Yarının bilgisayarları nasıl İşleyecek? Günümüz araştırmaları nasıl bir yol çiziyor?

Ottavva’daki Kanada Ulusal Araştırma Konseyin’de (National Research Council) de çalışan 53 yaşındaki fizikçi Sza-bo, 15 yıldır sürdürdüğü “katiların lazer spektroskopisi” alanında ki çalışmalarının yan ürünü olarak, on yıl içinde bilgisayar sanayisinde tam bir devrim yapabilecek ve milyarlarca dolarlık değerde bir iş alanı yaratabilecek tekniği de geliştirmiş ve patentini elde etmiştir.

Yazar Arthur C. Clarke, 1968’de yazdığı 2001: A Spa-ce Odyssey (2001: Bir Uzay Yolculuğu Destanı) adlı klasiğinde, yaptığı bir yanlışlıktan ötürü beyninin bir kısmı çıkarılmadan önce, astronotlarla akıcı konuşmalar yapan ve Hal adı verilen bir bilgisayarı anlatmıştı. O zaman, böyle bilgisayarların 30 yıl içinde kullanılabileceği yolundaki Clarke’m öngörüsü çok iyimser bulunarak bırakılmıştı. Fakat yapay zekâ ile ilgili son araştırmalar, Clarke’in gerçekten haklı olabileceğini düşündürüyor. Önceki bilgisayarlar %yalnızca sayılarla çalışmıştır. Bununla birlikte, bugün bilgisayarlar konuşmayı dinleyip bunu yazılı metin haline dönüştürebiliyorlar. Bu ’’sayısal – olmayan işlem ’’bile, en temel düzeyde yine de sayıları kullanıyor. Fakat yarının beşinci kuşak makinaları, ktıfla-nanları için matematiksel köleler olarak görünmeyecekler-dir. Böyle makinaiarın düşünmeleri, öğrenmeleri ve milyarlarca işlemi inanılmaz yüksek hızlarla yapmaları istenecektir. Bu makinaiarın yetenekleri, kdhuşulan dilleri anlama ve tercüme etme, haritaları, fotoğrafları ve elyazılarını okuma işlemlerini kapsayacaktır.

yeni bilgisayar yapısına dayandığı konusunda anlaşıyorlar.

Koşut işleminin öncüsü, usta Amerikan bilgisayar yapımcısı Saymour Cray’dir ve koşut işlemi, onun en yeni süper bilgisayarlarına kısmen girmiştir. Gerçekten, Kanada’daki tek süper bilgisayar, merkez hava tahmin bilgisayarı olarak Şubat 1984’te Montreal’de törenle açılan 15 piyon dolarlık Cray-i’dir. Hava tahmini için yer atmosferinin modelini yapmak, klasik bilgisayar problemlerinden biridir ve koşut işlemi gücünün kusursuz bir kanıtını sağlar. Tahmin modellerinde, yer atmosferi dev bir üç-boyutlu ızgara olarak bölme-lenir. Veriler, ızgara çizgilerinin kesiştiği noktaların her biri için toplanır; sonra koşut işlemciler, moreli zamanla ileriye götürmek ve havayı öngörmek üzere, bu veri noktalarının her biri için benzer hesaplamalar yaparlar. Hesaplamaların sayısı, akıl durdurucudur. Cray-1’in saniye başına 50 milyon aritmetik işlemlik yıldırım hızında bile, 10 günlük bir hava tahmini bilgisayar zamanının yedi saatini alır ve 10 kadar hesaplama gerektirir.

Böyle süper bilgisayarların bugüne kadarki en gelişmiş tasarımları sergilemesine karşın, bunlar da yine temel bir yapı kullanırlar; bu yapıya, yalnızca benzer verilerin koleksiyonları için benzer aritmetik işlemler yapabilen basit koşut işlemci sıraları tutturulmuştur. Beşinci kuşak bilgisayarı ve yapay zekâ yetenekleri sağlamak üzere, elektronik bilgisayarların koşut işlemeyi tam olarak yerine getirip getiremeyeceği çok çekişmeli bir konudur.

fam koşut işleminin karmaşıklıklarının elektronik dev-nelemeye dayanan bilgisayarlar için başa çıkılamaz sorunlar getirebileceğini ve ışık demetlerinin devrelerin yerine geçtiği

olan güçlü optik bellek, optik bilgisayarların başarısının ilk

açık kanıtıdır ve koşut işleme yapısının gerektirdiği birikti-rim kapasitesini sağlayabilir.

Dr. Szabo’nun buluşu, maddenin ve ışığın temel fiziksel özelliklerine dayanır. Çoğu kimse, prizma ile yapılan ve güneş ışığının görünür spektrumunu oluşturan renklerin veya frekansların (lO15 Hertz yalanlarında merkezlenmiş) gökkuşağını kapsadığını gösteren lise deneylerini anımsayacaktır.

Işık ve maddenin etkileşimi, atomik düzeyde daha karmaşıktır. Bir atomun, kesikli yörüngelerde veya enerji düzeylerinde bulunan elektronlarla kuşatılmış bir çekirdekten oluştuğu düşünülebilir. Bir elektrona tam doğru miktarda enerji verilirse, elektron, süreçteki uyarıcı enerjiyi soğura-

4
Beşinci kuşak bilgisayarlarda kullanılacak olan \

biçimi ile, kristal bellek. Bilgisayarın oku-yaz man- j

tığının altındaki küçük bir laser, küçücük alanten .

kendi ışığı ile doyurarak bellek kristalini taran Bu |

yazma işlevidir.Okuma işlevi için, laser bu kristali j

yeniden tarar; doymuş bir atan veya “delik” la- \ ser ışığını geçirir, oysa doymamış alanlar geçirmez.
Quebecdeki süper hava-tahmin bilgisayarı. Dünyanın en Heri “dördüncü kuşak” bilgisayarlarından biri olan Cray-l ‘in, kendisine aşın hızlı bellek ve işlem yapma gücü veren geniş-ölçekli-tümleşik aygıtları vardır, AiexSzabo-nun daha hızlı ve daha geniş bellekler için yapmakta olduğu çalışmanın kullanım alanı herhalde, yapay zekâ gösterebilecek “beşinci kuşak” bilgisayarları olacaktır.

rak, daha yüksek bir enerji düzeyine atlayacaktır. Fakat bu elektron, daha yüksek enerji düzeyinde kararsızdır. Elektron, kendi taban durumuna veya başlangıç enerji düzeyine geri düştüğünde, soğurduğu enerjiyi ışık biçiminde geri verir. Bu ışığın tam frekansı, bu iki etıerji düzeyi arasındaki farka bağlıdır. Bu olayın günlük yaşantımızdaki örneğini görebileceğimiz flüoresan lambalarda elektrik enerjisi, elektronları daha yüksek bir enerji düzeyine çıkarır ve elektronlar geri düştüklerinde ışık yayınlarlar.

Dr. Szabo’nun optik belleği, elektromanyetik spektru-mun ve atomik soğurma ve yayınlamanın bu temel fiziksel ilkelerine dayanır.

Dr. Szabo’nun düşüncesinin temelleri, I960’lı yıllar boyunca, lazerler konusunda ilk öncü çalışmaların çoğunun yapıldığı Birleşik Amerika’daki Bell Laboratuvan’nda (Bell Labs) atılmıştır. Lazer, uyumlu veya eşevreli, tek frekanslı ve şiddeti yüksek bir ışıktır. Bir lazer ışığı, içinde arı bir gaz, örneğin hidrojen bulunan bir kaba gönderilirse, gaz moleküllerinin seçimli bir sınıfının, hemen dar frekanslı bir ışık yayınlamağa başladıkları, Bell Labs’da bulunmuştu. Gazın yayınladığı bu lazer ışığı, hız vektörleri aynı olan gaz moleküllerinden oluşur.

Gerçekte gaz atomlarının içinde olanlar, lazerin tam doğru enerji miktarını sağlaması ile, seçimli bir hız vektörü olan atomlardaki elektronların daha yüksek bir enerji düzeyine geçmeleridir. Bu elektronlar kendi taban durumlarına geri döndükleri zaman, bu enerjiyi ışık olarak salarlar.

1960’lar boyunca Bell Labs’da yapılan çalışma, lazerin gazlarla etkileşmesinin anlaşılmasını sağladıysa da hiç kimse I970’e dek,katilarla benzer deneylere girişmedi: Bu tarihte Alex Szabo, atmalı bir yakut lazerinden çıkan ışığı bir yakut kristaline düşürdü ve ortaya çıkan flüoresansı gözlemledi. Böyle deneyler daha önce yapılmamıştı, çünkü kuramsal çalışmalar fizikçileri, gazlarla elde edilen sonuçların katilarda

du. Bunlar, santimetre kare başına, manyetik ortamlardaki-nin yüz katı fazla veri biriktirebilirler. Birimler, plastik veya cam bir disk üzerindeki ince bir metalik film tabakasında, lazerle yakılan yaklaşık bir mikrometnelik çizikler olarak kaydedilirler. Fakat, şimdiki biriktirme tekniklerinin bu en ilerisi bile, Szabo’nun buluşu ile gerçekleşebilecek olan, santimetre kare başına 1.000 trilyon birimlik büyük kapasite ile karşılaştırıldığında sönük kalır.

Uygulama terimleri ile anlatılırsa, Szabo’nun belleği şöyle çalışır: İşlem, inanılması güç kesinlikteki frekanslara ayarlanabilen bir lazer gerektirir (Uygulamadaki şimdiki frekans sayısı sınırı 10.000’dir; fakat kuramsal olarak 10 milyon frekans olanaklıdır). Böyle bir lazer, bir renk veya bir frekanstaki, örneğin kırmızı bir kristal dilimi üzerinde bulunan seçilmiş bir benekler dizisini aydınlatır. Bu, belleğin deiik-yakma veya yazma işlevidir. Işık duyucuları kristalin arkasındaki başka bir yüzeye dizilmişlerdi. Sonra, belleği okumak için, aynı kırmızı renkteki bir projektörle tüm dilim aydınlatılır. Işık yanmış deliklerden geçer; fakat kristal üzerindeki öbür yerler ışığı geçirmez. Aynı işlem, aynı kristal üzerindeki farklı desenler için başka renklerle, yeşil vb. |e yapılabilir. Böyle bir belleğin santimetre kare başına 1.000 trilyon (10 ) çokluğunda birin» biriktirebileceği düşüncesi, bir santimetre kareye dü-
100 milyonu (10*), bu lazerlerin her birinin ayarlanabildiği farklı frekansların sayısı olan 10 milyon (10) ile çarparak türetilmiştir.

Delik-yanmalı sürekli bir bellek sağlamak için kullanılan madde, sıvı helyumun sıcaklığı olan 4° K (—269°C)’de tutulmalıdır. Bunu başarmak için, kristal, geniş bir termos şişesine benzeyen bir kap İçinde tutulur. Kabın içine sıvı helyum konur ve kap 77° K sıcaklığındaki bir sıvı azot tabakası ile yalıtılır. Belleğin okuma ve yazma işlevleri için gereken ışık, kristale pencerelerden ulaşır. Bu yüksek güçlü soğutma sistemi nedeni ile, doğal olarak, Szabo’nun kristal belleği yalnızca, sabit bir yere yerleştirilmiş büyük bilgisayarlar için elverişlidir. Bununla birlikte, geleceğin öngörülen daha küçük bilgisayarlarında da, böyle dev bir bellek gerektiği zaman, çok düşük sıcaklık gereğinin öyle önemli bir sakınca olup olmayacağı belli değildir.

Szabo’nun 1970’deki, kirstallerin dev miktarlarda bilgi biriktirebileceği biçimindeki buluşu, geleneksel bilimsel kanıya ters düşerek, bilgisayar tasarımları ile ilgili içermeleri bakımından tümüyle devrimsel nitelikte oldu. I972’de Kana-da’da ve Birleşik Amerika’da, delik-yanmalı belleğin patentini almak için girişimde bulundu ve I975’de elde etti. Bu sırada, dçlik-yanmalı bilgisayar belleğinin uygulamaya geçiril-
| Bir bellek kristali için ışık soğurumunun, ¡şık frekansının fonksiyonu olarak çizimi çok sayıda keskin j “tepeler” verin bunlardan biri, çok büyütülmüş olarak ortada gösterilmiştir (Gerçek bir kristalin milyon-; farca tepesi olabilir). Tüm soğurma tepelerinin üstlerini birleştiren “zarf eğri” bilinen çan eğrisidir (Solda). j Bir laser, özel bir ışık frekansı ile bellek kristalini aydınlattığı zaman, kristal ışığı soğurur. Kristal j soğurduğu enerjiyi yeniden ışıyıncaya dek, bu dalgaboyunda başka ışık soğuramaz: doymuş’tur. Gerçekten, zarf eğrisinin altındaki tepelerden biri grafik üzerinde bir delik olarak gösterilen yeri bırakarak: ortadan kalkar. Böyle doymuş bir alan, bîr mikron (0,001 mm) kadar küçük bir yer tutar. Çoğu kristal* deki deliklerinkendi kendilerini” bir saniyenin çok küçük bir kesrinde silmeieri’ne karşın, şimdi araştırmacılar, bu frekans delikleri’nin sonsuza dek kalacaktan maddeler geliştirmişlerdir. (Sağda).

H
Dr, Akx Szabo; Düşünen bilgisayarların yap m

meşinde, görünüşte başa çıkılamaz gibi görünen engeli karşılaşıldı.

En önemli sorun, belleğin yenilenmesiydi. Delik-yınr elektronların kendi taban durumlarına atlamalarından raf ancak 4 milisaniye sürüyordu. Böylece, belleğe tor 4 lisan iyede bir yenilemek için bir yöntem bulunması ıon görünüyordu. Gerçekten, geleneksel RAM (random ac memories, gelişigüzel girişli bellekler) bilgisayarları, beyle Sıklarla yenileniyordu. Fakat Szabo’nun gerçekleştirdiği trilyon birimlik bir belleği yenilemek, öyle çok güç hare çaktı ve yapılabilmesi kolay olmayan öyle karmaşık b Igis donanımı gerektirecekti ki, bu durumda yapılması gsre sık sık yenileme gerektirmeyecek biçimde, uzun-süren kalıcı delik-yanmalı bir bellek bulgulamaktı. Fakat, elekt ların kaçınılmaz olarak kendi taban durumlarına denm ve böylece belleği silmeleri gerçeği, bu çözümü de eng yecek gibi görünüyordu.

Bu problemin kolay çözülemez görünmesine karşı 1974’te Rus bilimcisi Kari Rebane, yaptığı deneylerle, I delik-yanmasımn tam tamına yapılabilir olduğunu ileri müştür. Daha sonra, Birleşik Amerika’daki bir şirketti lışmağa başlayan ve paraca iyi desteklenen bir ekip, jzu ren delik-yanmalı bir bellek geliştirme probleminin üst den gelmiş ve onu çarpıcı bir biçimde çözümlemiştir

Bu araştırmacılar gerçekten uzun-süren ve yenile nm rektırmeyen delik-yanmalı bellekler sağlayan organik m, lerı, özellikle polietilen türevlerini bulgulamalardır. Bı başka, bu maddeler yalnızca yenileme sorununun üstesi gelmeyip, sılincmcz bir bellek de sağlamışlardır, Stlîm İlk, bir bilgisayar bellerinde o/ellıklo aranılan hır mtH
Bu yeni n

r: Uyar’ulı…..

taştıkça, 1 şmelerinı endi tabili

Jenimleıir a benekle M * Bu yeni 1

ik, yeni ……..

Dir frek-ın

a ngıç biçil” SzaboVııı ¡anabilir la” ten ve ö< mlı bir bil i orun, Bel lazerlerle îr basit» k leyişlerle^ en idealdi I coupled ImJa simgeler], Szabo, ki ya da çö bellek, gı olacaktır -ir/’ derm-‘i santimetre birimin» i; birimlik k ı Dellekli bil – olanaksız ► ■ ru bir alge eklerinin ¡ı arın, yapa ineği olan —ektedir. arın gelişi ılabilmelei! Araştırm leki araştı tuşundaki L~ Science

Zîx fnod$ ğıu dığırkı me biç
lyiL’
elerde atomik düzeyde olagelen olaylar şuı elektronlar, daha yüksek enerji düzeyler al örgüdeki atomların değişik bir biçime ıfigürasyon değişikliğini) sağlarlar. Elektnoı rumlarına döndükleri zaman, atomlar ye urlar. Böylece, bir benekteki delik-yanma? yeni frekansların ortaya çıkmasına nede anslar bilgi biriktirme için kullanılabilirle eleri lazer ışığının deneysel olarak belirleı i aydınlatarak silinir; böylece kristal, kem : döner.

istal belleğinin karşılaştığı Öbür ana soruı lerle ilgiliydi. Bunlar hantal, pahalı, cneı kle değişken özelliklerdeydi. Bu lazerleı yar belleği hiç de kullanışlı değildi. Şim bs’da geliştirilmiş olan ve C3 lazerleri d erilmiştir. Bu ayarlanabilir yarı iletken I k, enerji etkin ve oldukça ucuzdurlar (ba lanışlı bir delik-yanmalı bellek için hem* ).[c3 (c-küp) lazerler, c ile başlayan de ity – bölünmüş, bağlanmış, kovuk terimi

I belleğin başlıca problemlerinin ya çözi lüne yaklaşılmış olmasından mutludur, ¡eksel belleklerden bir milyon kat daha b nlgisayar oyanunu tümüyle değiştireceği k :dir. Szabo, böyle bir bellekteki madder resine biriktirilebilecek olan| .000 trıi/o insan beyninin hesaplanmış olan 100 t» iitesini geçeceğini belirtmektedir. Aynca kr yarların ileride insanlarca programlanma cağını da öngörmektedir. Bu bilgisayarlaı na öğrenme veya kendini-programlama ) tirilmesi gerekecektir. Szabo böyle bilgi: ekâsı ve deneyimle insanlar gibi öğrenr kinaların ilk doğru örnekleri olacağaı sc “:ası, Szabo’nun belleği beşinci kuşak bilgi! ine yalnızca yardımcı olmakla kalmayac; in gerekli bir malzeme olacaktır.

Alex Szabo kendi başına, Amerikan şîri cılar ise güçlü bir ekip olarak, kristal beli Aşmalarını sürdürüyorlar, menslon’dan vevDr. Hanaslı GI

ın zaman övgüden hoşlan• ızı sanırız, oysa hoşlanma İvgünün kendisi değiU övül tidir.

la