"Silikon Sonrası Dönem Daha önce bahsettiğimiz gibi, bilgi devriminin temellerinden biri olan Moore yasası sonsuza kadar geçerli olamaz. Dünya ekonomisinin geleceği ve ulusların kaderi, erıinde sonunda hangi ulusun ilk olarak silikonun yerine geçecek uygun bir malzeme bulacağına bağlı olabilir. " Moore yasası ne zaman çökecek?" sorusu bile tum dünya ekonomisirıin ttiylerirıin diken diken olmasına yetiyor. 2007' de Gordon Moore' a, kendi adını taşıyan bu ünlü yasanın sonsuza kadar geçerli olup olmayacağı soruldu. Elbette hayır dedi ve on ila onbeş yıl içinde geçerliliğirıi yitireceğini tahmin etti. Bu kaba değerlendirme, In tel' in tüm dış araştırmalarından sorumlu Paolo Gargirıi'rıin daha önce yaptığı tahminle uyuşuyordu. Intel Şirketi72 tum yan-iletken endtistrisirıin temposunu belirlediğinden, Gargini'rıin sözleri can kulağıyla dinlerıirdi. 2004'teki yıllık Semicon West73 konferansında şöyle demişti: "En az bir onbeş-yirmi yıl daha Moore yasası ile kalmaya devam edebileceğimizi düşünüyoruz." Silikon tabanlı bilgisayarlardaki şu anki devrimin arkasındaki en önemli güç, mor ötesi ışığın bir silikon levha üzerinde gittikçe ktiçtilen transistörler oyabilme yeteneğidir. Bugün bir Pentium çip, başparmağınızın tırnağı boyutundaki bir levha üzerinde birkaç yüz milyon transistöre sahiptir. Mor ötesi ışığın dalga boyu 10 nanometre74 kadar küçük olabileceğinden, oyma tekrıikleriyle ancak otuz atom boyutunda bileşenler yapabilmek mümkündür. Ancak bu süreç sonsuza dek stiremez. Er ya da geç, birkaç nedenle, bu süreç çökecektir. ilk neden, güçlü çipierin yarattığı ısının onları eritecek olmasıdır. Gerçekçi olmayan bir çözüm, çip pullarını list liste yığarak klip şeklinde bir çip üretmektir. Bu, çipin işlem yapma gücünü, daha çok ısı tiretme pahasına, arttıracaktır. Bu kübik çipierin ısısı o kadar aşırıdır ki, üzerlerinde yumurta pişirebilirsiniz.
Problem basit: Kübik çipierde onları soğutmaya yetecek bir yüzey alanının olmaması. Genelde, sıcak bir çip üzerinden soğuk su ya da hava geçirirseniz, çipin yüzey teması ne kadar fazlaysa o kadar büyük soğutma etkisi elde edersiniz. Ancak, kübik bir çipiniz varsa yüzey alanı bunun için yeterli değildir. Örneğin, bir kübik çipin büyüklüğünü ikiye katlarsanız, ürettiği ısı sekiz kat yukarı çıkar (çünkü küp sekiz kat fazla elektriksel bileşen içerir), kübün yüzey alanı yalnızca dört kat artar. Yani, kübik bir çipte ortaya çıkan ısı, çipin soğutabilme yeteneğinden daha hızlı artar. Kübik çip ne kadar büyükse onu soğutmak o kadar zordur. Sonuç olarak, kübik çipler probleme kısmi ve geçici bir çözüm sağlarlar. Bazıları devreleri oymak için mor ötesi ışık yerine X-ışınları kullanmayı önerdiler. Prensipte bu çalışabilir; çünkü Xışınlarırun dalga boyları mor ötesi ışığın dalga boyundan 100 kat daha az olabilir. Ancak, bunun için başka bir şeyden vazgeçmek gerekir. Mor ötesi ışıktan X-ışıruna geçiş yaparsanız, ışık demetinin enerjisini de 100 kat kadar arttırırsııuz. Bu ise Xışınları ile oyma yaparken, şekillendirmeye çalıştığınız silikon yongasına zarar verebilirsiniz anlamına gelir. X-ışıru ile baskı yapmak,75 narin bir heykeli bir alev/pürmüz lambası ile yapmaya çalışan bir sanatçıyla karşılaştırılabilir. X-ışını ile baskı çok kontrollü yapılmak zorundadır ve bu nedenle X-ışını ile baskı yapmak yalnızca kısa vadeli bir çözüm olabilir. ikinci neden, kuantum kuramının ortaya koyduğu temel bir problemin olmasıdır: Bu, bir atarnun ya da parçacığın konumunu ve hızını aynı anda kesin olarak bilemezsiniz diyen belirsizlik ilkesidir.76 Bugünün Pentium çipinde otuz atom civarı bir kalınlığa sahip bir katman olabilir. 2020'ye gelindiğinde, bu katman beş atom boyunda olabilir, böylece elektronun yeri belirsizleşir ve katman dışına sızmaya başlar ve bu da kısa devreye neden olur. Bu nedenle, silikon bir transistörün ne kadar küçük olabileceğine ilişkin bir kuantum sınırı vardır.
Daha önce bahsettiğim gibi, bir defasında Seattle' daki genel merkezlerinde, Microsoft'un 3000 üst düzey mühendisine yönelik büyük bir konferansın açılış konuşmasını yapmış, Moore yasasının yavaşlaması problemine dikkat çekmiş tim. Bu üst d üzey yazılım mühendisleri, arhk bu problemi çok ciddiye aldıklarını söylemişlerdi; paralel işlem yapma77 yönteminin, bilgisayar işlem yapma gücünü arttırma çareleri arasında en öne çıkanlardan biri olduğunu bana aktarmışlardı. Bu problemi çözmenin en kolay yolu, bir seri çipi paralel olarak bağlamakhr; böylece, bir bilgisayar problemi önce parçalara bölünür ve en sonunda tekrar bir araya getirilir. Paralel işlem yapma, kendi beynimizin çalışma şeklinin anahtar noktalarından biridir. Beyin düşünürken onun bir MRI78 taramasını yaparsanız, beynin çeşitli bölgelerinin ayru anda aydınlandığını görürsünüz; bu, beynin bir işi ufak parçalara ayırdığı ve her bir parçayı aynı anda işlediği anlamına gelir. Bu, elektrik mesajlarını saatte 320 kilometre gibi çıldırhcı bir yavaşlıkta taşıyan nöronların, mesajların neredeyse ışık hızında79 hareket ettiği bir süperbilgisayardan daha üstün olma nedenini açıklar. Beynimiz hızdan yoksundur ama milyarlarca ufak işlemi aynı anda yapar ve en sonunda onları üst üste ekler. Paralel işlem yapmaktaki zorluk her problemin ufak parçalara ayrılma zorunluluğudur. Her bir parça farklı çipler tarafından işlenir ve en sonunda problem tekrar bir araya getirilir. Bu parçalara ayırma işinin koordinasyonu, problemin kendisine bağlı olarak, muazzam derecede karışık olabilir, bu da genel bir yöntem bulunmasını çok zorlaştırır. insan beyni bunu hiçbir çaba göstermeden yapar, ama Doğa Ana'nın bu problemi çözınesi için milyonlarca yıllık bir zamanı olmuştu. Yazılım mühendislerininse ancak bir onyıl kadar zamanları var. Atomik Transistörler Tekil atomlardan yapılmış transistörler, silikon çipierin yerine geçmesi mümkün olan yapılardan biridir.
Çip içindeki teller ve katmanlar atom boyutlarına düşünce, silikon transistörler çuvallayacaklarsa neden her şeye sıfırdan başlayıp atomlarla hesap yapmayalım ki? Bunu gerçekleştirmenin bir yolu moleküler transistörlerdir. Bir transistör, bir tel boyunca akan elektriği kontrol etmenize olanak sağlayan bir anahtardır. Bir silikon transistörü, rotaxane80 ve benzenethiol gibi kimyasallardan yapılmış, tek bir malekül ile değiştirmek mümkündür. Bir benzenethiol molekülüne baktığınızda, bir ucunda bir "kolu" ya da vanası olan, orta kısmı atomlardan meydana gelmiş uzun bir tüp gibi bir yapı görürsünüz. Elektrik normalde tüpten aşağı doğru akar, bu onu iletken yapar. Öte yandan elektrik akışını kesen "kolu" çevirmek de mümkündür. Bu yolla tüm molekül, elektrik akışını kontrol edebilen anahtar gibi davranır. Bir konumda, kol elektriğin akışına izin verir ve bu "1" sayısını temsil edebilir. Kol çevrilir de elektrik akışı durdurulursa bu "O" sayısını temsil eder. Böylelikle, bu moleküller kullanılarak dijital/ sayısal mesajlar gönderilebilir. Moleküler transistörler halihazırda mevcutturlar. Birkaç kuruluş tekil moleküllerden yapılma transistörler yarattıklarını ilan etmiş durumdalar. Bunların ticari hale gelebilmeleri için, bunların birbirlerine doğru bir şekilde bağlanabilmeleri ve seri olarak üretilebilmeleri gerekir. Moleküler transistör için gelecek vaat eden bir aday, Manchester Üniversitesi'nden81 Andre Geim ve Kostya Novoselov tarafından 2004 yılında grafitten82 ilk defa izole edilen, grafenB3 olarak bilinen bir maddeden gelir. Bu araştırmacılar bu çalışmaları için Nobel Ödülü kazanmışlardır. Grafen, grafitin tek bir tabakası gibidir. Yuvadanarak uzun, dar tüpler haline getirilmiş karbon tabakalarından ibaret karbon nanotüplerin aksine, grafen, kalınlığı bir atomdan fazla olmayan, tek bir karbon tabakasından oluşur. Karbon nanotüpler gibi, grafen de maddenin yeni bir durumu, fazıdır ve bu nedenle bilim insanları, elektriği iletme dahil, onun olağanüstü özelliklerini en küçük ayrınhsına kadar öğrenmeye çalışıyorlar. "Fizikçinin bakış açısından, grafen bir altın madenidir. Onu asırlarca çalışabilirsiniz." diye söylüyor Novoselov. (Grafen aynı zamanda, bilirnde şimdiye dek test edilmiş en dayanıklı malzemedir. Bir fili bir kalem üzerine yerleştirseydiniz ve kalemi tek bir grafen tabakası üzerinde dengeye getirseydiniz, grafenin yırtılmadığını görürdünüz.) Novoselov'un ekibi, şimdiye kadar yapılmış en küçük transistörleri yapabilmek için bilgisayar endüstrisindeki standart teknikleri uyguladı. Dar elektron demetleri grafende kanallar oyabiliyorlar ve bir atom kalınlığında ve on atom genişliğinde, dünyanın en küçük transistörünü yapıyorlar. (Şu anda, en küçük transistörler 30 nanometre civarı bir büyüklüğe sahiptirler. Novoselov'un en küçük transistörü bundan otuz defa daha küçüktür.) Bu grafen transistörleri çok küçüktürler ve aslında, moleküler transistörler için mümkün olan en son limiti temsil ederler. Daha da ufağına inilirse belirsizlik ilkesi84 devreye girecek, elektronlar transistörden dışarı sızacaklar ve özelliklerini kaybedecekler. " Elde edebileceğiniz en küçük [transistör] budur." diye konuşur Novoselov. Moleküler transistörler için birkaç gelecek vaat eden aday olmasına karşın, gerçek problem biraz daha dünyevidir, sıradandır: Bunları birbirlerine nasıl bağlayacağız ve ticari bir ürün haline gelebilmeleri için bunları nasıl bir araya getireceğiz? Tek bir moleküler transistör yaratmak yeterli değildir. Bir insan saçından binlerce kez daha ince olabildiklerinden, moleküler transistörlere müdahale edebilmek, herkesin bildiği üzere, çok zordur. Onları seri olarak üretme yolları hakkında düşünmek kabus gibi bir şeydir. Halihazırda, böyle bir teknoloji hala mevcut değildir. Örneğin, grafen o kadar yeni bir malzemedir ki, bilim insanları henüz bundan nasıl büyük miktarlarda üretebileceklerini bilmiyorlar. Bilim insanları ancak 0,1 milimetrelik saf grafen üretebiliyorlar, bu miktar ticari kullanım için çok küçüktür.
