cpu hızında sona yaklaşılması

• (bkz: ne konuşuyonuz lan siz)
  aslında baya da türkçe kelime kullanmışlar
• cpu hızında sona yaklaşılması'ndan ziyade transistör boyutunda minimum değerlere yaklaşılması durumudur. sorunun çözümü yarı iletken teknolojisinin yerine teknoloji geliştirmek veya mevcut teknoloji ile işlemcileri, soğutucuları ve dolayısıyla cihazları büyütmekten geçiyor.
• günümüzde ayrıntı boyutu olarak 14 nm'ye kadar inildi ama hidrojen atomu zaten 0.1 nm, silikonu bilmiyorum. kısacası atomları transistör olarak kullanamayacağımıza göre yarı iletken teknolojisinde sona yaklaşıyoruz. daha gerçekçi oyunlar oynama hayalimiz hayal olarak kalabilir.
• bilgi kirliliginin oldugu baslik. transistorler gayet de daha hizli acilip kapanabilmekte, ve moore's law'un 5 nm'ye kadar devam edebilecegi ongorulmekte. transistor kuculdugunde daha hizli acilip kapanir; ayni zamanda da birim alanda daha fazla transistor olacagindan, birim alanda daha fazla islem yapilabilir. saat hizinin birkac yildir artmamasinin sebebi transistorlerin daha fazla hizlanamamasi degil, saat hizi arttiginda bilgisayarlarin asiri power tuketmesidir. elektronik cipler genellikle uretildikten ve test edildikten hemen sonra ana kartlara dahil edilmek uzere package denilen, genellikle siyah renkli olan ve metal ile kapli kutucuklara konur (bunun gibi). bu kutucugun isiyi cipten uzaklastirma kapasitesi sinirlidir. yani eger chip 150-200w tuketiyorsa, o kadar cok isinir ki bir yerden sonra cipi sogutmak icin pahali yontemlere gerek duyulur ve bu da cip uretimi icin ekonomik olmaz. ayrica artan sicaklik, transistorlerin calisma karakteristigini etkiler, bunun sonucunda transistorlerin power tuketiminin bir bolumunu olusturan ve 'leakage power' denilen power'i daha da arttirir, bu da sicakligi iyice arttirmaya devam eder, yani bir nevi pozitif dongu olmaya baslar ve cip yanar. yani kisacasi cipin harcayabilecegi guc miktari sinirlidir. hizin yillardir artmamasinin sebebi de tam olarak budur. kaldi ki islemci ne kadar hizli olursa olsun, islemci ile bellek arasindaki iletisim hizi malesef moore's law hizinda artamiyor, bu da islemci hizindan once baska sorunlar ortaya cikariyor. bu yuzdendir ki moore's law yillardir devam etmesine ragmen son yillarda saat hizini arttirmak yerine, bilgisayar mimarlari daha cok 1)enerji verimliligini arttirmak 2)birim alandaki transistor miktarinin artmasini kullanabilmek icin uygulamalari daha 'paralel' hale getirmek icin ugrasmakta (bu ikisi birbiriyle baglantili). bilgisayar mimarlari cok zeki adamlar (kendimden biliyorum adfasasdf), ve bu 2 konuda baya da yol asilmakta. bu iki amacin baska sebebi de, mobil cihazlarin son yillarda cok artmasi, ve bu cihazlar da tamamen enerji acisindan verimli islemciler gerektirmekte. bu iki alandaki arastirmalarin bir cogu gunumuz dijital teknolojisini kullanarak paralel hesaplama yapmaya yonelik. bilgisayarlari daha 'paralel' hale getirmeyi, 'yakin donem' arastirma olarak gorebiliriz. diger arkadaslarin bahsettigi gpu, simd, mmx, sse, multicore, multithreading gibi teknolojileri bu sinifa koymak mumkun. fakat bu teknolojiler gelismeye devam etmek icin saat hizinin artmasini gerektirmese de, yine moore's law'a baglilar; cunku daha fazla paralelize etmek icin; ayni cip uzerinde daha fazla transistor gerekir.
  
  simdi moore's law'a gelirsek; evet 2025'den sonra isler sarpa saracak. su anda gerek karbon nanotupler olsun, gerek benzer farkli malzemeler olsun silikonun yerine gececek malzemeler arastirilmakta. yukarida grafen denmis, grafen transistorlerden pek bir halt olmaz malesef, merak eden olursa sebebini aciklayabilirim. bunun yaninda, bugunku bildigimiz hesaplama ve bilgisayar teknolojilerine alternatif olarak, 3 buyuk alan uzerinde cok ciddi arastirma yapilmakta (bunlari da 'uzun donem' arastirma olarak gormek mumkun):
  
  1) resistive memories (memristor de denir). bu resistive memory'ler flash gibi nonvolatile (bilgiyi saklamak icin elektrige ihtiyaci yok, dram'in ya da sram'in aksine), ama neredeyse dram kadar hizli bir bellek teknolojisidir. bu teknoloji dram gibi islemcinin uzaginda olmak yerine, islemcinin direk dibine entegre edilebildiginden, hem enerji hem hiz acisindan yukarida bahsettigim islemci-bellek arasindaki iletisimin limitini ortadan kaldiriyor. ayrica karbon nanotup transistorler ile entegre edilebiliyor, bunun sonucunda bugunun bilgisayarlarindan 1000 kat daha hizli bilgisayarlar ongoruluyor. meraklisi varsa makaleleri paylasabilirim. cok basit bir ornek: bugun bilgisayari actiginizda bilgisayari kullanabilmek icin os ayarlarinin diskten ya da flash'dan ram'e yuklenmesini bekliyorsunuz, ama bu bellek ile tusa bastiginiz anda cat diye bilgisayar acilabilecek (cunku dedigim gibi, bu memory'ler nonvolatile ve hizli).
  
  2) quantum computing: bu konuda uzman bilgisine sahip degilim. yani iste kanada basbakani kadar biliyorum hehe.
  
  3) cognitive (neuromorphic) computing: beyindeki noron ve sinapsler cok dusuk enerji harcarlar; ve her noron ve sinaps, tek olarak bakildiginda cok noise'ludur (her sinaps yuzde 1-10 ihtimalle yapmasi gerekeni yapabiliyor) ama bunlarin milyarlarcasini biraraya getirdiginizde beyin gibi mukemmel bir yapi ortaya cikiyor. beynin enerji tuketimi 10-20 w arasi olmasina karsin, beynin yapabildigi bircok seyden sadece biri olan goruntu tanima islemini google'in serverlari milyonlarca watt harcayarak yapabiliyor (ogrenme kismindan bahsediyorum). bu alanda amac, beynin enerji verimliligini cip uzerinde gerceklestirebilmek. bilgisayarlar buyuk sayilari carpip toplamak gibi islemleri insandan cok daha hizli yaparken, kompleks bilinc gerektiren islemlerde (fotograftaki objeleri tanima, yeni dil ogrenebilme, diller arasinda ceviri yapma, vb) bugun insan beyninin yanina pek yaklasamiyor (ya da yaklasabilmek icin binlerce ya da milyonlarca kat daha fazla enerji gerektiriyor). bu sebeple aslinda bu teknolojiyi bugunku digital hesaplama teknolojisine alternatif olmaktan cok, onun tamamlayicisi seklinde gorebiliriz; yani toplama ve carpma gibi islemlerin dijital olarak yapildigi, ama bilincsel olarak kompleks islemlerin 'cognitive computing' kullanilarak yapildigi bir cihaz ongorebiliriz. bu alanin ilerlemesi ayni zamanda beyindeki ogrenme fonksiyonunun nasil gerceklestigini anlamakla da ilgili. malesef bugun beyindeki ogrenme fonksiyonunun tam olarak nasil gerceklestigi hala anlasilamamis durumda, ama ilerleme devam ediyor.
• merkezi işlem birimi hızının çıkabileceği ve günlük kullanımda kullanılabilecek son hız için herhangi bir yaklaşım söz konusu değil.
  
  ayrıca atomlar transistör olarak kullanılmaz. atomların yörüngelerinde bulunan elektronların akışı transistör kavramını ortaya çıkartır. transistör nedir, nasıl çalışır buradan izleyebilirsiniz.
  
  oyunların gerçekçi olmasından kasıt dokuların gerçekçiliği ise merkezi işlem biriminin hızlı olmasından ziyade directx 12 api'si beraber gelmiş olan çoklu işlem desteği ile merkezi işlem birimlerinin hızına değil sayısına önem verilmeye başlandı. merkezi grafik işlem birimlerinde de çoklu işlemler directx 12 api'si ile düzenlenmeye başlanarak işlemcinin hızının, performansa etkisi önemli bir faktör olmaktan çıkarılmaya başlandı.
  
  elektronların saçılıp heisenberg belirsizlik ilkesine göre davranış sergileyeceği küçülmeye kadar, merkezi işlem birimleri için hızın limiti söz konusu değil. transistörlerin kimyasal yapısı da şu anda herhangi bir kısıtlama sağlamıyor. bundan yaklaşık 5-6 yıl ^* önce k-kapısının kimyasal içeriği için çalışmalar yapılıp yeni bir yarı iletken silikon temeli üzerine işlemcileri geliştirmeye başlamışlardı.
  
  boyut ne kadar küçülürse, elektron saçılması o kadar fazla olacağından, elektron kaybı ve aşırı ısınma sebebiyle oluşan performans limiti endişesi, yerini çoklu işleme bırakmış durumda diyebiliriz.
• öncelikle başlık cpu saat hızında sona yaklaşılması olması gerekiyor.
  
  işlemcinin hızını sadece cpu saat hızı belirlemez. 3.5ghz lik işlemcinin birim zamanda yapabileceği işlem sayısı sadece cpu saat hızına bağlı değildir.
  
  asıl soru cmos teknolojisi nereye kadar gidebilecek? yarın öbür gün(2 yıl içinde) cmos 5nm teknolojisine geçilecek, geçildiğinde her transistörün genişliği yaklaşık 5-10 civarı atomik küp ( silisyum'un kararlı kristal yapısı tanesi yaklaşık 0.5nm ) boyutuna inecek, biraz daha inmeye çalıştığında (tek atomlu transistör mü olacak tabi inemeyecek) channel length modulation^* başa çıkılamayacak seviyeye gelecek. kısacası 5nm için bi frekans üst sınırı var. bu sınırı geçemezsin transistör bazında. transistörün üzerinden elektron ilerliyor, elektronun 5nm üzerinden ilerleme hızı birim limiti koyuyor. biraz daha var bu limite fakat sorun devre büyüdükçe mesafelerin artması ve tüm işlemcinin çalışma frekansının sınırlanması, ısınmanın artması.
  
  hız bitti denemez biraz daha ilerleyecek fakat boyut olarak bu teknolojinin sonuna geldik. yer tasarrufu için 3 boyutlu finfetler var. henüz 3. boyutta hareket edebiliyoruz, tabi bu işlemcinin daha düşük saat hızlarında daha çok işlem yapabilmesini, paralel processing'i desteklemekte. daha çok transistör demek tek saat darbesinde daha çok işlem yapabilir demek oluyor.
  
  ya da çözüm quantum işlemciler.
• güzel bilgilerin bulunduğu başlık. bilgi işlem sektörüne ilgi duyan arkadaşlar için okuması eminim zevklidir. ancak böyle güzel başlıklarda ilgi çeken ve bol bol favlanan entryinin, sikindirik bir bkz olması sinirimi bozuyor.
  böyle bir görüşe saygı da duymuyorum, eksileyin bunu amk.
• bu konulara biraz yakin biri olarak soylebilirim ki cpu (aslinda transistorleri barindiran islemci) hizinda sona yaklasilmasi yari iletken teknolojisi icin gecerli bir sorundur. cunku daha hizli cpu elde edebilmek icin kullanilabilir alana daha fazla transistor koyabilmek icin transistorlerin kucultulmesi gerekiyor. transistor'deki gate kuculdukte bazi problemler ortaya cikiyor. node'lar birbirine cok yakin olunca elektronlar quantum tunelleme yapiyor yani elektron gate'te kalmasi gerekirken surekli olarak bir gate'den digerine geciyor. bu durumda transistoru kapali duruma getirmek(logic sifir) imkansiz hale geliyor. ayrica isinma ve bu isinmanin getirdigi baska problemler de ortaya cikiyor.
  
  su anda tayvan, transistorde 3 nm teknolojisini gelistirdi ve seri uretim yapabilecek durumdalar. bildigim kadariyla intel ve baska firmalar da 3 nanometre teknolojisini elde edebildiler ama seri uretime gecemediler ısınma problemini tam olarak cozemedikleri icin.
  
  3 nanometrenin altina single molekul transistor, carbon nanotube veya carbon nanowire kullanilarak inilmeye calisiliyor. tek transistor icin (en azindan benim calistigim yerde) basarildi, basarilmak uzere. ondan sonra seri uretimde yani birden fazla transistorun yanyana oldugu durumda ortaya cikacak problemlerin cozulmesi gerekecek. fakat bunlar yine de kalici cozum olamayacaklar. tahminime gore en fazla 10-15 senelik bir ihtiyaci karsilayacak. ama ondan sonra ayni sorun ortaya cikacak.
  
  bu sorunun tamamen ortadan kalkmasi icin mevcut mimarinin terk edilmesi gerekiyor. kuantum bilgisayarlari bu sorunu ortadan kaldiracaktir. su anda kuantum bilgisayarlar icin artik optik(salt foton bazli sistem) kullanilma zorunlulugu yok. cunku optik bazli kuantum bilgisayarlarda memory problemi vardi ve tam olarak asilamadi. fotonu, ici yansitilmis kure icinde tutup istenildigi anda istenilen fotonun oradan cekilmesi hem zor hem de maliyeti yuksek. bunun yerine ornegin fotonu hapsedip dolanik ciftleri yari iletkenlerle birlikte kullanmayi saglayan quantum dot'lar kullanilmaya baslandi. google, ibm, intel, microsoft(yine bu islere en son uyanan firma oldu) ve d-wave firmalarinin urettikleri ve kullandiklari qubit sayisi farkli olan kuantum bilgisayarlar var. kullanilan qubit sayisinin fazla olmasi performansinin digerlerinden daha iyi olacagi anlamina da gelmiyor. cunku kullanilan algoritmalar ve qubit'lerin kullanilis sekli onemli rol oynar.
  
  sonuc olarak yakin gelecekte kuantum bilgisayarlari is gorecek kadar gelistirilmis olacak ve o zamana kadar mevcut yari iletken teknolojisi ihtiyaci karsilayabilir.
• kendi adıma konuşursam, bilmediğim bir konu ile ilgili bir entry okuduğumda en azından keyword'leri araştırıp fikir edinmeye çalışırım. fakat 3. entry olarak girilen (bkz: ne konuşuyonuz lan siz) şeklindeki bir entry'yi bu kadar yücelterek 3. sıradan debe'ye taşımak gerçekten araştırmaya ve öğrenmeye verdiğimiz değeri çok iyi özetliyor.
• ayrıntı boyutunun 14 nm olması ile cpu frekansının ilişkisi yok. frekans, transistörlerin açıkıp kapanma sürelerine bağlı olduğundan gelişemiyor.
  
  transistörlerin daha hızlı açılıp kapanması mevcut teknoloji ile pek mümkün değil. işlemcilere daha ağır işler yaptırmak için çekirdek sayısının artması gerekiyor. bunun için de ayrıntı boyutunun azalması lazım.
  
  işlemciler 5x5 cm boyutlarında ortalama. siz bunu 10x10 yapıp 20 çekirdek koydunuz diyelim. bu sefer de işlemcinin içindeki birimler birbirinden uzakta olduğundan akım ve gerilimde bozulmalar meydana geliyor. bu yüzden çok daha küçük transistörler imal edip (ayrıntı detayı denen şey) elemanları birbirine yakın yerleştirmek lazım.