Bugün kullandığınız akıllı telefon, NASA'nın 1969'da Ay'a insan göndermek için kullandığı bilgisayarlardan milyonlarca kat daha hızlı. Hatta 1990'ların en ünlü süper-bilgisayarlarından bile daha üstün performanslı. Ama artık elektronik teknolojinin sınırlarına yaklaştık ve ilginç bir ilerlemenin ufukta olduğunu görüyoruz: Işık ve lazerler, bilgisayarlarda elektroniğin yerini alacak gibi görünüyor.

İşlemciler şu anda küçük lazerler ve ışık algıçları (dedektörleri) taşıyabiliyor. Böylelikle, şu anda kullanmakta olduğumuz bakır kabloların hızını kat kat aşabilen küçük optik fiberler yoluyla veri alış-verişi yapabiliyorlar. Optik işlemci geliştiren birkaç firma bile var. Optik işlemci yongaları (çipleri), hesaplama yapmak için akım ve elektronik transistör yerine ışık ve optik düğme kullanıyor.

Moore Yasası Geçersizleşiyor

İcat edilişlerinden bu yana, bilgisayarlar gün geçtikçe hızlandı. Bunun olmasını sağlayan şey ise işlemci yongası üzerine yerleştirilen transistör sayısının arttırılabilmesiydi. Bilgisayarlar, tüm hesaplamalar için birler ile sıfırlar kullanır ve bunun olmasını sağlayan küçük düğmeler de transistörlerdir.

Şu anki işlemci yongaları yani entegre devreler, milyarlarca transistör içerir. 1965 yılında, Intel'in kurucusu Gordon Moore, çip başına transistör sayısının her iki yılda iki katına çıkacağı öngörüsünde bulunmuştu. Bu öngörü Moore Yasası olarak adlandırıldı ve yarım yüzyıldan uzun bir süre sonunda hâlâ geçerliliğini koruyor; ya da koruyor gibi gözüküyor.

Aslına bakarsanız, bu ölçeklemenin sonuna hızla yaklaşıyoruz. Transistörler artık elektron boyutlarına yaklaşmaya başladı; bu da onların kuantum mekaniksel etkilerin darboğazına girdikleri anlamına geliyor. Akımı oluşturan elektronlar, böylesine ufak elektriksel bileşenlerden rastgele kaybolarak, hesaplamaları alt-üst edebilir.

Dahası, transistörlerin sadece 5 nm olduğu en yeni teknoloji, şu anda öylesine karmaşık ki, ilerletilmesi aşırı pahalıya mâlolabilir. Bu beş nanometrelik çip teknolojisi için 2020'de işlemeye başlayacak bir yarı-iletken üretim tesisinin inşası, şimdiden 17 milyar $ masraf gerektirdi.

Bilgisayar İşlemci Yongaları Duruldu

Daha yakından baktığımızda ise transistörlerin performans artışının düşüşte olduğunu görüyoruz. Eskiden nasıldı hatırlar mısınız? İki-üç senede bir, piyasaya daha hızlı bilgisayarlar çıkardı. 80'li yılların 10 MHz'lik saat hızından, 90'ların 100 MHz'ine ve sonra 2000'lerin 1 GHz hızına ulaşmıştık. Bu artık durdu ve bilgisayarlar 10 seneyi aşkın süredir 4 GHz civarında takılı kaldı.

Elbette akıllı yonga tasarımlarıyla, örneğin çok-çekirdekli işlemcilerde paralel işlemeyi kullanarak hâlâ performansı yükseltebiliriz ve bilgisayarlarımızı hızlandırabiliriz. Ama hızdaki böyle bir artış, transistörlerin kendisine bağlı olmaz. Bir de bu kazançların bedeli var tabi. İşlemci üzerindeki tüm çekirdeklerin birbirleriyle iletişimde olması gerekir ki görevleri bölüşebilsinler. Bu da epey enerji harcar. O kadar ki, şu anda bilgisayarın toplam güç tüketiminin yarısından fazlasının sorumlusu, yongalar üzerindeki ve arasındaki iletişimdir.

Bilgisayarlar son derece yaygın olduğundan, bu enerji tüketimi aslında karbon ayakizimizin de büyük bölümünü oluşturur. Yapılan tahminlere göre, örneğin bir akıllı telefonun sürekli Internet'e bağlı kalarak kullanılmasının, bir buzdolabı kadar enerji tükettiği düşünülüyor. Tabi bu konuda sizin elektrik faturanızı düşünmenize gerek yok; söz konusu enerji, veri merkezleri ve ağlar tarafından harcanıyor.

Kurtarıcımız Lazerler

Peki bilgisayarlarımızın enerji tüketimini nasıl düşürüp, onları daha sürdürülebilir kılabiliriz? Yanıt, Internet'e baktığımız zaman açık hâle geliyor. Eskiden iletişim için bakır tellerden geçen elektriksel sinyaller kullanırdık. Lazer ışığına rehberlik eden optik fiber, iletişimde devrim yarattı ve Internet'i bugün olduğu duruma getirdi: Hızlı ve dünyanın her yanına yayılmış. Fiberi artık evinize kadar çektirebilirsiniz.

Yeni nesil bilgisayarlar ve sunucular için de aynı düşünceyi kullanıyoruz. Artık yongalar anakartın üzerine bakır tellerle takılmayacak; onun yerine optik dalga kılavuzları (frekans yönlendiriciler) kullanacağız. Anakarta gömülü olacak olan bu cihazlar ışığa rehberlik edecek; tıpkı optik fiberler gibi. Minik lazerler ve fotodiyotlar da veri sinyalini üretmek ve almak için kullanılacak. Aslında Microsoft gibi şirketler, kendi Bulut (İng. Cloud) sunucuları için şimdiden bu yaklaşımı inceliyor.

Optik Yongalar Zaten Mevcut

Aklınıza, bu yongaların birbirleriyle ışık kullanarak nasıl iletişim kurabilecekleri takılmış olabilir. Evet, elektrik akımı üretmek için yapılmışlardı ama ilginç bir şekilde, silikon yongalar, transistörlerin yanı sıra ışık vericisi ve alıcısı içerecek şekilde uyumlandırılabilir. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları bunu çoktan başarmış durumda ve şu anda teknolojiyi ticarileştirmek için Ayar Labs adında bir şirket kuruyorlar.

Danimarka'da bulunan Aarhus Üniversitesi bilimcileri ise bunun bir adım ötesini düşünüyor: Eğer yongalar birbirleri ile optik olarak iletişim kurabiliyorsa, lazer ışığı kullanarak, çip üzerindeki (çekirdekler ile transistörler arası) iletişimi de optik olarak sağlamak mantıklı olmaz mı? Ekip, Avrupa çapındaki çalışma arkadaşlarıyla beraber, bitleri lazer ışığı ile yazan daha verimli bellekler tasarlama yolları araştırıyor. Eğer bunu başarabilirlerse, 2030 yılı gibi erken bir tarihte yeni yonga teknolojisine geçilebileceğini düşünüyorlar.

Optik Bilgisayarlar Ne Zaman Çıkar?

Şimdiye kadar hep iyi yönlerinden söz ettik ama bir uyarı yapmakta yarar var: İletişimde optik, elektronikten üstün olsa da, aslında hesaplama gerçekleştirmek için pek de uygun sayılmaz. En azından ikili sistemde (sıfırlar ve birler şeklinde) düşünürsek.

Bu noktada insan beyni bir çözüm sunabilir. Biz ikili sistemde düşünmeyiz. Beyinlerimiz dijital değil analogtur ve her an hesap yapar. Bilgisayar mühendisleri, şimdilerde böylesi analog yani beyin-benzeri hesaplamanın potansiyelinin farkına varıyor. Nöro-morfik hesaplama adında yeni bir dal doğuyor; bu alanda çalışan araştırmacılar, elektronik yongaları kullanarak, insan beyninin işleyişini taklit etmeye çalışıyor. Anlaşılan o ki, bu yeni beyin-benzeri hesaplama için optik harika bir seçim.

Nöro-morfik optik yongalar yapmak için kullanılabilecek aynı tür bir teknoloji, silikon yongalar arasında ve üzerinde optik iletişim sağlamak için MIT ve Aarhus Üniversitesi araştırmacıları tarafından da kullanılıyor. Aslında böyle yongaların bazı temel konuşma tanıma görevlerini yerine getirebildiği hâlihazırda ortaya kondu. ABD'de bulunan Lightelligence ve Lightmatter adlı iki yenilikçi şirket, böylesi optik yongaların yapay zeka amaçlı olarak gerçeğe dönüştürülmesine uğraşıyor.

Optik yongalar hâlâ elektronik yongaların biraz gerisinde kalıyor ama yapılan araştırmalardan sezilen şu ki, yakın bir gelecekte, bilgisayar dünyasında devrim yaratacaklar. Belki 5 yıl sonra, süper-bilgisayarlarda ilk optik yan-işlemcileri görür ve yeni ilaçların keşfi için kullanmaya başlarız. Belki 10 yıl sonra, optik yongalar, sürücüsüz araçlarda ve otonom dronlarda nesne algılama için kullanılır olur. Tahminlere göre, 20.yüzyılın elektronik çağı oluşu gibi, 21.yüzyıl da fotonik çağı olacak.