Yarı İletken Üretimde ‘nm’ Ne Anlam Taşıyor?

Teknolojinin kalbinde, hemen her cihazda rastladığımız ama çoğu zaman varlığını bile hissetmediğimiz çipler yer alıyor. Akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar, televizyonlar, otomobiller ve hatta basit ev aletleri… Bunların her birinde irili ufaklı yarı iletken parçalar, yani çipler var. Dahası, uçaklardan savunma sanayine, medikal cihazlardan yapay zeka sistemlerine kadar çok geniş bir yelpazede de kritik rolleri bulunuyor. Peki, çiplerin üretimi nasıl gerçekleşiyor ve “nm” gibi terimler ne anlama geliyor?

Bu yazıda, yarı iletken üretim teknolojisinin temel prensiplerine, “nm” ibaresinin aslında neyi ifade ettiğine ve çip üretimindeki gelişmeleri şekillendiren Moore Yasası’na değineceğiz. Ayrıca Intel, TSMC ve Samsung gibi devlerin nm yarışında nasıl konumlandıklarından da kısaca bahsedeceğiz.

Trending

Squid Game Okullarda Şiddete Yol Açtı! Zayıf Olan Dışlanıyor

Yarı İletken Üretim Teknolojisi Nedir?

Yarı iletken üretim teknolojisi, en temel anlamıyla elektronik devreleri minyatür ölçülerde üretme süreci demek. Bu süreçte yarı iletken malzeme (genellikle silikon) üzerine milyarlarca transistör yerleştirilir ve bu transistörler elektronik sinyalleri işlemekten tutun da bilgi depolamaya kadar pek çok görevi üstlenir.

Kısaca hatırlatalım:

• Transistör: Akımın kontrol edilmesini sağlayan, elektriği açıp kapatabilen, güçlendirip zayıflatabilen temel elektronik bileşendir.
• Entegre devre (IC): Birden fazla transistörün tek bir çip üzerinde bir araya gelmiş halidir. İşlemciler, GPU’lar ve çeşitli denetleyici çipler bu kategoride yer alır.

Yarı iletken üretimi yıllar içinde giderek daha karmaşık ve hassas bir yapıya büründü. Gelişen teknolojiler sayesinde, transistörlerin fiziksel boyutu her yeni nesilde daha da küçülerek birim alana yerleştirilebilen transistör sayısının artması sağlandı. Bu da aynı hacimde daha fazla işlem gücü ve daha yüksek verimlilik anlamına geliyor.

‘nm’ Nedir? Çiplerde ‘nm’ Ne Anlam Taşıyor?

Donanım dünyasıyla ilgili haberleri veya teknik özellik tablolarını takip eden çoğu kişi, “7nm”, “5nm” gibi ibarelerle mutlaka karşılaşmıştır. Peki, bu “nm” (nanometre) ifadesi tam olarak neyi gösteriyor?

Geçmişteki Anlamı: Fiziksel Boyut

Eskiden bu sayı, üreticilerin transistördeki kapı uzunluğu veya benzeri kritik boyutları ifade etmek için kullandığı bir ölçüt idi. Örneğin, “45nm” ifadesi, çip üzerindeki transistörlerin kapı uzunluğunun yaklaşık 45 nanometre boyutunda olduğunu söylüyordu.

Günümüzdeki Durum

Günümüzde işler biraz değişti. Çünkü farklı dökümhaneler (ör. TSMC, Samsung, Intel) farklı metrikler kullanıyor. Kimi zaman Intel’in “10nm” süreci, TSMC’nin “7nm” tekniğiyle eşdeğer performans ve yoğunluk sunabiliyor. Ya da TSMC’nin “5nm”si

Samsung’un “5nm”sine birebir uymayabiliyor.

Dolayısıyla “nm” ibaresi, artık doğrudan bir fiziksel uzunluk yerine ‘nesiller arası gelişmişlik seviyesini’ göstermek için kullanılan bir pazarlama ve sınıflandırma terimi haline geldi. Yine de güncel süreçte şu genel kaide geçerli: Rakam küçüldükçe transistörler ve aralarındaki boşluklar daha da daralıyor, bu da daha yüksek yoğunluk, daha fazla performans ve daha iyi enerji verimliliği vaat ediyor.

Neden Küçültüyoruz? Minyatürleştirmenin Önemi

• Transistör boyutları küçüldükçe, bir çipin içine sığdırılan transistör sayısı artar. Bunun iki ana sonucu vardır:
• Daha Yüksek Performans: Daha fazla transistör, daha fazla işlem kapasitesi anlamına gelir. Örneğin bir işlemcinin içinde ne kadar çok transistör varsa, o işlemci karmaşık işlemleri o kadar hızlı gerçekleştirebilir.
• Daha Düşük Güç Tüketimi: Transistörlerin küçülmesi, akımın kat ettiği mesafelerin kısalması ve dolayısıyla daha az güç harcanması demektir. Bu durum özellikle mobil cihazlar için kritik öneme sahiptir.

Elbette ki küçültmenin de sınırları vardır. Üretim maliyetleri artar ve fiziksel sınırlara yaklaşmak, yeni malzemeler ve tasarım teknikleri gerektirir.

İşlem Teknolojilerinin (Process Node) Tarihsel Gelişimi

Yarı iletken üretiminde “düğümler” veya “işlem teknolojisi” (process node) kavramı, belirli bir neslin üretim kurallarını ifade eder. Örneğin, 28nm, 14nm ve 7nm şeklinde ilerleyen her yeni düğüm, transistör yoğunluğunu artırırken aynı alanda daha fazla transistör yerleştirilmesine olanak tanır.

• 90nm ve 65nm gibi süreçler, 2000’li yılların başlarında masaüstü işlemcilere girdi.
• 45nm ve 32nm süreçleri, enerji verimliliği ve performans anlamında çiplere önemli atılımlar kazandırdı.
• 14/16nm süreci, transistörlerin kapı tasarımlarında kullanılan FinFET mimarisini ana akım haline getirdi. Bu dönem, özellikle Intel ve TSMC tarafında çok önemliydi.
• 7nm ve 5nm ise akıllı telefonlardan masaüstü işlemcilere kadar geniş bir yelpazede artık standart haline gelmiş durumda.

Bu süreçlerin arkasında, TSMC, Intel ve Samsung gibi birkaç büyük dökümhane var. AMD, NVIDIA, Apple gibi şirketler kendi çiplerini tasarlasalar da genellikle bu dökümhanelerde ürettirirler.

Intel ve Nanometre Karmaşası

Uzun süre Intel, “14nm” sürecini farklı revizyonlarla (14nm++, 14nm+++) geliştirdi. Rakipleriyse 7nm’ye hızla geçiş yaptı. Bu da son kullanıcının gözünde “Intel geride kalıyor” algısı oluşturdu. Oysa Intel’in 10nm süreci, TSMC’nin 7nm düğümüne performans ve yoğunluk bakımından oldukça yakındı.

Bu gibi nedenlerle Intel, 2021’de nanometre kavramını doğrudan isimlendirmede kullanmaktan kademeli olarak vazgeçti ve “Intel 7”, “Intel 4” gibi yeni bir terminolojiye geçti.

TSMC ve Samsung

TSMC genellikle 7nm, 5nm gibi isimlendirmeleri kullansa da, 5nm’nin altında “N4”, “N3” gibi varyantlar ekleyerek yine kendine özgü bir yol izliyor. Samsung tarafında da 7nm, 5nm gibi ibareler görsek de, her yeni kuşakta farklı tasarım ve yoğunluk ölçütleri devreye girebiliyor.

Sonuç olarak, farklı üreticilerin “nm” değerlerini birebir karşılaştırmak çoğu zaman yanıltıcı olabiliyor.

Moore Yasası Nedir ve Çip Üretimine Nasıl Yön Verir?

Yarı iletken sektörünün yıllardır izlediği ana rehber, Intel’in kurucularından Gordon E. Moore’un 1965’te ortaya attığı “Moore Yasası” oldu. Özetle, Moore Yasası bir çip üzerindeki transistör sayısının her iki yılda bir (veya Moore’un ilk öngörüsünde her yıl) katlanarak artacağını söyler.

Bu yasa, uzun yıllar yarı iletken üreticilerine yol gösterdi. Her yeni nesil çipte transistör yoğunluğu arttı ve bu sayede performans yükselirken fiyatların düşmesi sağlandı.

Günümüzde fiziksel sınırlara yaklaştıkça bu üstel artışı sağlamak zorlaşıyor. Yine de, yaratıcılık ve Ar-Ge yatırımları sayesinde transistör sayısı artmaya, minyatürleştirme de hız kesmeden devam ediyor.

Moore Yasası sadece tek başına bir fizik kuralı değil, aynı zamanda endüstriyel bir hedef olarak da görülüyor. Zira büyük yarı iletken şirketleri, her iki yılda bir yeni bir üretim süreci duyurmak ve performansı katlamak adına yarış halinde.

Transistör Boyutu Her Şey mi?

Çip performansını belirleyen faktörler arasında mimari tasarım, bellek teknolojileri, saat hızları, üretim verimliliği, paketleme teknolojileri ve yazılım optimizasyonu da yer alır. “Daha düşük nm” genellikle daha iyi performans ve daha iyi güç verimliliği sunsa da, bir işlemcinin veya GPU’nun genel başarımını sadece üretim sürecine indirgemek doğru olmaz.

Her şeye rağmen, üretim teknolojisi çip tasarımcılarına önemli avantajlar sağlar. Daha küçük boyutlu transistörler, daha az güçle daha hızlı çalışır; bu da modern işlemcilerin ve GPU’ların kompakt form faktörlere sığacak kadar küçülmesine olanak tanır.

Hangi Ürünlerde Ne Tür Çipler Kullanılıyor?

• Yüksek performanslı işlemciler, GPU’lar ve yapay zeka hızlandırıcıları: Genellikle en güncel süreç düğümleri (7nm, 5nm, hatta 3nm) tercih edilir.
• Mobil cihazlar (akıllı telefon, tablet): 5nm ve 4nm gibi gelişmiş süreçlerle üretilen SoC’ler (System on a Chip) yaygın. Enerji verimliliği ve performans bu alanda kritik.
• Daha basit mikrokontrolcüler (MCU): Beyaz eşyalar, küçük ev aletleri veya IoT cihazları genellikle daha eski, daha büyük nm değerlerine sahip süreçlerle üretilir (40nm, 65nm, vb.). Çünkü maliyet burada öne çıkar ve bu cihazlar aşırı yüksek işlem gücüne ihtiyaç duymaz.

Gelecekte Bizleri Ne Bekliyor?

• 3nm ve altı: TSMC ve Samsung öncülüğünde geliştiriliyor. Intel de yeni terminolojisiyle bu yarışta yerini alıyor.
• Farklı materyaller ve yeni tasarımlar: Silikonun yerini kısmen alabilecek, daha gelişmiş yarı iletken malzemeler üzerinde araştırmalar sürüyor.
• Çok katmanlı tasarımlar (3D stacking): Çiplerin dikey yönlü istiflenmesiyle daha yüksek yoğunluk ve performans elde edilebiliyor. Bu da Moore Yasası’nın ilerlemesine yeni bir boyut katıyor.

Yarı iletken üretim teknolojisi, modern dünyanın altyapısını oluşturan elektronik cihazların kalbidir. “Nanometre” kavramı, çiplerin üretim sürecindeki nesil farkını ve bu neslin getirdiği performans artışını kabaca ifade eder. Ancak farklı dökümhanelerin kendine özgü yöntemleri ve ölçüm standartları nedeniyle, “nm” değerlerini doğrudan kıyaslamak yanıltıcı olabilir.

Buna rağmen, minyatürleştirme yarı iletken dünyasının temel hareket noktasıdır ve her yeni süreç düğümü, bilgisayarlarımızı ve mobil cihazlarımızı daha yetenekli, daha verimli hale getirir. Bu ivmenin ardında ise Moore Yasası’nın rehberliğiyle durmaksızın yatırım yapan teknoloji devleri, çip tasarımcıları ve dökümhaneler vardır.

Yeni nesil üretim teknolojileri ve malzemeler devreye girdikçe, “nm” terimi yerini belki bambaşka bir sınıflandırmaya bırakacak. Ancak kullanıcılar için en önemli çıktılar hiç değişmeyecek: Daha hızlı, daha küçük ve daha az güç tüketen cihazlar. Gelecek, yarı iletken dünyasında hala büyük sürprizlere gebe.