Ivan Sutherland, etkileşimli ve grafik bilgi işlemin geleceğini önceden bildiren bir yazılım sistemi olan Sketchpad’i yarattığından bu yana altmış yıl geçti. 1970’lerde, bilgisayar endüstrisinin, günümüzün yarı iletken endüstrisinin temeli olacak yüzbinlerce devreden oluşan yeni bir mikroçip türü inşa etmesinde rol oynadı.
Şimdi 84 yaşındaki Dr. Sutherland, ABD’nin çok önemli bir zamanda, ülkenin en gelişmiş bilgisayarların yapımında liderliği geri almasına izin verecek alternatif çip yapma teknolojilerini düşünmekte başarısız olduğuna inanıyor.
Bilgisayar tasarımcıları, elektrik direnci olmadan geçiş yapan ve sonuç olarak daha yüksek hızlarda aşırı ısı üretmeyen aşırı soğutulmuş elektronik devrelere güvenerek, daha hızlı makinelerin önündeki en büyük teknolojik engeli aşabileceklerini iddia ediyor.
O ve bir meslektaşı yakın zamanda teknoloji uzmanları ve hükümet yetkilileri arasında dolaşan bir makalede, “Süper iletken dijital devre fırsatını en iyi şekilde değerlendiren ulus, bilgi işlem üstünlüğünün keyfini on yıllar boyunca çıkaracak” diye yazmıştı.
Dr. Sutherland’ın içgörüler kısmen önemlidir, çünkü on yıllar önce bilgisayar çipleri yapımında günümüzün baskın yaklaşımını yaratmaya yardım etmede etkili olmuştur.
1970’lerde, California Teknoloji Enstitüsü’nde bilgisayar bilimi bölümünün başkanı olan Dr. Sutherland ve o zamanlar Xerox’un Palo Alto Araştırma Merkezi adlı bir bölümünde araştırma yöneticisi olan kardeşi Bert Sutherland, bilgisayar bilimcisi Lynn’i tanıttı. Fizikçi Carver Mead’e Conway.
Amerika Birleşik Devletleri’nde icat edilen, tamamlayıcı metal oksit yarı iletken veya CMOS olarak bilinen bir tür transistöre dayalı bir tasarıma öncülük ettiler. Kişisel bilgisayarlar, video oyunları ve çok çeşitli ticari, tüketici ve askeri ürünler tarafından kullanılan mikroçiplerin üretilmesini mümkün kıldı.
Şimdi Dr. Sutherland, CMOS’tan önce gelen ve birçok yanlış başlangıcı olan alternatif bir teknolojiye bir kez daha bakılması gerektiğini savunuyor. Süperiletken elektroniğe 1950’lerde Massachusetts Institute of Technology’de öncülük edildi ve ardından 1970’lerde IBM tarafından büyük ölçüde terk edilmeden önce 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 şaşırtıcı ilerlemeyi anlatan bir makale okudu.
Bay Gorbaçov meraklanmıştı. Bu, Sovyetler Birliği’nin mükemmel olabileceği bir 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.
Ancak makaleyi okuduğunda, Dr. Likharev Pravda muhabirinin haber bültenini yanlış okuduğunu fark etti ve Fujitsu süper iletken bellek çipinin olduğundan beş kat daha hızlı olduğunu iddia etti.
Dr. Likharev hatayı açıkladıancak alanın hala umut vaat ettiğini kaydetti.
Bu, Dr. Likharev’in küçük laboratuvarına birkaç milyon dolarlık araştırma desteği verilmesini sağlayan bir olaylar zincirini başlatarak, onun küçük bir araştırmacılar ekibi kurmasını ve nihayetinde Berlin Duvarı’nın yıkılmasından sonra Amerika Birleşik Devletleri. Dr. Likharev, New York’taki Stony Brook Üniversitesi’nde fizik pozisyonu aldı ve başlamasına yardım etti. Hypreshala var olan bir dijital süper iletken şirketi.
Hikaye orada bitmiş olabilir. Ancak, modern çip yapımının maliyetleri muazzam hale geldiğinden, yakalanması zor teknoloji bir kez daha ivme kazanıyor gibi görünüyor. Yeni bir yarı iletken fabrikasının maliyeti 10 ila 20 milyar dolar arasındadır ve tamamlanması beş yıl kadar sürer.
Dr. Sutherland, Amerika Birleşik Devletleri’nin azalan verimlilik sağlayan daha pahalı teknolojileri zorlamak yerine, alışılmışın dışında düşünebilen bir genç mühendisler nesli yetiştirmeyi düşünmesi gerektiğini savunuyor.
Anahtarlardaki ve kablolardaki elektrik direncinin sıfıra düştüğü süper iletken tabanlı bilgi işlem sistemleri, dünyanın veri merkezlerini giderek daha fazla rahatsız eden soğutma sorununu çözebilir.
CMOS çip yapımına Tayvanlı ve Güney Koreli şirketler hakimdir. Amerika Birleşik Devletleri şimdi, ülkenin çip endüstrisini yeniden inşa etmek ve küresel hakimiyetini yeniden kazanmak için bir trilyon dolarlık özel ve kamu parasının neredeyse üçte birini harcamayı planlıyor.
Dr. Sutherland’a, endüstride CMOS üretiminin ilerleme maliyetini katlanılmaz hale getirecek temel sınırlara ulaştığına inanan başka kişiler de katılıyor.
Bir uzman olan Jonathan Koomey, “Sanırım, bilgisayarları tasarlama şeklimizi kökten değiştirmek zorunda kalacağımızı söyleyebiliriz, çünkü silikona dayalı mevcut teknolojimizle mümkün olanın sınırlarına gerçekten yaklaşıyoruz” dedi. büyük ölçekli bilgi işlem enerji gereksinimlerinde.
Transistörlerin boyutunu yüzlerce veya binlerce atom boyutuna indirdiği için, yarı iletken endüstrisi çeşitli teknik zorluklarla giderek daha fazla uğraşıyor.
Modern mikroişlemci çipleri, mühendislerin “koyu silikon” olarak tanımladıkları şeyden de muzdariptir. Modern bir mikroişlemci çipindeki milyarlarca transistörün tümü aynı anda kullanılırsa, yarattıkları ısı çipi eritir. Sonuç olarak, modern çiplerin tüm bölümleri kapatılır ve transistörlerin yalnızca bir kısmı herhangi bir zamanda çalışır – bu da onları çok daha az verimli hale getirir.
Dr. Sutherland, ABD’nin ulusal güvenlik nedenleriyle alternatif teknolojileri dikkate alması gerektiğini söyledi. Bir süper iletken bilgi işlem teknolojisinin avantajları, ilk olarak, kablosuz sinyalleri işleyen cep telefonu kulelerinin içindeki özel bilgisayarlar olan hücresel baz istasyonları için son derece rekabetçi bir pazarda yararlı olabilir, dedi. Çin, mevcut 5G teknolojisi için pazarda baskın bir güç haline geldi, ancak yeni nesil 6G yongalarının, süper iletken işlemcilerin hem aşırı hızından hem de önemli ölçüde daha düşük güç gereksiniminden yararlanacağını söyledi.
Diğer sektör yöneticileri de aynı fikirde. Alphabet’in başkanı ve Stanford’un eski başkanı olan elektrik mühendisi John L. Hennessy, “Ivan, güç sorununun büyük sorun olduğu konusunda haklı,” dedi. Sorunu çözmenin yalnızca iki yolu olduğunu söyledi – ya genel amaçlı bilgisayarlarda pek mümkün olmayan yeni tasarımla verimlilik elde ederek ya da mevcut kurallara bağlı olmayan yeni bir teknoloji yaratarak.
Böyle bir fırsat, düşük güçlü bilgi işlem verimliliği harikası olan insan beynini taklit eden yeni bilgisayar tasarımları yapmak olabilir. Nöromorfik bilgi işlem olarak bilinen bir alandaki yapay zeka araştırmaları, daha önce geleneksel silikon üretimini kullanmıştı.
Süper iletkenlik şirketi Hypres’in baş teknoloji sorumlusu Elie Track, “Süper iletken teknolojiyi kullanarak insan beyninin eşdeğerini yaratma potansiyeli gerçekten var” dedi. Hâlâ erken deneysel aşamalarda olan kuantum bilgi işlem teknolojisiyle 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, bunun nedeni kısmen CMOS dünyasının son bir engele çarpmak üzere göründüğü her seferinde akıllı mühendisliğin onu aşmış olmasıdır.
2019’da, MIT’de Max Shulaker liderliğindeki bir araştırma ekibi, bir karbon nanotüplerden mikroişlemci Bu, günümüzün silikon çiplerinden 10 kat daha fazla enerji verimliliği vaat ediyordu. Dr. Shulaker, teknolojinin hibrit bir versiyonunu ticarileştirmek için Wilmington, Mass.’ta bir yarı iletken üreticisi olan Analog Devices ile birlikte çalışıyor.
“Silikonun yenemeyeceğine giderek daha fazla inanıyorum” dedi. “Hareketli bir hedef ve yaptığı işte gerçekten çok iyi.”
Ancak silikon atomik sınırlara yaklaşırken, alternatif yaklaşımlar bir kez daha umut verici görünüyor. Birkaç Silikon Vadisi şirketinin kurulmasına yardımcı olan bir Stanford bilgisayar bilimcisi olan Mark Horowitz, Dr. Sutherland’ın süper iletken elektroniğe olan tutkusunu göz ardı etmek istemediğini söyledi.
“Tarihin akışını değiştiren insanlar her zaman biraz çılgındır, bilirsiniz, ama bazen delidirler, doğru,” dedi.