Çipler ve Biz
Prof. Dr. Numan Akdoğan
Bu küçücük hatta içindekileri gözümüzle göremediğimiz aygıtlar, son yıllarda teknolojinin ilerlemesinde büyük pay sahibi oldular. Hatta öyle ki yanımızdan hiç ayrılmıyorlar.
Çip Nedir?
Çipler hayatımızın her aşamasında çok yoğun bir şekilde kullandığımız çok küçük elektronik cihazlardır. Cep telefonlarından otomobile, bilgisayarlardan ev aletlerine, savunma sanayisinden sağlık endüstrisine kadar her yerde çip kullanılıyor. Ve bu çiplerdeki boyutlar da gittikçe küçülüyor. Eskiden mikro boyutlardaydı. Hâlâ daha mikro boyutlarda çipler üretiliyor. Ancak yeni gelişen teknolojilerle, özellikle nanoteknolojideki ilerlemelerle birlikte, çip boyutları nanoya kadar hatta birkaç nanometreye kadar indi. Burada önemli bir konu da bu çiplerin içerisinde bir sürü transistör bulunmasıdır. Transistörü şöyle düşünebilirsiniz: Evlerde elektrik açma kapama düğmeleri var. Transistörleri de bu işi devrelerde yapan birim olarak düşünebilirsiniz. Burada akımının geçmesini-geçmemesini sağlıyorsunuz. Bu çiplerin içerisinde milyarlarca transistör var. Nanoteknolojideki ilerlemeler sayesinde küçük transistörler yapılabildikçe birim alana daha fazla transistör konulabiliyor. Bu da cihazları daha güçlü ve yeni özellikler kazandıran, daha az enerji harcayan, çok sayıda üretildiği zaman daha az maliyetli olan sistemler hâline getiriyor.
Genel olarak çipleri ikiye ayırabiliriz. Bir tanesi mantık çipleri. Bunlar bilgiyi işliyorlar. Buna örnek olarak CPU’yu, GPU’yu ve NPU’yu verebiliriz. Bu mantık çiplerinin (logic çiplerinin) ana özelliği bilgiyi işlemesidir. Bunlar aslında elektronik cihazların beynidir diyebiliriz. Bir de hafıza çipleri var. Hafıza çipleri de adı üstünde, bilgiyi depoluyor. Buna örnek olarak; DRAM’i ve NAND Flash’ı verebiliriz. DRAM geçici hafıza, NAND Flash ise kalıcı hafıza. Bütün bunlar da çip teknolojisiyle üretiliyor. 2020 yılında 932 milyar çip üretilmiş. Bu sadece bir yılda üretilen çip sayısı. Bu da yaklaşık olarak 500 Milyar Euro’luk bir endüstriyi besliyor. Yani bu 500 Milyar Euro’luk endüstri, bu 932 milyar adet çipe muhtaç. Bunlar olmadan birçok cihazı üretmek mümkün değil.
Çipler Nerede Kullanılıyor?
Özellikle, Türkiye için söylersek; cep telefonlarında. Türkiye’de birkaç tane cep telefonu üretimi yapan şirket var. Çipler bu cep telefonlarında kullanılıyor. Yine ülkemizde geleneksel yöntemlerle araç üretimi yapan, araçlara parça üreten firmalar veya imalat yapan otomobil firmaları var. Bunların hepsinde çipler var. Özellikle araçlar akıllandıkça, sensör sistemleri arttıkça, araçlardaki yapay zekâ sistemleri, otonom özellikleri arttıkça çipe ihtiyaç gittikçe artıyor. Sağlık endüstrisinde kullanılan MR cihazları, tomografi cihazları, görüntü işleme sistemleri… Bunların hepsinin içerisinde çipler var. Yine savunma sanayisinde kullanılan; insansız hava araçları, helikopter, jet uçak, eğitim uçağı, füzeler, tank, gemi… Birçok sistem geliştiriliyor. Bütün bunların içerisinde çipler var. Bunlar mikroçip olabilir, nano boyutlu çipler olabilir. Yani çip olmadan bu sistemleri üretmeniz mümkün değil. Kullanabilmeniz mümkün değil.
Dünyadaki Önemli Çip Üreticileri
Burada dünyadaki önemli çip üreticilerine de dikkat çekmek istiyorum. Öncelikle Amerika kıtasından başlayayım. Burada altı tane önemli çip üreticisi var. Bunların bir kısmı mikroçip yani mikron boyutta çip üretme kapasitesine sahip. Bir kısmı da nanometre mertebesinde çip üretme teknolojisine sahip. Intel ve IBM nanometre mertebesinde çip üretebiliyorlar. Avrupa’ya baktığımız zaman; İtalyan-Fransız, Avusturya-Almanya ortaklı şirketler var. Bunlar Avrupa’daki savunma sanayi, sivil teknolojiler ve elektronik şirketlerin ihtiyaçlarını karşılıyorlar. Rusya bir miktar üretim yapabiliyor. Ama ileri teknolojilerde ihtiyaçlarını çoğunlukla Çin’den ve diğer ülkelerden karşılamaya çalışıyor. Ortadoğu’da sadece İsrail’de çip fabrikası var. Çin’de dünyada birçok elektronik cihaz üretimi yapan şirkete parça üreten, çip üreten çok önemli bir üretici var. Yine Malezya’da, Singapur’da, Tayvan’da, Güney Kore’de ve son olarak Japonya’da önemli çip üreticileri var. Peki bir şeyi fark ettiniz mi? Avrupa’da bir sürü çip üretim şirketi var. Çin’de var. Uzakdoğu ülkelerinde, Tayvan’da, Kore’de var. Ortadoğu’da da bir tek İsrail’de var. 1940’ların sonunda kurulmuş 10 milyondan az nüfusu olan İsrail’de iki tane çip fabrikası var ve Türkiye’de çip fabrikası yok. Ortadoğu’daki diğer ülkelere bakıyorsunuz, petrol zengini ülkelere bakıyorsunuz; çip fabrikası yok. Bu duruma dikkat çekmek istiyorum.
Çipleri Üreten Makineler
Çiplerin üretilebilmesi için sadece fabrikaların olması yeterli değildir. Çipleri üretebilmek için yüksek teknolojili makinalara ihtiyaç vardır. Bunun için çiplerin üretiminde kullanılan makinaları üreten şirketler var. Bunların en önemlisi ve en ileri teknolojiye sahip olan cihaz; Hollanda’da yerleşik olan ASML firmasının Extreme UV Lithography cihazı. Kısaca EUV diye isimlendiriliyor. Karbondioksit lazeri ile kalay plazma kullanılıyor ve 13.5 nanometre dalga boyunda EUV ışığı elde ediliyor. Bu cihazla 5 nanometreye, hatta 3 nanometreye kadar üretim yapılabiliyor. Bunlarla beraber başka birçok cihaz üreticileri var. Çip üretiminde kullanılan silisyum waferların kaplanması, kesilmesi, silisyum waferların üretilmesi, silisyum waferların temizlenmesi, sonraki temizlik işlemleri… Bunun yanında çip üretimi esnasında birçok sarf ve kimyasal malzeme kullanılıyor. UV ışığına duyarlı fotorezistler, reçineler kullanılıyor. Bütün bunların üretimi de aslında çok kritik. Bu cihazlarda en önemli parametre kullanılan UV ışığının dalga boyu. Yukarıda bahsettiğimiz gibi ASML’in cihazı 13.5 nanometre EUV dalga boyu kullanıyor. Çözünürlük önemli. Yani en küçük üretebildiğiniz yapılar ne kadar? 5 nanometre mi, 3 nanometre mi? Yoksa 90 nanometre, 100 nanometre mi? Yani arada çok ciddi fark var. 5 nm, 3 nm yapabiliyorsanız, diğer şirkete göre, aynı alana daha fazla transistör yapabiliyorsunuz demektir. Daha güçlü çipler üretebiliyorsunuz demektir. Yine bu çipler çok katlı üretiliyor. Ve bu katların birbirine hizalanması gerekiyor. Hizalama hassasiyeti (overlay accuracy) diye bilinen bir özellik var. Bütün bu cihazlarda çok önemli parametredir. Wafer boyutu önemli. Yani bir anda ne kadar çok çip üretebiliyorsunuz. Bu işteki son teknoloji; 12-inch waferlar. Yani 300 mm (30 cm) waferlar. Ve saatte kaç tane yapabiliyorsunuz, ayda kaç tane yapabiliyorsunuz, yılda kaç tane yapabiliyorsunuz? Hızı nedir bu cihazların? Ne kadar çok çip üretebiliyorsunuz. Bütün bunlar çip üretiminde dikkate alınması gereken önemli özellikler.
IBM’in 2 Nanometre Çip Teknolojisi
Geçtiğimiz yıl mayıs ayında, IBM ASML’in EUV cihazını kullanarak 2 nanometre çip teknolojisine ulaştığını duyurdu. Bu şu manaya geliyor: Neredeyse tırnak büyüklüğündeki bir alana 50 milyar transistör sığdırılabiliyor.
Türkiye’deki Durum
Peki Türkiye’deki durum nedir? Türkiye’de mikrolitografi, nanolitografi ne durumda? Bunu seri üretim şeklinde yapabilecek şirketler var mı? Araştırma merkezlerinin durumu nedir? Türkiye’de mikron boyutta imalât yapabilen AR-GE merkezleri, savunma sanayi şirketleri bazı araştırma merkezleri, üniversiteler mevcut. Mesela Gebze Teknik Üniversitesi’ndeki mikrolitografi laboratuvarında da 1 mikrona kadar imalat yapılabiliyor. Ama yukarıda IBM’in 2 nanometre imalat yapabildiğini anlattık. Hem de seri üretimden bahsediyoruz. Neredeyse 1000 kat fark var. 1000 kat daha küçük cihaz yapılması gerekiyor. Teknolojide yarışabilmek için ona sahip olmamız lâzım. Türkiye’de yarıiletken çip üretmek için 1980’li yıllarda bir laboratuvar kurulmuştu. Hâlâ da aktif olarak çalışıyor. Buradaki laboratuvarın adı: Yarıiletken Teknolojileri Araştırma Laboratuvarı. Kısa adı: YİTAL. Bu laboratuvar içerisinde çiplerin tasarımı, sonra litografi yöntemiyle üretilmesi, sonra paketlenmesi, sonra programlanması… Bütün aşamaları yapılabiliyor. Türkiye’de bu konuda en iyi tecrübeye sahip kurumlardan bir tanesi YİTAL. Ancak YİTAL’de üretilebilen en küçük yapı 250 nanometre. IBM’deki teknoloji ise 2 nanometre. Bu laboratuvarın sorumlusu Dr. Aziz Ulvi Çalışkan bey 2021 yılında verdiği röportajda şöyle diyor: “…sahip olduğumuz yarı iletken laboratuvarını fabrikaya çevirmemiz gerekiyor.” Yani biz burada laboratuvar şartlarında küçük çaplı üretim yapabiliyoruz. Ve yapabildiğimiz üretim de 250 nanometreye kadar. Aynı zamanda “…eğer biz bu işlerde geç kalırsak ve yurt dışından temin etmeye devam edersek, yurtdışından temin hem güvenlik hem de sürdürülebilirlik açısından büyük sıkıntı” diye YİTAL sorumlusu Aziz beyin açıklaması var 2021 yılında.
Türkiye Ne Yapmalı?
Türkiye hızlı bir şekilde çip sanayi girişimi başlatmalı. Türkiye’de bu çipe ihtiyaç duyan; özellikle savunma sanayi şirketleri, otomotiv şirketleri, diğer teknoloji şirketleri… Velhâsıl, çipe ihtiyaç duyan bütün şirketlerin yararına olacak şekilde mantıklı bir girişim başlatmak gerekiyor. Bunun da çok hızlı, yani üç beş sene içerisinde Türkiye’de çip üretimini belirli seviyeye kadar yapacak şekilde bir girişim olması gerekiyor.
Türkiye’de EUV Litografi Cihazı Üretilebilir Mi?
Bu işe ilk defa başlarken tabii ki mevcut çip üreten makinaları yurtdışından satın alıp kuracaksınız. Ama bu makinaları Türkiye üretebilir mi? Türkiye’deki bazı firmaların optik ve elektronik konusunda oldukça yeterli bir kapasiteye ulaştığını düşünüyorum. Tabii ki EUV cihazındaki aynaları üretmek kolay değil. Mo/Si tabakaları nanometre mertebesinde çok düzgün büyütmek, aynı zamanda EUV cihazı içerisindeki lazeri yapmak… Yani 13.5 nanometre dalga boyunda ışık elde etmek çok kolay değil. Ama bunun için uğraşmak lazım, gayret lazım, çalışmak lazım.
