Ana sayfa 167. Sayı Teknolojiyi değiştiren cihaz çip ve Jack Kilby

Teknolojiyi değiştiren cihaz çip ve Jack Kilby

430
PAYLAŞ
1950’lerde bir bilgisayarın kasası... Genellikle denklem çözmeyi ve karmaşık elektronik cihazları kontrol etmeyi sağlayan bu ilkel aletler, oda büyüklüğünde kasalara sahiptiler ve zaman zaman çeşitli fonksiyonları çalıştırmak için fiziksel olarak “kasa odası”na girip kablolarla oynamak gerekiyordu.

Özgür Can Özüdoğru

Katıhal fiziğindeki ilerlemeler; mikroçiplerin ve transistörlerin boylarını ufalttıkça ufalttı. Bir bilgisayarın yapabileceği neredeyse her özelliğe sahip akıllı telefonlar da bu sayede üretildi. Günümüzde saatimizden buzdolabımıza kadar her alanda mikroçip, anakart ve transistör kullanan bilgisayarlar bulunmakta. Muhteşem olan ise tüm bu ilerlemenin 20 yıldan daha kısa bir süre içinde gerçekleşmesi…

Elektronik aletler yaşantımızın her alanına girmiş durumdalar ve günümüzde onlar olmadan nasıl yaşayacağımızı hayal bile edemiyoruz. Özellikle kimilerinin “ikinci sanayi devrimi” olarak kabul ettiği çağda, makine mühendisliği alanında yapılan çalışmalar insanın uzaya gitmesine kadar giden yolu açmış oldu. Yalnızca ocağa kömür attığınızda çarkını döndürerek çalışan analog aletler, yerini birbirleriyle kablolar aracılığıyla iletişim kuran, artık tam olarak nasıl çalıştığını kestiremediğimiz cihazlara bırakmıştı. Fakat yine de denklem çözecek, birden fazla donanımla iletişim kuracak elektronik aletler bir oda kadar büyüklerdi. 1950’lerdeki dünyanın önemli sorunlarından biri buydu. Ortaya çıkan bu tıkanıklığı çözmek için katıhal fiziğinin yardımı gerekti.

Bilgisayarları küçültmek

Bu ayki öykümüz bu noktada başlıyor. 1950’ler soğuk savaşın yeni yeni kızıştığı yıllardı. 2. Dünya Savaşı’nın ardından toparlanan ekonomi, ABD’de açılan yeni pazarlarla birlikte bir anda Batı bloğu ülkelerini zenginleştirmişti ve ellerinde çok fazla imkân bulunan mühendislerin güzel fikirleri vardı. Fakat daha hızlı bir araba üretmekten uzaya gitmeye kadar neredeyse her alandaki en büyük sıkıntı, bilgisayarların ve anakart yapıların çok büyük ve ağır olmasıydı. Sovyetler Birliği, katıhal ve yarıiletken teknolojisinin öneminin farkına erken varmış ve 1957 yılında Sputnik uzay aracını Dünya yörüngesine yollayabilecek elektronik teknolojisine ABD’den daha erken sahip olabilmişti. Sovyet biliminsanlarının icat ettikleri yöntemler uzaya bir uyduyu göndermek için yeterliydi, ancak Ay’a bir araç göndermek için daha da ufak bilgisayarlara ihtiyaç vardı. Ayrıca Doğu Bloğu ülkeleri, yaptıkları icatları kesinlikle diğer ülkelerin kullanımına açmıyorlardı, dolayısıyla bu sorunla ABD’nin sıfırdan başlayarak uğraşması gerekmekteydi.

Genç mühendis Kilby ‘Teksaslı Kovboylar’a katılıyor

ABD’de mühendislik ile doğrudan bağlantısı olan çalışmalar her zaman üniversitelerde yapılmayabiliyor. Özellikle 19. yüzyılın mucitleri, kendi şirketlerini kurup buluşlarını pazarlamaya başladıktan sonra Edison Company, Bell Company, General Electrics ya da Texas Instruments gibi büyük şirketler 20. yüzyıla damgasını vurdu. Bu şirketlerde çalışan mühendisler halk kahramanı muamelesi görmekteydi. Birbirleriyle patent yarışlarına giren bu şirketler, çalışanlarının yaptığı icatları seri üretime sokarak para kazanmaktaydı. Böyle bir arka plan içinde Illinois Üniversitesi’nden genç bir elektrik mühendisi mezun olmuştu: Jack Kilby. Kansas’ta yetişen Kilby, yerel bir elektrik şirketi sahibi olan babasının yanında elektriğin ve elektrik çevresinde gelişen teknolojinin ne kadar önemli olduğunu fark etmişti. Çocukluğunda bir fırtınanın devirdiği elektrik tellerinden ötürü elektrikler kesildiğinde, bunun duyurusunu babasının amatör radyoculuk ile uğraşan bir arkadaşının evinde yapmıştı. Sonrasında aletin içini açarak daha güçlü bir hale getirmek için çaba harcadı. Bu olayın ardından amatör radyoculuk, Kilby’nin tutkusu haline geldi. 2. Dünya Savaşı’nda Amerikan Ordusu’nda telsizci olarak görev yapan Kilby, savaştan sonra hayallerini gerçekleştirmiş, elektrik mühendisliği bölümünden mezun olmuştu. Wisconsin Üniversitesi’nde tamamladığı yüksek lisansın ardından merkez Amerika civarında kendisine iş aramaya başladı.

Jack Kilby’nin ürettiği ilk bütünleşik devre, yani bir çip. Dört farklı bilgisayar parçası ortak bir yarıiletkene bağlı ve 24 farklı devre ile kablonun kullanılmasına ihtiyaç duyulmuyor.

Elektrik gibi dönemin son teknolojileri ABD’de “teknoloji elitleri” denilen doğu ve batı kıyılarındaki üniversitelerin ve şirketlerin tekelindeydi. Özellikle doğu yakasındaki Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü CALTECH, batı kıyısındaki Massachussets Teknoloji Enstitüsü MIT gibi kurumlarla yeni teknoloji üretimi bakımından rekabet etmek oldukça zor görünüyorken, Teksas Dallas merkezli bir petrol şirketinin yaptığı atılımlar herkesin ilgisini çekti. New York merkezli Edison Şirketi ve Bell Şirketi 1940’larda transistörler üretmekle meşguldüler. Gelecekte yalnızca bir petrol tespit şirketi olarak kalmanın süreklilik sağlamayacağına inanan Texas Instruments (TI) isimli bu şirket, transistörler geliştirip üretmeye başladı. Bünyesindeki mühendislerin geliştirdiği, tarihteki ilk transistörlü radyo, bu şirketi ünlü yapmaya yetmişti. Transistör teknolojisinin yardımıyla bu radyolar cepte bile taşınabilecek boyutlardaydı ve prize takılı kalmaları gerekmiyordu. Elektronik piyasasına sert bir giriş yapan TI, dönemin teknoloji devlerinin tabiriyle “Teksaslı Kovboylar”, merkez Amerika’da yetişmiş hevesli ve genç bir elektrik mühendisi için en uygun yerdi. Jack Kilby, hiç düşünmeden TI’ın kapısını çaldı ve işe başladı. TI, çalışanlarına yaz aylarında 2 haftalık bir izin hakkı tanıyordu. O iki hafta boyunca şirket tam anlamıyla kapanıyor, çalışan herkes tatile çıkıyordu. Jack Kilby ise henüz bu yıllık izni almaya hak kazanacak kadar uzun süredir çalışmıyordu. Büroda hiç kimse yokken o iki hafta boyunca da çalışmak zorunda kalan Kilby, donanımlar arasındaki bağlantıyı sağlayacak daha ufak bir alet üretmek amacıyla çalışmaya başladı.

Kahrolası kablolar!

Normalde donanımlar arasındaki bağlantılar, kaç adet cihaz varsa birbirlerinin permütasyonları olacak şekilde kablolarla bağlanarak sağlanıyordu. Dolayısıyla çok fonksiyonlu ve ufak bilgisayarlar inşa etmenin önünde kablo montajı engeli bulunmaktaydı. İçinde “ufak” bilgisayarlar bulunan pek çok cihaz tasarlanıyor, fakat cihazlar arasındaki iletişimi sağlayacak daha ufak ve işleyen bir yöntem keşfedilmediğinden, bu fikirler gerçekleşemiyordu. 2 hafta boyunca şirkette kimse olmadığı için huzurlu ve sakince çalışan Kilby’nin aklına bir fikir geldi. Neden kablolara ihtiyaç duyuluyordu ki? Donanımların hepsiyle iletişimi sağlayacak yarıiletken malzemeyi bir yüzey üzerine koyup, kabloların doğruca bu malzeme üzerinden iletişim kurmasını sağlayamaz mıydık? Böylece her birim birbiriyle ayrı ayrı iletişim kurmak zorunda kalmaz, açık bir biçimde malzeme üzerinden iletişim kurabilirdi. Bu sayede kablolar ortadan kalkar, donanımlar arasındaki mesafe, malzemenin boyutu kadar düşerdi. Kilby, o zamana kadar kimsenin böyle bir şey düşünmediğini duyunca hayretler içinde kaldı. Tarihin akışını ne ölçüde değiştirdiğinin farkında değildi.

Jack Kilby, dünyadaki ilk bütünleşik devreyi (integrated circuit), yani çipi üretmişti. Zamanla daha ufak çipler, mikroçipler ortaya çıkacak ve elektronik alet boylarında bir devrim gerçekleşmiş olacaktı. Kendisinin ürettiği mikroçipi duyurmasından birkaç ay sonra Kaliforniya’da yaşayan ve parlak bir fizikçi olan Robert Noyce, çipleri seri üretmenin bir yöntemini tasarladı. Fizik/Matematik çift anadal yapmış, MIT doktoralı ve transistörleri keşfeden ünlü fizikçi William Shockley ile özel labarotuvarında çalışan zehir gibi bir genç olan Noyce, mikroçip teknolojisinin neler getireceğinin farkındaydı ve bu alanda öncü olmak istiyordu. Bu sırada TI, tarihteki ilk cep hesap makinesini üretti. İçinde mikroçip bulunan ilk ticari cihaz olan bu hesap makineleri, çok hızlı şekilde önce ABD’de, sonra da tüm dünyada yaygınlaştı. Eskiden bir odayı kaplayacak büyüklükte olan ve dört işlem yapan, denklem çözen makineler, bir yıl içinde cebe sığacak boyutlara ulaşmıştı.

Jack Kilby, ürettiği mikroçiplerden birini elinde tutuyor, masasının üstünde de çip teknolojisi gelişmeden önce kullanılan devre platformu duruyor. Bütünleşik devre sayesinde teknolojik aletlerin ne oranda küçüldüğü buradan da kıyaslanabilir.

‘Hain sekizli’

Jack Kilby, çiplerini yeterince kararlı olmayan ve kolay bozulan germanyum elementinden yapmayı deniyordu. Robert Noyce ise hem transistörleri hem de mikroçipleri silisyumdan üretmek istiyordu, çünkü silisyum metallerden çok daha sağlamdı ve yarıiletken yapısı sayesinde kabloya hiç ihtiyaç duymadan birbirleriyle iletişim kurabilirlerdi. Bu fikre, Shockley Laboratuvarları’ndaki genç fizikçiler ikna olmuşken, eski kafalı buldukları yaşlılar ikna olmamıştı. Sonunda Robert Noyce ve yedi akran iş arkadaşı -kendileri “hain sekizli” olarak da bilinmekte- yanında çalıştıkları William Shockley’in şirketinden ayrıldı ve hayallerini gerçekleştirmek üzere Shockley Laboratuvarları’na yakın bir mahallede fabrikalarını kurdular. Zaman içinde bu fikrin işe yaradığını fark eden teknolojiye ilgi duyan girişimciler, hain sekizlinin izinden gidip kendi silisyumlu teknoloji aletleri fabrikalarını kurmaya başladılar. Kullandıkları silisyum (İngilizcesi silikon) miktarından ve ürettikleri silisyumlu malzemelerden ötürü bu bölgeye zamanla “Silikon Vadisi” dendi ve Robert Noyce ile arkadaşları, Silikon Vadisi’nin ilk sakinleri oldular. Silikon Vadisi’nde kurulan ilk yüksek katma değerli teknoloji şirketi böylece Shockley Laboratuvarları oldu, ardından hain sekizlinin şirketi ve niceleri de peşinden geldi. Mikroçiplerin üzerine, bilgisayarların tüm cihazlarının çalışırlığını kontrol edecek bir mekanizma monte etme fikri de yine Silikon Vadisi’nde ortaya çıktı ve ilk işlemci, o ilham verici ortamda üretildi.

Daha küçük, daha küçük…

Kilby ve Noyce, uzunca süre irtibat halinde kaldılar ve mikroçipleri daha etkili ve kullanışlı hale getirmenin yollarını aramaya çalıştılar. Noyce, piyasada tutunmayı başardıktan sonra, birkaç iş arkadaşı ile birlikte 1968 yılında Intel isimli bir şirket kurdu ve ilk ticari işlemci seri üretime geçer: Intel 4004. Bu işlemci, NASA’nın Apollo programlarındaki kapsüllerde kullanılır. Kilby’nin mikroçipleriyle Noyce’un Intel’inin mikroişlemcileri sayesinde, Ay’a iniş yapacak kapsüle konacak hafiflikte bir bilgisayar üretilebilir.

Mikroçiplerin, transistörlerin ve işlemcilerin üzerinde durabileceği devre yapıları, yani anakartlar da bu teknolojik gelişmelerin meyvesi olarak ortaya çıkarlar. Anakartların ortaya çıkmasıyla artık bilgisayarlar ile iletişim kurmayı kolaylaştıracak arayüzler oluşturulabilir hale gelmiştir. İşletim sistemleri, bu ilhamla üretilir ve artık bilgisayar kullanmak karmaşık ve akademik bir iş olmaktan çıkınca, kişisel bilgisayar kavramı ortaya çıkar. Kişisel bilgisayarlar yaygınlaşıp işletim sistemleri çeşitlenip hızlandıkça, bilgisayarların da boyları küçülür. Güneş Sistemi dışına gönderilen uzay aracı Voyager, böyle ufak bilgisayarlar sayesinde kontrol edilmeye başlanır. Batarya teknolojilerinin de ilerlemesiyle insanların yanlarında taşıyabilecekleri dizüstü bilgisayarlar üretiliyordur artık. Dev ekranlar ve ses çıkaran bir kasaya ihtiyaç kalmamıştır.

Ticari amaçlarla üretilmiş ilk dizüstü bilgisayarın reklamı. Transistörler mikro boyutlara ulaşınca ve batarya teknolojileri geliştikçe farklı özelliklere sahip ve daha hafif dizüstü bilgisayarlar da ortaya çıktı.

Katıhal fiziğindeki ilerlemeler; mikroçiplerin ve transistörlerin boylarını ufalttıkça ufaltır. Bir bilgisayarın yapabileceği neredeyse her özelliğe sahip akıllı telefonlar da bu sayede üretilir. Günümüzde saatimizden buzdolabımıza kadar her alanda mikroçip, anakart ve transistör kullanan bilgisayarlar bulunmakta. Muhteşem olan ise tüm bu ilerlemenin 20 yıldan daha kısa bir süre içinde gerçekleşmesi… Hepsi de yıllık izne sahip olmadığı için kafasını dinleyerek çalışan bu çekingen adamın sayesinde gerçekleşti. Jack Kilby, çipin keşfinden ötürü 2000 yılında Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü. Yaptığı konuşmada, vefat eden Robert Noyce için “Keşke Robert de yanımda olsaydı da bu ödülü paylaşsaydık” diyen Kilby, uzun yıllar boyunca TI için çalıştıktan sonra 1983 yılında emekli oldu. Yaşamının geri kalanını Dallas’ın kırlarında geçiren Kilby, 2005 yılında 81 yaşında yaşama veda etti. Bizlere bıraktıkları sayesinde mirası halen yaşamakta.

2000 yılı Nobel Fizik Ödülü, bütünleşik devre keşfinden ötürü 40 yıl gecikmeli olarak Jack Kilby’ye veriliyor.

İnsanlık, yüksek teknoloji sanayisi alanında yolun başlarında ve birinci büyük atılımın ardından transistörler, mikroçipler atomik boyutlara uzandı. İlerleyen zamanlarda kuantum fiziğindeki gelişmelerle kuantum dünyasını daha iyi algılayabilmeyi sağlayabilirsek, daha hızlı bilgisayarlar üretmek için önemli bir eşik daha aşılmış olacak. Bize ise, bu gelişmeleri takip etmek ve bilgisayarların önderlik ettiği bir çağda olduğumuz gerçeğini kabul edip uyum sağlamak düşüyor.

Kaynaklar

– http://www.ti.com/corp/docs/company/history.html

– https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000/

– https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000/kilby-facts.html

– http://www.nytimes.com/1990/06/04/obituaries/an-inventor-of-the-microchip-robert-n-noyce-dies-at-62.html?sec=&spon=&pagewanted=all