Yapay zekâ modellerini eğiten, otonom araçların çevresini algılamasını sağlayan ve oyun dünyalarını çizen grafik işlemcileri, aslında deniz kumundan başlayan uzun bir üretim zincirinin sonunda ortaya çıkıyor. Bir GPU’nun gövdesinde 100 milyarı aşkın transistör bulunuyor ve bu devreler, saniyede trilyonlarca matris işlemi yapabilecek şekilde tasarlanıyor. Bu zincirin her halkası, dünyada yalnızca birkaç şirketin sahip olduğu bir teknolojiye dayanıyor.
Kumdan monokristal silisyuma
Hammadde, kumsallarda bolca bulunan kuvarstan elde edilen silisyum. Ancak çip üretiminde kullanılacak maddenin saflığı son derece yüksek olmak zorunda; milyarda bir oranında bile yabancı atom kalmaması gerekiyor. Saflaştırılan silisyum, Czochralski yöntemiyle 1420 santigrat derecede eritiliyor. Eriyik kazana batırılan kusursuz bir tohum kristal yavaşça döndürülüp yukarı çekiliyor ve sonunda 100 kilogramı aşan tek parça monokristal bir silindir, yani ingot oluşuyor.
Bu silindir elmas kaplı tel testerelerle yaklaşık 775 mikrometre kalınlığında dilimleniyor. Elde edilen yuvarlak disklere silisyum gofret deniyor. Gofretlerin yüzeyi, kimyasal ve mekanik aşındırmayla mikroskobik çizik kalmayacak kadar parlatılıyor.
ASML ve aşırı ultraviyole litografi
Gofret hazır olduğunda sıra, üzerine devre desenlerini çizmeye geliyor. Modern bir GPU’da transistör kapıları 3 ila 5 nanometre boyutunda; insan DNA sarmalının genişliği ise yaklaşık 2,5 nanometre. Görünür ışığın dalga boyu bu kadar küçük detayları çizmeye yetmiyor. Bu noktada Hollandalı ASML’nin ürettiği ve tanesi 300 milyon doları aşan EUV litografi makineleri devreye giriyor.
Makinenin içinde saniyede 50 bin kez düşen erimiş kalay damlacıklarına yüksek güçlü karbondioksit lazerleri iki kez ateşleniyor. Kalay buharlaşarak plazmaya dönüşüyor ve 13,5 nanometre dalga boyunda aşırı ultraviyole ışık yayıyor. Bu ışık havada bile soğurulduğu için makinenin içi derin vakum altında tutuluyor ve mercek yerine dünyanın en pürüzsüz aynaları kullanılıyor. Desen, fotorezist kaplı gofretin üzerine bu aynalarla milimetrenin milyonda biri hassasiyetle yansıtılıyor.
TSMC’de 70 ila 100 katman
Işığın vurduğu kimyasal alanlar asitle eritiliyor; ardından iyon aşılama, metal buharlaştırma ve aşındırma döngüleri tekrarlanıyor. Ortaya çıkan yapı tek bir düzlem değil, üst üste binen 70 ila 100 katmanlı bir bakır ve kobalt kablolama labirenti. Tayvan’daki TSMC fabrikalarında bir gofretin temiz odaya girmesinden tüm yongaların tamamlanmasına kadar geçen süre 3 ila 4 ayı buluyor.
CoWoS ve HBM paketleme
Gofret sonunda elmas bıçaklarla tekil çipler halinde kesiliyor. Ancak yapay zekâ için üretilen bir GPU tek bir silikon parçasından oluşmuyor. İşlemci ne kadar hızlı olursa olsun, veriyi bellekten zamanında çekemezse beklemek zorunda kalıyor. Çözüm, HBM adı verilen bellek yongalarının alt alta istiflenip mikroskobik silikon deliklerle birbirine bağlanması.
TSMC’nin öncülük ettiği CoWoS adlı 2.5D paketleme yönteminde ana hesaplama çipi ile 8 HBM bellek bloğu, silisyum bir ara katman üzerine mikronluk mesafelerle yan yana lehimleniyor. Böylece tek bir GPU paketinde saniyede 8 terabaytı aşan veri transferi mümkün hale geliyor. Bu paketleme kapasitesi, bugün yapay zekâ çiplerinin üretiminde silikon hızından daha sıkı bir darboğaz oluşturuyor.
Kaynak: WebTuring
Deneyimini paylaş
Bir sorunun, farklı bir çözümün veya eklemek istediğin bir notun var mı? Giriş yapmadan da yazabilirsin.