Entegre Devrelerin Doğuşu

Bu yazıyı yazarken aklıma ilk kullandığım bilgisayar geldi. Bir 80286. O günlerde bilgisayar, yalnızca kullanılan bir alet değil, nasıl çalıştığı merak edilen bir makineydi. Devreler arıza çıkarır, çözümler çoğu zaman deneme/yanılma ile bulunurdu. Bugün cebimize sığan cihazlara bakınca bu yolculuğu unutmak kolay. Ama modern dünyanın temeli, tam da o yıllarda verilen sessiz ve sabırlı bir mühendislik mücadelesiyle atılmıştı.

Soğuk Savaş ve Görünmeyen Cephe

Takvimler 1957’yi gösteriyordu. Sovyetler Birliği ile Amerika Birleşik Devletleri dünyayı ikiye bölen soğuk bir perdenin iki tarafında duruyordu. Ama bu bildiğimiz anlamda bir savaş değildi. Ortada cepheler ya da siperler yoktu. Asıl mücadele, kimin daha hızlı düşünebildiği ve kimin daha doğru hesap yapabildiği üzerindeydi.

Bu mücadelenin tam merkezinde bilgisayarlar vardı. Ama bugünkü gibi sessiz, zarif makinelerden bahsetmiyoruz. ENIAC gibi sistemler neredeyse bir apartman dairesini dolduruyordu. Tonlarca ağırlıktaydılar. İçleri binlerce vakum tüpüyle doluydu. Bu tüpler çalıştıkça ortamı fırın gibi ısıtıyor, ciddi miktarda enerji harcıyor ve en kötüsü sık sık patlıyordu. Sistem büyüdükçe hesaplama gücü artıyordu ama güvenilirlik aynı hızla düşüyordu.

Transistör Umudu ve Yeni Bir Sorun

1947’de transistör ortaya çıktığında herkes rahat bir nefes almıştı. Artık devasa tüpler yerine çok daha küçük, daha az enerji tüketen bir bileşen vardı. Radyolar küçüldü, elektronik cihazlar taşınabilir hâle geldi. Her şey yoluna girecek gibiydi.

Ama kısa sürede başka bir sorun belirdi. Transistörler küçüldükçe, mühendislerin hayalleri büyümeye başladı. Güdümlü füzeler, karmaşık savunma sistemleri, uydular… Bu hayaller büyüdükçe devrelerin içindeki parça sayısı da kontrolden çıkmaya başladı. On binlerce bileşen, binlerce lehim noktası, kilometrelerce kablo…

Her bağlantı yeni bir arıza ihtimali demekti. Devreler güçleniyor ama aynı zamanda daha kırılgan hâle geliyordu. Bu durum Bell Labs çevresinde anlamlı bir isimle anılmaya başladı: “Tyranny of Numbers”. Yani sayıların, mühendisliği yavaş yavaş boğması.

Jack Kilby ve Sessiz Bir Yaz

1958 yazında Dallas’ta, Texas Instruments’ta çalışan Jack Kilby tam olarak bu problemle baş başaydı. Şirkete yeni girdiği için yaz tatiline çıkamamıştı. Fabrika neredeyse bomboştu. Laboratuvarlarda sessizlik hâkimdi.

Kilby günlerini tek başına düşünerek geçirdi. Aklına takılan soru basitti ama rahatsız ediciydi: Bu karmaşıklıktan gerçekten kurtulmanın bir yolu yok muydu?

O dönemde herkes mikro-modül yaklaşımını konuşuyordu. Küçük bileşenler seramik plakalara yerleştiriliyor, sonra bu plakalar üst üste dizilip kablolarla bağlanıyordu. Kilby’ye göre bu, sorunu çözmek değil sadece daha derli toplu göstermekti. Asıl mesele, parçaları küçültmekten çok onları neden ayrı ayrı üretip sonra birbirine bağladığımızdı.

Ve tam burada farklı bir fikir belirdi. Ya transistörler, dirençler ve kapasitörler ayrı parçalar olmak zorunda değilse? Ya hepsi tek bir yarı iletken parça üzerinde birlikte üretilebilirse?

İlk Entegre Devrenin Çalıştığı An

Kilby bu fikri kâğıt üzerinde bırakmadı. Laboratuvara kapandı ve denemeye başladı. İlk çalışmalarını silikon yerine germanyum üzerinde yaptı. Aynı parça üzerinde bir direnç ve bir kapasitörün çalışabildiğini gösterdi. Bu bile başlı başına şaşırtıcıydı.

12 Eylül 1958’de oldukça ilkel görünen bir düzenek kurdu. Gücü verdiğinde osiloskop ekranında düzgün bir sinüs dalgası belirdi. O an, tarihte ilk kez bir entegre devre gerçekten çalışmıştı.

Texas Instruments bu buluş için hemen patent sürecini başlattı. Ama ortada hâlâ büyük bir eksik vardı. Bileşenler tek bir parça üzerindeydi ama aralarındaki bağlantılar hâlâ ince tellerle, elle yapılıyordu. Çalışıyordu ama hassastı. Seri üretim için uygun değildi. Kilby büyük bir kapıyı açmıştı ama içeri girilecek yol henüz tamamlanmamıştı.

Kaliforniya’da Başka Bir Cevap

Aynı yıllarda Kaliforniya’da bambaşka bir hikâye yazılıyordu. William Shockley’den ayrılan bir grup mühendis Fairchild Semiconductor’ü kurmuştu. Bu ekip, transistör üretiminde ciddi ilerlemeler kaydediyordu. Özellikle Jean Hoerni’nin geliştirdiği düzlemsel üretim süreci işleri değiştirmişti.

Robert Noyce ise Kilby’nin çözümüne başka bir açıdan baktı. Sorun, fikrin kendisi değildi. Sorun, bağlantılardı. Noyce, kabloların sonradan eklenmesi gerekmediğini fark etti. Bağlantılar, üretim sürecinin bir parçası olabilirdi.

Silikon yüzeyine metal yollar fotoğrafik yöntemlerle çizildiğinde, devreler artık elle bağlanmak zorunda kalmıyordu. Bu yaklaşım, entegre devreyi laboratuvar deneyi olmaktan çıkarıp gerçek bir endüstriyel ürüne dönüştürdü.

Patent Kavgaları ve Kilidin Açılması

Ortaya tuhaf bir tablo çıktı. Texas’ta Kilby fikri çalışır hâle getirmişti. Kaliforniya’da Noyce bu fikri üretilebilir kılmıştı. İki yaklaşım aslında birbirini tamamlıyordu ama hukuk dünyası bu duruma hazır değildi.

1960’lar boyunca süren patent kavgaları sektörü ciddi şekilde yavaşlattı. Herkes kimin haklı olduğunu tartışırken teknoloji ilerlemekte zorlandı. Sonunda bu kavganın kimseye fayda sağlamadığı anlaşıldı. 1966’da yapılan çapraz lisanslama anlaşmalarıyla kilit açıldı ve entegre devrelerin önü serbest kaldı.

Bu noktadan sonra soru değişti. Artık “çip yapılabilir mi?” değil, “bir çipin içine daha ne kadar şey sığdırabiliriz?” konuşuluyordu.

Ay’a Giden Küçük Silikon Parçaları

Entegre devrelerin en büyük sınavı uzayda verildi. NASA, Apollo programı için hafif, az enerji tüketen ve sarsıntıya dayanıklı bir bilgisayara ihtiyaç duyuyordu. Oda büyüklüğündeki sistemlerle Ay’a gitmek mümkün değildi.

Risk alındı ve henüz çok yeni olan entegre devre teknolojisine güvenildi. Apollo Yönlendirme Bilgisayarı bu küçük silikon parçalar sayesinde mümkün oldu. 20 Temmuz 1969’da Ay’a iniş sırasında, insanlığın kaderi birkaç santimetrekarelik silikonun üzerindeydi.

Bir Çipten Bugüne

Bu başarı sadece Ay’a gitmek anlamına gelmedi. Elektronik dünyasının yönünü de kalıcı olarak değiştirdi. 1971’de mikroişlemci ortaya çıktı ve bir bilgisayarın tüm beyni tek bir çipin içine sığdı.

Bugün cebimizde taşıdığımız bir akıllı telefon, Apollo programının tamamından kat kat fazla işlem gücüne sahip. Bu noktaya gelinmesini sağlayan şey, 1958 ve 1959’da birbirinden habersiz iki mühendisin karmaşıklığa karşı verdiği bu sessiz ama kararlı mücadeleydi. Biri ilk adımı atmıştı, diğeri bu yolu herkesin yürüyebileceği hâle getirmişti. Modern dünya tam olarak bu iki yolun kesiştiği yerde şekillendi.