Intel, genel amaçlı bilgisayara yönelik ilk işlemcisi 4004ü piyasaya süreli neredeyse 40 yıl oldu.4004, sadece 108KHz saat hızında çalışıyordu. Sadece 8 yıl sonra çıkan Intel 8088 ise 5MHzde çalışıyordu ve yaklaşık 50 kat hızlıydı. Bugün modern bir işlemci ise 3 GHz saat hızında çalışıyor ve 4004ten 30.000 kat daha hızlı.
Transistör sayısındaki artış, muhtemelen CPU gücünün artışını daha iyi gösteren işaretlerden. Intel 4004 sadece 2.300 transistörden oluşurken Intel 8008, 29.000 transistörü bir araya getiriyordu. Modern uç nokta bir Xeon çipinde ise 2 milyardan fazla transistör bulunuyor ve bu ilk CPUnun bir milyon katı fazla transistör demek.
CPU dünyasında birçok etkileyici istatistikler mevcut, ancak daha önemlisi işlemcilerin sunduğu teknolojiler. Bugün akıllı kameralar yüz tanıyabiliyor, devletlerin bile birkaç sene önce ulaşamadığı analitik özellikli hesap tabloları, kendi kendine giden arabalar, fiyatı uygun tabletler ve akıllı cepler bir standart haline geliyor.
Tüm bunlar oldukça iyi ancak aklımıza birkaç soru geliyor. CPU sanayii bu performans artışını sürdürebilecek mi? Eğer sürdürebilecekse önümüzdeki birkaç senede hangi yeni teknolojilerle karşılaşacağız?
Moore kanunu
Intel ortak kurucusu Gordon Moore, 1965de her iki senede bir bir çipteki transistör sayısının ikiye katlanacağını tahmin etmişti. Bu tahmini oldukça doğru çıkan Mooreun tahmini, zamanla Moore kanunu ismini aldı.
Moore 1965de CPUdaki üssel büyümenin ev bilgisayarları, otomobiller için otomatik kontrolleri ve kişisel, taşınabilir cihazlarla sonuçlanacağını tahmin etmişti.
Son zamanlarda giderek artan karışıklık ve güç, CPU performansını en yüksek seviylere çıkardı. Peki bu devam edecek mi? Intel Labs Barcelonadan Antonio Gonzaleze göre bu sorunun cevabı en azından yakın dönemde evet.
Ancak bu çok da kolay olmayacak. Gonzalez, transistör boyutlarının çok küçük olduğunu şöyle açıklıyor: Şu an 32nm ile çalışıyoruz (bir metrenin 32 milyarda biri) ve çok yakında 22nme ineceğiz. Bu, grip virüsünden bile küçük ve bir saç telinin çapından 10 bin kez küçük bir transistör anlamına geliyor.
Önümüzdeki engeller, yeni projeler
Transistör boyutları bir atomun boyutuna da (0.1nm) yaklaşıyor ve yakında bizlerin önüne yeni bir engel olarak çıkacak.
ARM ürün pazarlama direktörü Nandan Nayampallyye göre 40nmden sonra sorun transistörler değil kablo gecikmesi (sinyali çip üzerinde göndermek için geçen süre): Bu sınıra ulaşmaya başladık ve bu, hız için büyük bir engel.
CPU performansındaki artışı devam ettirmek için yeni yaklaşımlar gerekecek ve endüstri, umut verici bazı projeler üzerinde çalışmaya başladı bile.
Önreğin IBM, CPU çekirdeklerinin yan yana yerleştirilmediği 3 boyutlu çip istiflemeyi araştırmakla meşgul. Çekirdekler, tüm yüzeyi kaplayan bağlantılar sayesinde iletişim kurabiliyor ve böylece transfer hızları büyük oranda artırılırken sıcaklık sorunu azalıyor.
Intel ise transistör performansını artırarak güç ihtiyacını azaltan bir proje ile meşgul.
Mooreun kanunu 2020lerde bazı engellerle karşılaşacak ancak ufukta görülen yeni teknolojiler, onun bir süre daha devam etmesini sağlıyabilir.
Çoklu çekirdek
İngiliz yarıiletken ticaret topluluğu tasarım yardımcı başkanı John Moore, transistör sayısı arttıkça sıcaklığın ve kararlılık sorunlarının ortaya çıktığına dikkat çekiyor ve şunları söylüyor: Büyük, tek çekirdekli canavarlar artık geride kalıyor: gelecek, dağıtımlı işlemede.
Intelden Antoino Gonzalez de bunu kabul ediyor: Tüm bu ek transistörleri büyük tek bir çekirdek oluşturmak için kullanabilirdik. Ancak bu birden çok çekirdeği tek die üzerine yerleştirmek, performans ve güç verimliliği açısından çok daha iyi bir çözüm sunuyor.
Gonzalez, Intelin 80 çekirdekli teraflops araştırma çipi adındaki işlemciyi ürettiğini ve bunun olağanüstü bir rakam olmadığını söylüyor: Yüzlerce çekirdeğe sahip işlemcileri kolaylıkla üretebiliriz. Bunu pratik hale getirmeden önce aşılması gereken bazı sorunlar var ancak doğru yönde olduğumuza inanıyorum.
Qualcomm ve John Mooreın görüşleri
Ancak çok çekirdekli işlemcilere herkes bu kadar sıcak bakmıyor. Qualcomm CDMAda ürün yönetimi başkan yardımcısı konu hakkında şunları söylüyor: Sistemlerimiz en az dört çekirdekli ve 2.5GHzde çalışıyor. Ve bunu daha yukarı götürebileceğimizden eminim ancak yazılım açısından baktığımızda bazı uygulamalar gerçekten multithreading kullansa da bir çoğu yine single-threaded. Bu nedenle en azından mobil cihazlarda çekirdek eklemeyi durdurup güç verimliliğine yöneleceğimiz zaman çok yakın.
John Moore da multithread uygulamalara geçişin anahtar önem taşıdığını düşünüyor. Şu anki mesele donanım değil, bundan yararlanacak yazılım oluşturmak. Şu anki programcı jenarasyonu her şeyi sıralı olarak düşünerek yetişmiş ve bir sorunu paralel iş parçacıklarına bölmek, bu kodun nasıl test edilip ayıklanacağını öğrenmek çok kolay bir iş değil.
Intel de ARM benzeri bir çalışma içinde
Ancak Gonzalez, Intelin bu sorunların farkında olduğunu söylüyor: Gelecek için yeni programlama modellerini inceliyoruz. bunu yanında uygulamaları paralelleştirecek yeni araçlar sayesinde bunu yapmak çok daha kolay olacak.
ARMden Nayampally ise normal bir CPUya eklenen çekirdeklerin çoklu çekirdek anlamına gelmeyeceğinin altını çiziyor: ARM buna 2003de başladı. Ancak bu ek çekirdekleri DSPler, bir GPU, modem, GPS birimi veya ihtiyacınıza uygun başka bir şey olabilir.
Mobil cihazlarda rastlanan bu yaklaşım, Gonzaleze göre Intel tarafından da kullanılmaya başlanmış: Sandy Bridge işlemcilerine GPU ve çokluortam desteği gibi özel bileşenler eklemek için çalışıyoruz. Bu tür bir entegrasyon, gecikmeleri azaltıyor ve güç verimliliği ve performans açısından çok daha iyi bir çözüm sunuyor.
Gelecekteki gelişmeler
Peki gelecekteki CPU gelişmeleri ne sunacak? Önümüzdeki birkaç sene içinde her şey normal olarak devam edecek gibi görünüyor. Transistörler küçülmeye devam edecek, çekirdek sayısı artacak ve masaüstü PClerimiz her zamanki gibi hız kazanacak.
Uygulamalar multithread destekli hale gelerek GPU hızlandırma gibi performans kazandıran teknolojilerden faydalanabilecekler. Enerji verimliliğine verilen önem ise mobil cihazlarda CPU gücünde ve pil ömründe ilerlemelerle sonuçlanacak.
Hızlı, düşük güç tüketimine sahip CPUların çıkacak olması, Intelden Antonio Gonzaleze göre bu işlemcileri her yerde kullanacağımız anlamına geliyor: Yakın zamanda bugünküne göre çok daha geniş bir bilgisayar cihazı yelpazesiyle karşılaşacağız. Arabamızda, evimizde, güvenlik sistemlerinde ve basit robotlarda bile daha güçlü sistemler bulunacak. Bir takım cihazlar çevreyi algılayarak gerçek dünyaya yönelik tepkiler verecekler.
Diğer çalışmalar ve Qualcommun tahmini
Tüm bunlar bilim kurgu değil ve bugün de gerçekleşiyor. Örneğin Southampton Üniversitesi tarafından geliştirilen ivmeölçer çipleri, tren rayın üzerinden geçtiğinde rayın davranışını inceliyor ve yapısında bir sorun olup olmadığını algılayabiliyor. Bu sayede mühendisler bir kaza meydana gelmeden önce uyarılıyor.
Royal Veterinary College ise bir atın bacağına eklenen ve atın koşu tarzını algılayabilen bir çip geliştiriyor. Bu sayede küçük değişiklikler algılanarak normalde fark edilmesi güç sakatlıkların önüne geçilebiliyor.
Qualcomma göre evimiz yakın zamanda bize birçok yönden yardım edecek akıllı cihazlarla dolacak. Ve bunlar durgun kutular olmayacak, aynı cep telefonumuz gibi internete bağlanacak ve birçok yolla kişiselleştirilebilecek.
Hürriyet