Bilgisayarlarımızdan telefonlarımıza, arabalarımızdan akıllı saatlerimize kadar her cihazın kalbinde aynı element atıyor: Silikon. Son 50 yıldır yarı iletken endüstrisinin kralı olan silikon, artık fiziksel sınırlarına (atomik limitlere) dayandı. İşlemcileri daha fazla küçültemiyoruz, çünkü ısınma ve enerji kaçağı sorunları baş gösteriyor. Peki sırada ne var? Bilim insanlarına göre cevap, çelikten daha güçlü, bakırdan daha iletken ve atomik düzeyde ince bir materyalde saklı: Karbon Nanotüp Transistörler (CNFET).
Basitçe anlatmak gerekirse, karbon nanotüpler, karbon atomlarının tek bir katman halinde (grafen) silindir şeklinde sarılmasıyla oluşan tüplerdir. Bu tüpler o kadar küçüktür ki (insan saçından 50.000 kat daha ince), kuantum mekaniği kurallarına göre hareket ederler.
Bu malzemenin en büyüleyici yanı, yarı iletken özellik gösterebilmesidir. Yani elektriği açıp kapatabilirler, tıpkı bir transistör gibi. Ancak bunu silikondan çok daha verimli yaparlar.
Günümüzün en büyük teknolojik sorunu pil ömrü ve veri merkezlerinin harcadığı devasa enerjidir. Karbon nanotüp transistörler, elektronları silikondan çok daha hızlı ve sürtünmesiz (dirençsiz) taşır. Araştırmalara göre CNFET'ler, silikon tabanlı işlemcilere göre 10 kat daha fazla enerji verimliliği sağlayabilir. Bu, telefonunuzu haftada bir şarj etmek anlamına gelebilir.
Silikon transistörlerde elektronlar "kalabalık bir caddede yürümeye çalışan insanlar" gibidir; çarpışır ve yavaşlarlar (bu da ısı yaratır). Karbon nanotüplerde ise elektronlar "otobanda giden yarış arabaları" gibi hareket eder (Balistik İletim). Bu, işlemci hızlarında devrimsel bir artış demektir.
Silikon transistörleri küçültmek artık çok zor. Ancak karbon nanotüpler doğal olarak nano boyuttadır. Ayrıca silikonun aksine, bu transistörler işlemci üzerine katmanlar halinde (3D) inşa edilebilir. Bu da aynı alana milyarlarca daha fazla transistör sığdırmak demektir.
Her şey bu kadar harikaysa neden iPhone'umuzda hala silikon var? Çünkü karbon nanotüplerle çalışmak, mikroskobik bir spagetti tabağını düzenlemeye benzer.
Saflık Sorunu: Üretim sırasında bazı tüpler metalik (sürekli iletken), bazıları yarı iletken olur. Metalik olanlar kısa devreye neden olur ve bunların %99.9999 saflıkla ayrıştırılması gerekir.
Hizalama Sorunu: Milyarlarca tüpün çip üzerinde aynı yöne, mükemmel bir düzenle yerleştirilmesi mühendislik açısından bir kabustur.
Ancak MIT ve Analog Devices gibi kurumlar, son yıllarda geliştirdikleri yeni üretim teknikleriyle bu sorunları büyük ölçüde aşmayı başardılar ve ilk çalışan modern CNFET işlemcileri (RISC-V mimarisi ile) tanıttılar.
Silikon yarın sabah hayatımızdan çıkmayacak. Ancak önümüzdeki 10 yıl içinde, özellikle yapay zeka işlemleri ve süper bilgisayarlar için Karbon Nanotüp tabanlı çiplerin, silikonun yerini almaya başladığını göreceğiz. Silikon devri yavaş yavaş kapanırken, Karbon Çağı'nın kapıları aralanıyor. Moore Yasası ölmüyor, sadece şekil değiştiriyor.
