Çip—Günümüzün Elektronik Yapı Taşı

SABAH kahvenizi süzen dijital kahve makinesi, kalemle birçok hesap yapma zorluğundan sizi kurtaran cep hesap makinesi, yeni otomobillerin ön panelinde bulunan çok renkli göstergeler . . . . evet, tüm bunların ortak bir yönü var: Hepsi de, bir bebeğin başparmak tırnağından büyük olmayan, gofretimsi bir yapıya sahip silikon çiplerin kullanılmasıyla yapılabilmiştir.

Bu çipler, sahip olabildiğiniz başka eşyalarda da bulunmaktadır: saatlerde, TV’larda, radyolarda, telefonlarda, ev aletlerinde ve diğer bazı aygıtlarda. Evlerde kullanılan basit günlük eşyalardan, çok gizli askeri uygulamalara kadar elektroniğin bir harikası olan bu minik cevher, dünyada insanların yaşam biçimlerini değiştirmede önemli bir rol oynamaktadır. Fakat acaba silikon çip nedir? Nasıl meydana geldi? Günlük hayatınıza girebilmeyi acaba nasıl başardı?

Çip Nedir?

Silikon çip, esas olarak minyatür elektronik devrelerin bir araya gelmiş halidir. Bir elektronik devreyi, bu yazıdaki bir cümleye benzetebilirsiniz. Her cümle, isim, fiil ve sıfat gibi standart parçalardan oluşmuştur. Bu parçaların değişik düzenlemeleriyle kurulan cümleler, beyan, soru ve hatta şiirler meydana getirebilir. Ayrıca cümleleri mantıksal biçimde birbirine bağlayarak konuşma ve yazı elde ederiz.

Elektronik devreler de böyledir. Transistor, diyot, rezistans ve benzeri diğer standart elektronik parçaları çeşitli şekillerde düzenlenerek, birçok değişik işlev gören elektronik devreler geliştirilebilir. Daha sonra ise, bu devrelerin binlercesi, her türlü yararlı elektronik işlemi yapmak üzere bir araya getirilebilir. Bu iş, bu kadar basittir—en azından teorik olarak.

Uygulamada ise, böyle yüz binlerce elektronik parçayı birbirine bağlamak çok zor bir iştir. Ayrıca ne kadar yer kaplayacağı da ayrı bir sorundur. 1949’ların sonunda, birinci kuşak bilgisayarları monte eden bilim adamlarının karşılaştıkları engel, işte buydu. ENIAC (Elektronik Sayısal Bütünleyici ve Hesaplayıcı) adıyla bilinen ve Philadelphia’da yapılan böyle bir bilgisayarın kapladığı alan 140 m² ve ağırlığı ise, 27 tondu; ayrıca içinde 19.000 adet vakum tüpü vardı. Bu canavarın çalışması için 1.300 tane 100 watlık ampule yetecek kadar elektrik enerjisine gerek vardı. Elektrik enerjisine olan iştahı, birçok şakanın ortaya çıkmasına neden olmuştu. Şakalardan birine göre, bu bilgisayar çalıştırıldığında, batı Philadelphia’daki tüm ışıklar kararıyordu.

Büyük hacmine rağmen, ENIAC’ın ve o zamanın diğer bilgisayarlarının yapabileceği işlemler, günümüz bilgisayar kuşaklarınınkine göre çok zayıf kalıyordu. Bugün bir masa bilgisayarı saniyede milyonlarca işlem yapabildiği halde, ENIAC aynı sürede 5.000 toplama veya sadece 300 çarpma işlemiyle çok ağır çalışmaktaydı. Yine bugün birkaç milyon lira değerindeki bilgisayarlar, 100.000 ya da daha fazla sayıyı tutabilecekleri bir hafızaya sahip oldukları halde, eski dev bilgisayarlardan biri olan EDVAC, sadece 1.024 sayıyı tutabiliyordu. Öyle ise, bugünkü bilgisayarları bu kadar güçlü kılan ne gibi gelişmeler oldu?

1960’lı yılların başlarında küçük ve etkili transistorlar ortaya çıktı. Bilgisayar bilim adamları sonunda, ağır işlemli ve enerji yutan canavar bilgisayarların ebatlarını küçültebildiler. Fakat yine de, bugünkü bilgisayarlara ulaşılmadan önce, başka bir ilerlemenin kaydedilmesi de gerekiyordu. Bu da fotografçılık dünyasından gelecekti.

Minyatürleşme ve Çip

Belki bildiğiniz gibi uygun donanımla, fotoğraflar, kişinin ihtiyacına göre büyütülebilir ya da küçültülebilir. Geçen yıllarda, bilgisayar mühendislerinin, bilgisayar devrelerinin büyük fotoğrafik kopyalarını minik boyutlara indirebilecekleri bir teknik geliştirildi. Bu kopyalar, büyük bir kentin sokak planı kadar karmaşık olsa da, küçültüldükleri zaman, bir kontak lensten daha da küçük bir çipin üzerine sığacak boyuta indirilmektedir. Bu fotoğraflar, normal fotoğraf kağıdına değil, saf silikondan yapılmış levhaların üstüne geçirilmektedir. Silikon, yeryüzünde bulunan en bol maddelerden biridir ve normal kumda vardır.

Silikonun bazı özellikleri, onu, çip yapımında kullanmak üzere tercih edilir kılmaktadır. Örneğin, saflığını bozan çeşitli kimyasal maddeler katılınca, silikon, tıpkı rezistans, kondansatör ve hatta transistor özelliği gösterebilir. Böylece, tek bir silikon çipin bazı bölgelerini bu tür katkı maddeleriyle karıştırarak, bir elektronik devrenin tamamını bu minik çipin üzerinde üretmek mümkündür.

Eritilmiş ve saflaştırılmış kumdan yapılan silikon kristalleri, bir salamın uzun görünüşünü alana kadar bekletilir. Sonra ince tabakalar halinde doğranır ve özel bir madde ile kaplanır. Büyük elektronik devrelerin minik kopyaları, bu ardışık tabakalara asitle kazılır. Uygun noktalara kimyasal katkı maddeleri eklenir. Sonuçta çiplerin üzerinde sadece bazı resimler değil, gerçekten çalışan elektronik devreler oluşur; bunlara da entegre devre (IC) adı verilmektedir.

1960’larda yapılan entegre devrelerde yaklaşık 100 adet elektronik parça vardı. Böylece mühendisler, laboratuvarlar ve başka kuruluşlar için bavul ebadındaki “küçük” bilgisayarlar imal edebildiler. 1970’lerin sonunda yüz binden fazla parçayı içeren “LSI” (Geniş Ölçekli Entegrasyon) çipleri yapıldı. Bu tür çipler öyle karmaşıktır ki, sadece bir tanesi, teorik olarak, bir mikro dalga fırın ya da araba çalıştırmak gibi, tam bir bilgisayarın işlevlerini yapabilir. Bugünkü bilgisayar bilim adamları, milyonlarca parçayı içeren “VLSI” (Çok Geniş Ölçekli Entegrasyon) çiplerinden söz etmektedirler. 2,5 milyon kilometre kare olmak üzere Türkiye’den üç kez daha büyük bir şehrin sokak planlarını, yaklaşık 0,5 cm² alanlı bir çipin üzerine sığdırdığınızı düşünün!

Çipler ve Siz

Çip kullanarak, karmaşık elektronik cihazların imalinde, gereken yorucu lehimleme ve diğer elişleri büyük oranda giderilebilir. Böylece imal edilen çip, daha güvenilir ve daha küçük olmaktadır. Seri üretimle, ses sentezi gibi özel yetenekli çiplerin maliyetleri öylesine düşürüldü ki, bugün artık her türlü üründe kullanılabilmektedir.

Böylece çipleri, çevremizdeki sesli video oyunlarında, jetonla çalışan makinelerde ve arabalarda bulabiliriz. Bazı ülkelerde, size saati ya da telefon numaralarını söyleyen “operatör” silikondan yapılmış olabilir! Konuşma yoluyla verilen emirleri anlamak için çipler kullanan tüketim maddeleri de güncellik kazanmaktadır. Bunların bazıları sırf satışları artırmak için kullanılabilir; ama bazıları, sakat insanlara gerçekten çok büyük yardım sağlayabilir.

Çiplerden, sanayi ve iş dünyasında da yararlanılmaktadır. Fabrikalarda, sıkıcı, tekrarlamalı veya tehlikeli işlerde insanların yerini alan robotları kontrol etmek için de çipler kullanılmaktadır. Şu günlerde otomobil sanayiine büyük akınla giren çipler, kaynak ve boyama türü işleri başarıyorlar. Bürolarda daktilolar yerlerini, artık yazı hatalarını bulan, metni daktilo etmeden değişiklikler yapabilmenizi ve hatta adres etiketlerini otomatik olarak basabilmenizi sağlayan elektronik kelime işlemcilerine bırakmaktadır. Fakat bu, her zaman için yararımıza olmuyor. Gerçi büro memurları, alışılagelen büro işlerinin sıkıcılığından kurtuluyorlar, ama, aynı zamanda bilgisayar ekranına da bağımlı kalıyorlar.

Diğer yandan, silikon çipler, içinde bulunduğumuz kuşağın tanık olduğu iletişim devriminde de önemli katkılar sağladı. Okumakta olduğunuz bu dergi, bilgisayar ekranında yazılıp, bilgisayarlar tarafından dizilmiş ve yine bir bilgisayarın yardımıyla basılmıştır. Aslında, bilgisayarlarla yapılan dizgi ve baskılar için kullanılan sistem başarısını, yararı, değeri ve kullanımı gittikçe artan elektroniğin bu yapı taşına, yani silikon çipe borçludur.