüksek sıcaklıkta süreç uygulanmasına gerek kalmıyor. Böylelikle üretim süreci boyunca sıcaklık hudutları korunurken, performanstan da taviz verilmemiş oluyor.

Araştırmacılar geliştirdikleri sistemle üç farklı silikon katmanını üst üste yerleştirerek çalışan devreler üretmeyi başardı. Her katmanda 625 transistör bulunurken, üretim verimliliğinin yüzde 98 ila 100 düzeyine ulaştığı belirtiliyor. Daha da kıymetlisi, geliştirilen transistörlerin performansının klâsik yüksek sıcaklıkta üretilen silikon transistörlerle rekabet edebildiği söyleniyor.

Araştırmanın başındaki isim olan Profesör Qing Cao‘ya göre bu çalışma, Moore Maddesi’nin ömrünü uzatabilecek değerli gelişmelerden biri olabilir. Zira kesim artık transistörleri küçültmekte zorlanırken, performans artışını dikey istikamette büyüyen çip mimarileriyle sürdürebilir. Üstelik başta da belirttiğimiz gibi bu teknolojinin tesiri sırf daha fazla transistör yerleştirebilmekle sonlu değil. Devre elemanlarının birbirine yaklaşması sayesinde data transfer gecikmeleri azalırken, güç verimliliği de artıyor. Bu durum bilhassa yapay zekâ, makine tahsili ve yüksek performanslı bilgi sürece sistemleri için değerli avantajlar sağlayabilir.

Laboratuvar ortamında elde edilen sonuçlar, teknolojinin ne kadar olgunlaştığını göstermesi açısından dikkat alımlı. Tabii bu üretim prosedürünün endüstriyel ölçekte kullanılan büyük silikon plakalar üzerinde de uygulanıp test edilmesi gerekiyor. Bu teknolojinin yaygın olarak kullanılıp kullanılamayacağı o testler sonrası muhakkak olacak.Ancak araştırmacılar, geliştirdikleri yaklaşımın mevcut yarı iletken üretim süreçleriyle uyumlu olduğunu ve gelecekte daha fazla katmanın üst üste eklenebileceğini söylüyor. Şayet bu teknoloji ticari üretime taşınabilirse, bilgisayar işlemcilerindeki bir sonraki büyük sıçrama daha küçük transistörlerden değil, üst gerçek yükselen üç boyutlu çiplerden gelebilir.

Kaynak : Donanimhaber