Bilişim
Nanoteknoloji Hesaplamayı Hız ve Verimlilikle Sınırlarını Genişletiyor
İleri hesaplama teknolojileri, yüksek hız ve düşük güç tüketimi elde etme yönünde büyük ilerleme kaydediyor.
Bu alanda yapılan önemli ilerlemeler arasında, daha hızlı ve daha küçük çipler oluşturmak için katmanlı tasarımlar kullanan yeni silikon mimarileri yer alıyor. Bu arada, fotanik hesaplamalar, veri işleme ve depolama için ışık dalgalarını kullanıyor. Işık hızının aşılması mümkün olmadığında, bu, yüksek hız ve düşük gecikme sunabilir.
Sonra, biyolojik hesaplamaya gelince, burada bilgi biyolojik hücrelerde kodlanıyor ve depolanıyor ve nanobiyoteknoloji alanında yapılan ilerlemeyle itiliyor. Kuantum hesaplaması da, bugün kullanılan bilgisayarlardan daha hızlı kompleks problemleri çözebilecek önemli bir potansiyele sahip ve kuantum süperpozisyonu, kuantum bağlantısı ve kuantum girişim kullanarak bunu başarmaya çalışıyor.
Ayrıca, nöromorfik hesaplamalar, paralel hesaplamalar gerçekleştirmek için beyinlerin sinir sistemlerini taklit ediyor; bulut hesaplaması, işlemleri uzaktaki veya sanal konumlara taşıyor ve kenar hesaplaması, işlemleri merkezi tesislerden son kullanıcılara daha yakın noktalara kaydırıyor.
Tüm bu hesaplama teknolojisi gelişmeleri, veri işleme, depolama ve iletişimi için araçlar ve sistemler üzerinde odaklanıyor ve yapay zeka (AI) ve veri analitiği dahil olmak üzere birçok alanda withoutöncü ilerlemelere yol açtı.
Alanda devam eden araştırmalar, hesaplama tekniklerinde sürekli ve hızlı yeniliklere yol açtı ve bilim adamları şimdi daha iyi, daha hızlı ve daha verimli sonuçlar elde etmek için daha derine iniyor.
Silikon’da Lazer Nanoscale Üretiminin Kırılması
Türkiye’den Bilkent Üniversitesi’nden araştırmacılar, silikon waferlerin derinliklerine nano yapılar oluşturmak için bir teknik geliştirerek önemli bir kırılım elde ettiler.
Yeni yöntem, uzaysal ışık modülasyonu ve lazer darbeleri yoluyla silikon içinde nano yapı oluşturmayı sağlıyor ve elektronik ve fotonik için faydalanılacak gelişmiş nano yapılar oluşturuyor.
Çalışma, elektronik, fotonik ve fotovoltaiklerin temelini oluşturan silikon üzerine odaklandı. Yarı iletken olarak, Silikon’un elektriksel iletkenliği bir izolatör ve saf bir iletken arasındaki değerdedir. Dünya’nın kabuğunda ikinci en yaygın element olan Silikon, hem metalik hem de metalik olmayan özelliklere sahiptir. Ayrıca, Silikon’un mükemmel elektriksel özellikleri, nispeten küçük enerji aralığını da dahil olmak üzere, yarı iletken endüstrisinde önemli bir malzeme yapıyor.
Ancak, silikon daha önce mevcut litografik tekniklerin getirdiği zorluklar nedeniyle yüzey düzeyinde nano üretimle sınırlı kaldı. Mevcut yöntemler ya waferin yüzeyine nüfuz edemiyor ya da sınırlı lazer litografisinin çözünürlüğüyle sınırlı. Ayrıca, mevcut teknikler waferin derinliklerinde yüksek hassasiyetli modülasyon sağlamıyor.
Eğer cihazlar bu metalin kütlesine doğrudan üretilirse, waferin üst veya alt yüzeyini değiştirmeden, bu yeni bir standardı belirleyecekti.
Elbette, bu, 1 mikronun üzerindeki üretim çözünürlüğü sınırını aşmak ve aynı zamanda wafer içinde multi-boyutlu nanoscale kontrolü elde etmek gibi zorlukların aşılması anlamına geliyor. Bunu yapmak, 3D nanofotonik yeni işlevsellikler ve Si içinde metasurface’ler elde edilmesine yol açacaktır.
Son araştırma, uzaysal olarak modüle edilmiş lazer ışınları ve önceden oluşturulmuş alt yüzey yapılarından anizotropik geri beslemeyi kullanarak bunu başardı. Bu, ekibe Si içinde kontrolsüz nano üretim yeteneği kurmasını sağladı.
Ayrıntılı olarak, Bilkent ekibi, wafer içindeki kompleks optik etkileri ve lazer ışığının içkin difraksiyon sınırını, uzaysal olarak modüle edilmiş lazer darbeleri kullanarak aştı. Uzaysal olarak modüle edilmiş lazer darbeleri, Bessel fonksiyonuna karşılık geliyor.
Özel lazer ışınının difraksiyon yapmayan doğası, enerji depozitinin precisa yerelleştirilmesine izin veriyor. Bu, gelişmiş holografik projeksiyon teknikleri ile oluşturulan yüksek basınç ve sıcaklık değerleri ile malzemenin küçük bir hacimde değiştirilmesine yol açıyor.
Fizik Bölümü Profesörü Onur Tokel’e göre:
“Yaklaşımımız, bir yarı iletken malzeme içinde lazer darbesinin enerjisini cực küçük bir hacme lokalize etmek ve ortaya çıkan alan güçlendirme etkilerini kullanmak üzerine kurulu.” Bu, malzeme içinde alt-dalga boyu ve multi-boyutlu kontrolü sağlıyor.
Ekledi:
“Şimdi silikon içinde gömülü nanofotonik elemanlar oluşturabiliyoruz, Örneğin, yüksek difraksiyon verimliliği ve spektral kontrolü olan nano ızgaralar.”
Bu, nano-boşlukların alt yüzeyde oluşturulmasının ardından, yakın çevresinde güçlü bir alan güçlendirme etkisi ile ortaya çıkan bir ortaya çıkan tohumlama etkisinin ardından geldi. Sonuç olarak, daha önceki nano yapıların oluşturulması, sonraki nano yapıların oluşturulmasına yardımcı oluyor.
Ayrıca, lazer polarizasyonunun kullanılması araştırmacılara nano yapıların hizalaması ve simetrisi üzerinde ek kontrol sağladı, bu da nano dizilerin doğru geliştirilmesine izin veriyor.
“Lazer-malzeme etkileşim sisteminde bulunan anizotropik geri besleme mekanizmasını kullanarak, silikon içinde polarizasyon-kontrolü nano-litografi elde ettik.”
– Çalışmanın baş yazarı Dr. Asgari Sabet
Bu yeni üretim yöntemi, 100 nm kadar küçük özellikler elde etmeyi başardı, bu da geleneksel rejimlere göre büyük bir ilerleme.
Bu çalışma, belirli yapılarla nanoscale sistemler için önemli sonuçlar doğurabilir ve büyük alanlı hacimsel nano yapılandırma ve difraksiyon sınırının ötesindeki özelliklerle multi-boyutlu kontrol göstererek. Araştırmacılara göre, bu çalışmadan kaynaklanabilecek olası gelecek ilerlemeler arasında metamalzemeler, metasurface’ler, bilgi işleme uygulamaları ve fotonik kristaller yer alıyor.
Araştırma, çip sistemleriyle entegrasyon için önemli bir potansiyel de gösteriyor ve tanıtılan nano ızgara yeteneği bu hedefe doğru bir adım. Çalışma, aynı zamanda ilk multi-katmanlı Si fotoniklerini oluşturuyor.
Genel olarak, çalışma “silikon için yeni bir üretim paradigmı” tanıttı. Silikon içinde nano ölçekte üretim yeteneği, daha fazla entegrasyon ve gelişmiş fotonik için yeni bir rejim açıyor,” dedi Prof. Tokel. Çalışmanın sonraki adımı, Si’de tam 3D nano-üretimin elde edilip edilemeyeceğini araştırmak.
Nanomalzemeler Gelecek Nesil Hesaplamayı Açığa Çıkartıyor
Yukarıda gördüğümüz gibi, araştırmacılar nano yapıya odaklanıyor. Nanoteknoloji, 1 ila 100 nanometre arasında değişen boyutta madde kontrolü ile ilgili.
Bu kadar küçük bir ölçekte, malzemelerin benzersiz özelliklerini ve davranışlarını deneyimleyebiliriz ve araştırmacılar ve mühendisler bunları çeşitli uygulamalar için manipüle edebilir. Sonuç olarak, nanoteknoloji, enerji, elektronik, tıp ve malzeme bilimi dahil olmak üzere birçok endüstriyi etkileyen geniş kapsamlı sonuçlar doğuruyor.
Dünya’nın en acil sorunlarını ele almak için büyük bir potansiyele sahip olan nanoteknoloji, özellikle hesaplama ve elektronik alanlarında sürekli ilerleme ve kırılımlar ile hızla evrimleşiyor. Nanoteknoloji, bu sektörlerdeki önemli ilerlemelere büyük ölçüde katkıda bulunmuş ve daha hızlı, daha küçük ve daha taşınabilir sistemlere yol açmıştır.
Örneğin, grafen ve karbon nanotüpler gibi nanomalzemeler, esnek ve şeffaf elektroniklerin oluşturulmasında umut vaat ediyor.
Nano yapılar, yarı iletkenler ve hesaplamadaki elektrik, optik ve manyetik özelliklerini geliştirerek bu alanları dönüştürdü.
Bu bağlamda, nanoscale kuantum bitleri kullanarak kuantum hesaplaması ve iletişimi için ilerleme kaydediliyor ve yüksek kapasiteli, hızlı şarj edilebilir piller ve süperkapasitörler için nanomalzemelerin geliştirilmesi devam ediyor. Ayrıca, nanoscale üretim tekniklerindeki ilerlemeler, güçlü performansla miniaturize cihazlar ve bileşenler oluşturulmasını sağlıyor.
Nanoscale transistörler ve bellek çipleri gibi daha küçük ve daha verimli cihazlar geliştirerek, nanoteknoloji, hesaplama gücünü ve depolama kapasitesini büyük ölçüde artırdı ve Moore Yasası’nın sınırlarını genişletti.
Burada atıfta bulunulan Moore Yasası, Intel’in kurucu ortağı Gordon Moore tarafından formüle edildi ve bir çip上的 transistör sayısının yaklaşık her iki yılda bir ikiye katlanacağını ve maliyetin minimumda kalacağını öngördü.
1950’lerde transistörler ilk olarak elektronik devrelerin ana bileşeni olarak vakum tüplerinin yerini almaya başladı. İlk transistörler genellikle bir santimetre uzunluğundayken, kısa süre sonra milimetrelerle ölçülmeye başlandı.
Bu yüzyılın başlarına gelindiğinde, boyut 130 ila 250 nanometreye indirildi ve yaklaşık on yıl önce 14 nanometreye düşürüldü. Sonra, 2015 yılında IBM, ilk yedi nanometrelik transistörü oluşturdu. Daha küçük ve daha iyi ve daha hızlı transistörlere doğru yolculuk bugün devam ediyor.
Son birkaç yılda, üretimdeki en küçük transistör boyutu 3 nm’ye indirildi ve IBM, Mayıs 2021’de bir DNA zincirinden daha küçük olan 2 nm’lik bir transistör duyurdu. Transistörleri odak noktamız çünkü几乎 her elektronik cihazda güç kaynağı olarak kullanılıyorlar.
İlginç bir şekilde, bu transistörler ne kadar küçülürse, o kadar az enerji tüketir ve o kadar hızlı olurlar. Ancak birçok kişi, bir şeyi sadece belirli bir süre boyunca küçültebileceğinize ve sonunda devam edemeyeceğinize inanıyor. İşte o zaman yeni nanomalzemeler ve gelişmiş teknoloji, cihazlarımızı geliştirmek için gerekli olacak.
Bu, bilim adamlarını nöromorfik sistemler gibi teknolojilere yöneltti, bu da standart CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) devrelerinin performansını aşabilen yeni yapay nöronlar ve sinapslar geliştirmeyi gerektiriyor.
Yapay nöronlar ve sinapslar kullanarak, bu bilgisayarlar insan beyninin bilgi işleme şeklini taklit ediyor. Bu, desenleri tanıyabilmelerine, problemleri çözebilmelerine ve kararlar alabilmelerine olanak tanır ve mevcut bilgisayarlardan daha hızlı ve daha verimli bir şekilde bunu yaparlar. Bu alan masih yeni olmasına rağmen, bilişsel hesaplamada, otonom araçlarda ve hız ve verimlilik önemli olan AI’da umut vaat ediyor.
Araştırmacılar ayrıca, kuantum noktaları ve grafeni gibi yeni malzeme sınıflarını geliştirerek advanced hesaplamaya ihtiyaç duyulan gereksinimleri karşılamaya çalışıyor. Recent çalışmalar, Kuantum Nokta Hücreleri Otomatik Hesaplamaları nano-ölçekli bilgisayarlar tasarlamak için hız ve verimlilikte gelişmeler ile araştırdı.
Grafen dışında, 2D malzemeler gibi geçiş metal dikalkojenitleri (2D-TMD’ler) de yarı iletkenlerde kullanılmak üzere değerlendiriliyor. Bu malzemenin geniş yüzey alanı, verimli ışık etkileşimine izin veriyor ve ışığın manipülasyonu için uygun hale getiriyor, ayrıca anomali yük taşıma mobilitesi cihaz performansını artırıyor. Dayanıklılığı, çeşitli gerçek dünya uygulamaları için dayanıklı hale getiriyor.
Yukarıda belirtilen gibi, silikon içinde nano üretim elde eden son araştırma, daha fazla işlem gücü ile sonraki nesil silikon tabanlı çiplerin oluşturulmasını da hedefliyor.
Nanoteknoloji alanını ilerletmek için çalışan en iyi şirketlerin listesi için tıklayın.
İleri Hesaplama Teknolojileri Üzerine Çalışan Şirketler
Bu alandaki şirketlere bakıldığında, Applied Materials (AMAT) gelişmiş yarı iletkenler için nanomanufacturing teknolojisini sağlıyor. Advanced Micro Devices (AMD), yüksek performanslı hesaplama donanımı geliştiriyor ve ileri hesaplama teknolojilerini araştırıyor.
NVIDIA Corporation (NVDA), kuantum hesaplaması araştırmalarına büyük ölçüde yatırım yapan ve GPU’leri ile bilinen bir şirket. NVIDIA süperbilgisayarları, belirli problemleri çözmek için kuantum annealing sistemleri geliştirmek için kullanılıyor. NVIDIA, souvent olarak ‘AI sevgilisi’ olarak anılıyor ve hisse senetleri yıl içi (YTD) %157 artış gösterdi.
Şirket, 1. çeyrekte rekor 26 milyar dolarlık satış gerçekleştirdi, bu bir önceki çeyreğe göre %18, bir yıla göre %262 artış anlamına geliyor. Şirket, 7 Haziran 2024’te on bir hisse için bir hisse splitini ve çeyreklik nakit temettüsünü 0,01 dolar olarak artırdı.
Şimdi, ileri hesaplama, nanoteknoloji ve çip tasarımı alanlarında araştırma öncüsü şirketlere bir göz atalım.
#1. IBM
Uluslararası İşletmeler Makine Şirketi (IBM), bulut ve AI fırsatlarına odaklanan bir teknoloji şirketidir. Kuantum hesaplaması ve yarı iletken teknolojisini geliştirmeye odaklanıyor.
Son bir yıl içinde, şirket en yeni nesil kuantum işlemcisini, 133 sabit frekanslı kubitle ve cihaz performansında üç ila beş katlık bir gelişme ile tanıttı.
IBM Kuantum Başkanı Jay Gambetta’ya göre:
“Kuantum hesaplamasının tam gücü, geliştirici deneyimini basitleştirmek için üretken AI tarafından sağlanacak.”
(IBM )
Şirketin piyasa değeri 180.57 milyar dolar ve hisseleri 195.51 dolar olarak işlem görüyor, yıl içi %19.86 artış gösteriyor. Temettü verimi %3.41. 2. çeyrekte IBM, bir önceki yıla göre %2 artışla 15.8 milyar dolar gelir bildirdi.
Serbest nakit akışı 2.6 milyar dolar olarak gerçekleşirken, şirket yılın tamamı için 12 milyar dolar olarak revize etti ve dönemde 1.5 milyar doları temettü olarak dağıttı. Şirket, çeyreği 16 milyar dolarlık nakit, kısıtlanmış nakit ve menkul kıymetlerle kapattı. IBM CEO’su Arvind Krishna, IBM’in kurumsal AI ve bir yıl önce Watsonx’in lançmanından bu yana 2 milyar doların üzerinde büyüyen üretken AI işini vurguladı:
“İkinci çeyrekte güçlü bir performans gösterdik ve beklentileri aştık.”
#2. Intel Corporation
Intel Corporation (INTC), çip tasarımlarını yeniliyor ve nöromorfik ve kuantum hesaplamaları araştırıyor. Bu yarı iletken çip üreticisi, çoğu kişisel bilgisayarda bulunan x86 serisi mikroişlemcilerin mucidi.
Şirket, küresel çip üretiminde avantajını yeniden kazanmak için çalışıyor ve bu amaçla ABD hükümeti tarafından fon ve krediler alıyor.
Nöromorfik araştırmalar yoluyla, Intel, gelecek için uyarlanabilir AI’yi hızlandırmak için optimize edilmiş donanım ile bir sonraki nesil AI yazılımını birlikte tasarlıyor. Ayrıca, Intel, Intel Nöromorfik Araştırma Topluluğu’nu (INRC) kurdu. Bu küresel işbirliği, araştırma kurumları, akademik gruplar, şirketler ve hükümet laboratuvarlarından ekipleri bir araya getirerek beyin-esinlenen AI’nin önünü açıyor.
(INTC )
Şirketin piyasa değeri 89.56 milyar dolar ve hisseleri 21.06 dolar olarak işlem görüyor, yıl içi %58.23 düşüş gösteriyor. 2. çeyrekte Intel, “değersiz” finansal sonuçlar açıkladı, gelir yılı yılına %1 düşüşle 12.8 milyar dolar olarak gerçekleşirken, non-GAAP EPS 0.02 dolar olarak gerçekleşti. Şirket, dördüncü çeyrekte temettüyü askıya aldığını ve “nakit akışları daha yüksek seviyelere çıktıkça uzun vadeli rekabetçi temettüye bağlılığını” yineledi.
Sonuç
İleri hesaplama, yeni yöntemler ve teknolojiler ile yenilikçi hesaplama yöntemlerini sürdüren bir alandır ve şirketlerden, araştırmacılardan, mühendislerden ve hükümetlerden önemli ilgi görüyor. Aslında, siber güvenlik, finansal piyasalar ve diğer birçok kritik altyapı için temel teşkil ediyor. Ayrıca, yaygın olarak kullanılan AI, gelişmiş hesaplama gücü, veri, algoritmalar ve mikroçipler tarafından destekleniyor.
Son birkaç on yıl içinde, hesaplama teknolojisi alanındaki ilerlemeler, düzenli olarak kullandığımız cihazların performansını ve işlevselliğini önemli ölçüde artırdı ve bu da dijital ekonominin büyümesiyle sonuçlandı. Topluma olan etkisinin derinliği nedeniyle, devam eden araştırma ve geliştirme, güç-hungry hesaplamaların talebini karşılamak ve advanced hesaplamaya yol açmak için bir zorunluluktur ve daha önce hayal edilemeyen ürün ve hizmetlerin oluşturulmasını sağlar.
