2 nm çağında 65 nm

TÜBİTAK Gebze Yerleşkesinde düzenlenen Çip Üretim Tesisi Yatırımı ve "IDEA Incubation" kuluçka merkezi açılış törenine katılan Sanayi ve Teknoloji Bakanı Mustafa Varank, 12 ay içinde Türkiye’de ilk defa 65 nanometre çiplerin üretimine başlanacağını duyurdu. Çip üretim hattının kurulabilmesi için gerekli olan ve 30 milyon dolara mal olan makine ve ekipmanların Katar Hamad Bin Halife Üniversitesi tarafından temin edileceğini belirten Varank, makinelerin kurulumu ve tesisin işletilmesinden ise TÜBİTAK BİLGEM’in sorumlu olacağını aktardı.

Söz konusu tesisle hem Türkiye hem de Katar’ın ihtiyaç duyduğu kritik komponentlerin üretildiği ve pazara sunulduğu bir tesise sahip olunacağını ifade eden Varank, bu tesiste geliştirilen teknolojik çözümlerle millî hasılaya, cari açığın azaltılmasına ve istihdama önemli katkılar sağlanacağını da sözlerine ekledi.

Çip konusuna yönelik politikaların yalnızca üretim tesisi ve yatırımla sınırlı olmadığına dikkat çeken Varank, yarı iletkenlerin yerli ve millî imkanlarla tasarlanmasının da en az çiplerin üretilmesi kadar önemli olduğunu belirterek yarı iletken ekosisteminin geliştirilmesine yönelik çok yıllı bir destek çağrısına çıktıklarını bildirdi. Buna göre, İstanbul Kalkınma Ajansı tarafından yürütülecek 3 yıllık bir programla 5 kişiden az tasarımcı çalıştıran çip tasarım firmalarına 600 milyon lira mali destek sağlanacağı; bu destekle yeni tasarım firmalarının kurulmasının teşvik edileceği ve böylece üretim ve test kapasitelerinin güçlendirileceği aktarıldı.

Bununla birlikte, Varank, çip tasarımı alanında nitelikli AR-GE faaliyeti yürüten ve insan kaynağı yetiştiren üniversitelere 100 milyon liraya kadar destek vereceğini; sektörün derinleşmesini sağlamak, ürün ve ticarileşme odaklı projeleri desteklemek için de Rekabet Öncesi İşbirliği Projeleri Çağrısını açtıklarını bildirdi. 270 milyon lira bütçeye sahip bu çağrıyla çip ihtiyacı olan büyük firmalar ile çip tasarım firmalarını bir araya getireceklerini ifade eden Varank, yerli çip tasarımı çözümlerinin geliştirilmesini destekleyeceklerini de sözlerine ekledi.

Gelgelelim, 3 nm'lik hatta 2 nm'lik çiplerin konuşulduğu günümüzde Türkiye’nin görece zamanı geçmiş 65 nm'lik çiplere bu boyutta bir yatırım gerçekleştirmesi çok basit bir soruyu da akıllara getirdi: Neden?

"Daha küçük hâle getirme" çabası

Entegre devrelerin tasarımının arkasındaki güç “minyatürleştirmek”tir ve işlemci teknoloji de hiç bitmeyen bir “daha küçük hâle getirme” hedefine dayanır. Yarı iletkenlerin tarihine inecek olduğumuzda da bununla doğru orantılı bir şekilde nanometrede küçülen çipler bizi karşılıyor:

Tasarlanan ilk çipler nanometre (nm) değil, mikrometre (µm) cinsinden ölçülmekteydi. 1971 yılında 10 µm ile başlayan bu yolculuğu MOSFET skalasına göre 1974’te 6 µm, 1977’de 3 µm, 1981’de 1,5 µm ve 1984’de 1 µm takip etti. Nanometre çiplerin hayatımıza girişi ise 1989 ila 1990 aralığında, Intel, IBM ve ATI Technologies gibi sektör liderlerinin önderliğinde 800 nm'lik çiplerle oldu.

800 nm'lik çipleri yıllar içinde 600, 350, 250, 180, 130, 90 nm'lik çipler takip ediyor. 60 nm'lik çiplerin sahneye çıkışı ise bundan tam olarak 18 yıl öncesine, 2005 yılına denk geliyor. Çiplerin nanometre bazındaki küçülmesi 2007 yılında geliştirilen 45 nm'den günümüzde 5 ve 3 nm'ye kadar düşmüş bulunurken bunu, TSMC ve Intel öncülüğünde önümüzdeki yıl 2 nm'lik çiplerin takip etmesi bekleniyor.

Çipler neden küçülüyor? 

Çipler günümüzde akıllı telefonlardan dizüstü bilgisayarlara, televizyonlardan monitör ve arabalara kadar günlük hayatta kullandığımız teknoloji ve cihazların olmazsa olmaz bir parçası olarak her yerde karşımıza çıkıyor. Yonga setlerinde neden daha küçük nanometrelerin daha iyi kabul edildiğini anlamak içinse öncelikle yongaların nasıl çalıştığını ve nelerden yapıldığını anlamamız gerekiyor.

Piyasada bulunan çiplerin çoğu küçük silikon transistörlerden oluşuyor. Boyutları oldukça küçük olan bu transistörlerden bir çip üzerinde milyonlarca hatta milyarlarca bulunabiliyor. Her bir transistörün boyutuysa “nanometre” olarak adlandırılıyor.

Peki, daha küçük nanometre neden daha iyi çip anlamına geliyor? Bunun nedeninin, daha küçük transistörlerin, çiplerin daha kompakt bir şekilde bir araya getirilmesinin mümkün kılması olduğu söylenebilir; çünkü transistörlerin boyutu ne kadar küçük olursa, bir çipte o kadar fazla transistör kullanılabiliyor. Bir çipin daha fazla transistöre sahip olmasıysa daha fazla hesaplama yapabileceği; dolayısıyla daha güçlü olacağı anlamına geliyor.

Günümüzde Apple ve Samsung başta olmak üzere şirketler, akıllı telefon ve diğer bilgi işlem cihazlarında 5 nm ve 4 nm çipler kullanmakla birlikte bu çiplerin yerine 3 nm'lik çipleri getirmek için uğraşıyor. Bu çabanın arkasındaysa kısaca şu sebepler yatıyor: 

Daha hızlı işleme

Çiplerde boyut küçüldükçe transistörlerin arasındaki mesafe de azalıyor. Bu durum, elektronların daha kısa bir mesafe kat etmesi anlamına geldiğinden, elektrik sinyali transistörler arasından daha hızlı geçiyor ve böylece işleme süreci de hızlanıyor.

Daha düşük güç tüketimi

Yukarıda da bahsettiğimiz gibi, transistörlerin birbirine daha yakın olduğu gerçeği, elektronların ihtiyaç duyduğu enerji girişinin de azalmasına neden oluyor. Bu da sistemin daha az enerjiye ihtiyaç duymasını sağlıyor.

Daha az enerji kaybı

Elektronların hareketi çok fazla ısı kaybına neden olur. Dizüstü bilgisayarların ve akıllı telefonların ara vermeden uzun süre kullanıldıklarında ısınmasının başlıca nedeni de budur. Ancak, daha küçük boyutlu çiplerde elektronların daha az mesafe kat etmek zorunda olması, üretilen ısı miktarının ve enerji kaybının daha az olmasına neden olur. Bu da en nihayetinde cihazın daha uzun ömürlü olmasıyla sonuçlanır.

2023 yılında neden 65 nanometre?

Hâlihazırda 250 nanometre yetkinliğine sahip olan Türkiye, 2023 yılında neden 5, 3 veya 2 nm çipler yerine 65 nm çipleri gündemine alıyor?

2006 yılında piyasaya sürülen PlayStation 3’ün rezive edilmiş bir versiyonu 65 nm çip tarafından destekleniyordu. Buna karşılık, PlayStation 5 ise 6 nm’lik bir çipe sahip. Evet, üzerinden bu kadar uzun süre geçmiş bir teknolojiden bahsediyoruz.

Ancak bu, 65 nm çipin günümüzde kullanım alanları olmadığı anlamına da gelmiyor.

Pazar payının hâlâ fazla olmasını ve üretim maliyetinin görece daha uygun olmasını bir kenara bırakacak olduğumuzda, 65 nm çiplerin en yaygın kullanım alanlarından biri otomotiv sektörü olarak öne çıkıyor. Hatta, 2022 tarihli bir McKinsey raporuna göre, sektördeki talebin, 20 yıl öncesinde ait bir teknoloji olan 90 nm ve üzeri çiplere yönelik olduğu belirtiliyor. Bununla birlikte, özellikle de Covid-19 pandemisinde sert bir şekilde hissedilen çip krizinin, otomotiv çipi satıcılarını 65/55nm çiplere geçmeye teşvik ettiği; bazılarının 40 nm'ye bile yöneldiği aktarılıyor.

Otomobillerde 90 nm çip kullanılmasının kısmen araçlarda kullanılan bileşen türlerinin daha yeni teknolojilerden yararlanamaması ve bunları modernize etmenin oldukça uzun ve pahalı bir süreç olmasından kaynaklandığı söylenebilir. Bu çipleri üreten fabrikalar eski aletler kullanıyor ve bunlar çok kârlı emtia parçaları olmadığından, kapasiteyi artırmak için yatırım yapmaya teşvik de oldukça az. Bu nedenle, kıtlıkla beraber otomotiv sektöründe 90 nm çiplerin yerini 65 nm çiplere bırakacağı söylenebilir.

2005 yılında 65 nm risk üretimine başlayan ilk şirket olan dünyanın en büyük sözleşmeli çip üreticisi TSMC’ye göreyse 65 nm teknolojisi, otomotiv sektörüne ek olarak mobil cihazlar, bilgisayarlar, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve akıllı giyilebilir cihazlarda gibi geniş bir kullanım yelpazesine sahip. Bununla birlikte, 65 nm çiplerin savunma sanayide de kendilerine yer bulacağını söylemek yerinden çok uzak bir tahmin olmayacaktır.