Bugünün bilgisayarları hala 1940'ların mimarisiyle (Von Neumann) çalışıyor: İşlemci ve hafıza ayrı yerlerde duruyor ve veriler bu ikisi arasında sürekli gidip geliyor. Bu trafik, hem yavaşlamaya hem de muazzam bir enerji kaybına neden oluyor. Oysa insan beyni böyle çalışmaz; işlem ve hafıza aynı yerdedir (sinapslarda).
Yapay zekanın geleceği, beynin bu verimli yapısını donanım seviyesinde taklit eden Nöromorfik Bilgi İşlem (Neuromorphic Computing) teknolojisinde yatıyor. Ancak bu devrimi gerçekleştirmek için silikon tek başına yeterli değil. Mühendisler, "yapay sinapslar" inşa edebilmek için periyodik tablonun egzotik köşelerine, ileri malzeme bilimine yöneliyor.
Nöromorfik çipler, biyolojik nöronların ve sinapsların çalışma prensiplerini taklit eden elektronik devrelerdir. Geleneksel bilgisayarların "0" ve "1" mantığının ötesine geçerek, insan beyni gibi analog sinyalleri işleyebilir, öğrenebilir ve adapte olabilirler. En büyük avantajları ise enerji verimliliğidir. Bir süper bilgisayarın megawattlarca enerji harcayarak yaptığı bir işi, insan beyni sadece 20 watt (bir ampul kadar) enerjiyle yapar. Nöromorfik çiplerin hedefi budur.
Beynimizdeki öğrenme süreci, nöronlar arasındaki bağlantıların (sinapsların) güçlenmesi veya zayıflamasıyla gerçekleşir. Elektronik dünyasında bu davranışı taklit eden bileşene Memristör (Memory Resistor) denir.
Memristörler, üzerinden geçen elektrik akımını "hatırlar" ve direncini buna göre değiştirir. Elektrik kesilse bile bilgiyi saklar. Bu bileşenleri üretmek için kullanılan malzemeler, sektörün yeni altın madenidir.
Nöromorfik çiplerin ticarileşmesi, aşağıdaki malzeme gruplarının geliştirilmesine ve tedariğine bağlıdır:
Bu malzemeler, ısıtıldığında "amorf" (düzensiz) ve "kristal" (düzenli) yapılar arasında geçiş yapar. Bu geçiş, malzemenin iletkenliğini değiştirir.
Öne Çıkan Malzeme: GST (Germanyum-Antimon-Tellür) alaşımları. DVD ve Blu-ray disklerde de kullanılan bu teknoloji, şimdi nano boyutta yapay nöron üretiminde kullanılıyor.
İki metal elektrot arasına sıkıştırılmış ince bir metal oksit tabakasıdır. Voltaj uygulandığında içinde iletken kanallar (filamentler) oluşur ve direnç düşer.
Kullanılan Malzemeler: Hafniyum Oksit (HfO2), Tantal Oksit (Ta2O5), Titanyum Oksit (TiO2) ve Çinko Oksit (ZnO). Bu metal oksit tozları ve hedef malzemeleri (sputtering targets), çip üretiminin en kritik hammaddeleridir.
Elektrik alanıyla kutuplaşması değiştirilebilen malzemelerdir. Düşük enerji tüketimiyle bilinirler.
Örnekler: Zirkonyum katkılı Hafniyum Oksit (HZO) ve Kurşun Zirkonat Titanat (PZT).
Atomik incelikteki bu malzemeler, elektronların çok hızlı hareket etmesini sağlar ve çiplerin küçülmesine olanak tanır.
Örnekler: Grafen ve Molibden Disülfür (MoS2). Özellikle MoS2, düşük sızıntı akımı sayesinde nöromorfik uygulamalar için grafenden bile daha popüler hale gelmektedir.
Bu malzemelerle üretilen nöromorfik sensörler ve işlemciler;
Otonom araçların çevreyi daha hızlı ve az enerjiyle algılamasını,
Protez uzuvların, sinir sisteminden gelen sinyalleri gerçek zamanlı işlemesini,
Akıllı telefonların buluta bağlanmadan karmaşık yapay zeka işlemlerini (Edge AI) yapmasını sağlayacaktır.
Nöromorfik bilgi işlem, yazılımın sınırlarını donanımla aşma çabasıdır. Bu çabanın gizli kahramanları ise Germanyum, Antimon, Hafniyum ve Tantal gibi ileri teknoloji metalleridir. Malzeme tedarikçileri için bu alan, sadece hammadde satışı değil, geleceğin teknolojisine ortak olmak anlamına gelmektedir.
