Bilgisayar çipi nedir?
Bir bilgisayar çipi, gömülü bir elektronik devre ile yarı iletken malzemeden oluşan küçük bir plakadır. Veri sinyallerini ileten transistör adlı milyonlarca mikroskobik elektronik bileşen içerir. Başlangıçta çipler fiziksel olarak büyüktü ve bilgi işlem yalnızca ulusal laboratuvarlarda, üniversitelerde veya büyük şirketlerde yapılırdı. Bilgisayar çipi teknolojisinde gerçekleştirilen yenilikler, her türden gelişmiş analitik, grafik ve makine öğrenimi uygulamasına güç sağlayan yüksek performanslı işlemcilerin geliştirilmesini sağlamıştır. Bilgisayar çipinin boyutu küçüldükçe evde kullanılabilecek daha küçük bilgisayarlar yapmak mümkün hale gelmiştir. Günümüzde bilgisayar çipi, mikrodalga fırınlarımızdan diş fırçalarımıza kadar hayatımızın her alanında mevcuttur.
Bilgisayar çipleri nasıl yapılır?
Bilgisayar çipleri genellikle fabrikasyon tesisi veya fab adı verilen fabrikalarda imal edilir. Bunlar, kumda yaygın şekilde bulunan bir kimyasal element olan silikondan üretilir. Silikon bir yarı iletkendir. Yani elektrik iletkenliği, bakır gibi metallerle cam gibi yalıtkanlar arasında bir noktaya tekabül eder.
Çip imalat süreci aşağıdaki gibi özetlenebilir.
Silikonu çıkarma ve şekillendirme
Kum eritilerek ve rafine edilerek tek kristal silikon kalıpları çıkarılır. Kalıplar neredeyse %100 saftır. Bunlar kesilip plaka inceliğinde çiplere dönüştürüldükten sonra temizlenir, cilalanır ve bir silikon dioksit katmanıyla kaplanır. Işığa duyarlılığı artırmak amacıyla, silikon plakaların üstüne fotorezist olarak bilinen ek bir kimyasal kaplama yapılır. Bu süreç sırasında toz veya başka herhangi bir yabancı madde kontaminasyonu olmadığından emin olmak için sıkı önlemler alınır. Temel silikon çipler hazır olduktan sonra elektronik devreler bunların üzerine oyulur.
Devreleri oyma
Silikon plaka, maske adı verilen devre desenli bir plakayla kaplanır ve ultraviyole ışığa maruz bırakılır. Işık, devre deseni içerisinde açıktaki fotorezist materyalini sertleştirir. Ardından sıcak gazlar açıktaki materyali eriterek alttaki silikon dioksidi ortaya çıkarır. Geriye maskenin devre tasarımı deseninin aynısı olan 3 boyutlu bir manzara kalır.
Çip imalatı sürecinde oyma süreci katmanların plakadan kimyasal bir şekilde ayrılması, katkılama ise katmanda değişiklik yapmak için safsızlıkların eklenmesidir. Daha karmaşık entegre devreler oluşturmak için oyma ve katkılama süreci yüzlerce kez tekrarlanabilir.
Bilgisayar çipleri nasıl çalışır?
Bilgisayar çipleri, elektrik sinyallerini devre elementlerinden ileterek çalışır.
Analog entegre devreler
Analog devreler belirli bir zaman diliminde sürekli ve değişen sinyalleri iletir. Çıkış sinyali, direkt orantılı voltajlarla birlikte girişin doğrusal bir fonksiyonudur. Bu tür entegre devreler; zamanlayıcı, karşılaştırıcı, voltaj regülatörü ve işlem amplifikatörü gibi cihaz işlevleri için kullanılır. Analog çipler sinyal jeneratörlerinde, osilatörlerde, ses amfilerinde ve filtrelerde kullanılır.
Dijital entegre devreler
Dijital devreler süreksiz veya ikili sinyalleri iletir. Çıkış voltajı yüksek veya düşük olabilir. Boolean olarak bakıldığında yüksek voltaj 1 değerini, düşük voltaj ise 0 değerini temsil eder.
Dijital devreler AND, OR ve NAND gibi farklı mantıksal operasyonlar gerçekleştirmek üzere tasarlanır. Örneğin, mantıksal OR operasyonu Boolean toplama işlemine tekabül eder ve bilgisayarların toplama operasyonlarının temelidir. Bu sayede dijital entegre devreler, tüm bilgi işlem operasyonlarının temelini oluşturur. Bunlar tüm programlanabilir cihazlar, mantık kartları, mikro denetleyiciler ve bellekler için kritik öneme sahiptir.
Karma sinyalli entegre devreler
Karma çipler, hem analog hem de dijital çiplerden unsurları bir araya getirir. Hibrit tasarım, çiplerin dijitalden analoga ve analogdan dijitale dönüştürücü olarak faaliyet göstermesini mümkün kılar. Bu gelişmiş entegre devreler, modern bilgi işlemin bir diğer temel bileşenidir.
Kuantum devreler
Kuantum devreler, bilgi işlem evriminin sıradaki aşamasıdır. Kuantum devresi, temeldeki kübitler (kuantum bitleri) üzerinde bir dizi mantıksal kuantum işlemi tanımlayan bir bilgi işlem rutinidir. Bitler, boolean dijital sinyallerden farklı olan kuantum parçacıklarıyla temsil edilir. Boolean sinyalleri 1 veya 0 olabilirken, kübitler bu durumların süperpozisyonuna yerleştirilebilir. Kuantum devrelerine sahip çipler, henüz yükselmekte olan kuantum bilgi işlem teknolojisinin temelini oluşturur.
Bilgisayar çipi türleri nelerdir?
Bilgisayar çipleri, işlevselliklerine göre dört geniş kategoride sınıflandırılır.
Bellek çipleri
Bellek çipleri, programları ve verileri bilgisayarlarda ve depolama cihazlarında depolar. RAM çipleri geçici depolama sağlarken, flash sürücüler ve katı hal sürücüleri (SSD) bilgileri kalıcı olarak tutabilir. Flash bellek birimleri, elektrik akımı kapatıldığında bile verileri depolayabilir.
Mantık çipleri
Mantık veya işlemci çipleri, görevleri tamamlamak üzere verileri işler. Bunlar modern elektronik cihazların beynidir. CPU'lar, sunucuların ve diğer bilgi işlem donanımlarının mikro işlemcilerinde bulunan ana mantık çipi türüdür. Ancak mantık çipleri belirli işlevler için de tasarlanabilir. Aşağıda birkaç örnek verilmiştir:
- Grafik işlem birimleri, görsel gösterimleri optimize edecek şekilde tasarlanır
- Nöral işleme birimleri, derin öğrenme ve makine öğrenimi uygulamaları için tasarlanır
Derin öğrenme hakkında bilgi edinin »
Makine öğrenimi hakkında bilgi edinin »
ASIC'ler
Uygulamaya özel entegre çipler (ASIC) belirli bir uygulama için tekrarlı işleme rutinlerini gerçekleştirmek üzere tasarlanır. Bu modern çipler, barkod tarayıcıları gibi tek amaçlı eşyalar için büyük partiler halinde üretilir. Bir diğer örnek ise yeni bitcoin üretmek için gereken karmaşık matematiksel rutinleri ASIC'lerin gerçekleştirdiği bitcoin madenciliğidir.
SoC'ler
Çip üzerinde sistem (SoC), daha yeni bir çip türüdür. Bütün bir sistem için ihtiyaç duyulan tüm elektronik bileşenler tek bir çip üzerine inşa edilir. SoC'ler, sundukları imkanlar açısından mikro denetleyicilerden daha kapsamlıdır. Bir mikro denetleyici, CPU'yu genellikle bellekle ve G/Ç işlemleriyle bir araya getirir. Bununla birlikte, SoC ile grafik, ses, kamera ve video işleme olanakları entegre edilebilir.
AWS, bilgisayar çiplerindeki yeniliklere nasıl katkıda bulunuyor?
Amazon Web Services (AWS), bulut için optimize edilmiş özel bilgisayar çipleri tasarlamak için yıllardır çalışmaktadır. Sonuç olarak Amazon Esnek İşlem Bulutu (Amazon EC2); yoğun işlem, bellek ve depolama kullanan çeşitli iş yükleri için optimize edilmiş, AWS'nin tasarladığı işlemcilerle çalışan bulut sunucuları sağlar. Amazon EC2 ayrıca ML eğitimi ve çıkarım için amaca yönelik makine öğrenimi (ML) çipleri de sunar.
Diğer AWS yeniliklerinden bazıları şunlardır:
- AWS Nitro Sistemi, yeni nesil Amazon EC2 bulut sunucularımızın temel platformudur. Bu sistem daha hızlı inovasyon yapmamızı, müşterilerimiz için maliyetleri daha da azaltmamızı ve daha yüksek güvenlik ile yeni bulut sunucusu tipleri gibi ekstra avantajlar sunmamızı sağlar.
- AWS Graviton işlemciler, uygulamalarınız için en iyi fiyat performansını sunar. AWS Graviton tabanlı bulut sunucuları, karşılaştırılabilir x86 tabanlı bulut sunucularına kıyasla %40'a kadar daha iyi fiyat performansı sunar.
- AWS Inferentia hızlandırıcılar, derin öğrenme çıkarım uygulamalarınız için en düşük maliyetle en yüksek performansı sunacak şekilde tasarlanmıştır.
- AWS Trainium ML çipleri, bulutta derin öğrenme modelleri eğitmek için en iyi fiyat performansını sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Hemen ücretsiz bir hesap oluşturarak özel bilgisayar çiplerinden güç alan AWS bulut sunucularını kullanmaya başlayın.
