Dünyadaki Çip Krizi ve Çiplerin Geleceği: Veriler Sıvılarda mı Depolanacak?

Çipler bir süredir dijitalleşen dünyanın kilit noktalarından biri olma yolunda ilerliyor. Halihazırda küçük ev aletlerinde, otomotiv üretiminde, savunma sanayisinde, bilişim sektöründe çipler oldukça geniş bir paya sahip. Bu sektörler aynı zamanda küresel ticaret için de önemli. Elektronik cihazları yöneten bir yapıda kendine yer bulan çipler, bilgiyi depolamada da kullanılıyor. Özellikle büyük verinin (big data) önemini artırdığı bu dönemde, çiplerin de önemi artıyor. Ancak son yıllarda çip üretimi ve tedariği, aynı anda hem talep artışı hem de farklı nedenlerden ötürü arzın düşmesiyle büyük bir krizle karşı karşıya kaldı.

Çip krizi ne zaman başladı?

Tarihte birçok kez farklı sebeplerle çip krizleri yaşandı. Son yaşanan ve halen devam eden çip krizi ise bunların en büyüğü. Covid-19 salgını öncesinde ABD ve Çin arasında başlayan ticaret savaşları çip üretimi ve tedariğini de olumsuz etkilemiş, ABD’nin Huawei’ye yaptırım uygulaması krizi tırmandırmıştı. Çip üretiminde 1990’lardan bu yana sahip olduğu gücü giderek azalan ABD, ticaret savaşlarıyla eski gücüne kavuşmayı hedefliyordu. Ticaret savaşlarının gidişatı belli değilken, 2019’un son günlerinde Çin’de meydana gelen salgın, tedarik zincirlerini savaş dönemleri haricinde hiç olmadığı kadar bozdu.

Kapanma kararlarının açıklandığı 2020 yılının mart ve nisan aylarında küresel ticaret neredeyse durma noktasına geldi. Gemiler limana yanaşamadı, üretim ve dağıtım hiç olmadığı kadar sekteye uğradı. 2022 yılında halen toparlanamayan tedarik zincirlerinin etkisiyle çip krizi daha da büyüyerek ülke ekonomilerini etkilemeye başladı. ABD çip üretiminde eski günlerine dönmeye çalışırken, Çin ve Güney Kore de bu alandaki yatırımlara devam ediyor. Özellikle Huawei’ye uygulanan yaptırım, yatırımlarını zayıflatsa da Çin’in dijital dünyanın gereklilikleri göz önüne alındığında bu alandaki yatırımlardan geri kalması düşünülemez. Nitekim, 1990’larda küresel üretimin yüzde 80’ini karşılayan ABD ve Avrupa’nın üretimdeki payları yıldan yıla düşüyor. Bunun yanı sıra üretim paylarını giderek artıran Tayvan ve Çin’in 2030’lara gelindiğinde küresel üretim kapasitesinin yüzde 42’sine sahip olması bekleniyor.

Bununla birlikte, yapılan araştırmalar çip talebinin doğrudan etkileri değerlendirildiğinde 450-500 milyar dolar seviyesinde bir gelire karşılık geldiğini gösteriyor. Bu miktarın yanı sıra alt sektörlerin geliri ve gelecekte ihtiyaç duyulan kapasite artışı düşünüldüğünde pastanın büyüklüğü de gözler önüne serilmiş oluyor. Çin’in stratejik planları ve çip sektörünün sahip olduğu büyüklük ve potansiyel düşünüldüğünde arz-talep dengesinin sağlandığı ve tamamen sona eren bir çip krizinden bahsetmek pek mümkün olmayabilir.

Krizin küresel etkileri

Mevcut krizi öncelikle üretiminde yoğun olarak çip kullanılan sektörleri sert bir şekilde vurmaya başladı. Örneğin, elektronik araçlar (oyun konsolları, televizyon, bilgisayar, telefon), otomobil, savunma gibi sektörlerde çip tedarikinde yaşanan problemler, siparişlerin farklı pazarlara kaymasına sebep oldu. Ayrıca elektrikli araçların artışı çip talebini de artıracağı için bazı şirketler art arda üretimi yavaşlatma kararları aldı. Bu durum hem otomotiv sektörünü olumsuz etkiledi hem de kısa/orta vadede elektrikli araçlara dönmeye çalışarak petrol talebini düşürmeyi hedefleyen ülkelerin de planlarının teşhir olmasıyla sonuçlandı.

Dünya ekonomisinde enflasyonun yükselmesinde pay sahibi olan çip krizi, uluslararası kurumların çevresel etkilerini düşünerek tasarladıkları adımları da geç atmalarına sebep oluyor. Bugünkü şartlar altında elektrikli araçların üretimindeki durgunluk ve araçlarda petrol kullanımına bir süre daha devam edilmesi bekleniyor. Ancak önümüzdeki dönemde elektrikli araçların kullanımının artacağını düşünürsek elektrikli araç üretiminde önemli bir yere sahip olan çipin, üretim ve tedariki de gündemde kalmaya devam edecektir. Dolayısıyla çip üretimi bir süre sonra normal seyrine kavuşarak önümüzdeki dönemde yatırımlardan daha büyük paylar alabilir.

Ülkeler ve şirketler bu alandaki eksikliği görerek bazı hamlelerde bulunuyor. Örneğin, dünyanın en büyük çip üreticilerinden Tayvanlı TSMC şirketi Japonya’da, teknoloji devlerinden Samsung da ABD’nin Teksas eyaletinde, büyük bir çip fabrikası kuracağını açıkladı. Bu iki fabrikanın şirketlere maliyetinin 25 milyar dolara ulaşması beklenirken, Japonya ve Teksas yönetimi de önemli teşvikler veriyor. Bu ve benzeri yatırımlar birçok ülkede yapılmaya başlanmışken, şirketler de yönlerini çip üreten fabrikalara ve teşvik veren bölgelere çevirmiş durumda.

Rusya-Ukrayna Savaşı’nın etkileri

Ukrayna ve Rusya arasındaki savaş da çip krizini ikinci safhaya taşıdı. Savaştan önce yalnızca yaptırımlar ve tedarik zincirleri sebebiyle düşüş yaşayan çip üretimi şimdi savaş sebebiyle daha büyük bir tehdit altında. Rusya-Ukrayna Savaşı petrol, doğal gaz, buğday gibi birçok ham madde özelinde etkisini sert şekilde gösterirken, neon gazı ve paladyum tedariğinde de problemler ortaya çıkmaya başladı. Ukrayna, küresel neon gazı üretiminin yaklaşık yüzde 85’ine sahipken, Rusya paladyum üretiminde yüzde 40’lık bir paya sahip. Dolayısıyla çip üretiminde kullanılan bu iki maddenin ticareti savaştan olumsuz etkilenerek çip krizini de derinleştirdi. Sene başında tedarik zincirlerinde beklenen iyileşmenin yaz aylarına doğru gerçekleşmesi bekleniyordu ancak savaş bu beklentileri de erteleyerek otomobil fiyatlarında olumsuz bir seyir meydana getirdi.

Çip endüstrisi dünyanın geleceğini nasıl tehdit ediyor?

Çip endüstrisinin bıraktığı devasa karbon ayak izi nedeniyle küresel ısınmayı artırıyor. Çevre dostu cihazlarda dahi kullanılmak zorunda olan çiplerin üretimi için milyonlarca litre su harcanması gerekiyor. Silikon çiplere olan talebin son yıllarda artışa geçmesi, yarı iletken endüstrisini devasa karbon ayak izi bırakma sorunuyla karşı karşıya bıraktı. Akıllı telefonlardan televizyonlara ve rüzgar tribünlerine kadar neredeyse her elektronik alette kullanılan çiplerin, küresel ısınma için tehdit oluşturduğu görüldü.

Çiplerin elektrikli araçlar, güneş enerjisi panelleri ve rüzgar tribünleri gibi çevre dostu araçlarda da kullanılması endüstriyi bir tür paradoksa sürüklüyor. Çip endüstrisi iklim krizinin odağında yer alırken dünyanın en büyük çip üreticisi olan ve Apple gibi dev şirketlere çip tedarik eden Tayvan Yarı İletken Üretim Şirketi (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), 2050’ye kadar sıfır emisyonlu üretime geçeceğini duyurdu. Şirketin başkanı Mark Lui, çevre dostu çalışmaları genişletmek istediklerini ve endüstriyi düşük karbonlu olarak sürdürülebilir kılmak istediklerini belirtti.

Karbon salınımını azaltmanın çip endüstrisi için çözülmesi büyük bir sorun olarak görüldüğü aktarıldı. Greenpeace’in verilerine göre, Tayvanlı şirket ülkenin elektriğinin yaklaşık yüzde 5’ini kullanırken bunun 2022 sonunda yüzde 7.2’ye yükselmesi bekleniyor. Ayrıca şirketin 2019’da 63 milyon ton su kullandığı belirtildi. Aynı yıl Tayvan’da son 50 yılın en kurak döneminin yaşanması şirketi çiftçilerle su tüketimi konusunda karşı karşıya getirdi.

Çip endüstrisine olan talep üzerine Avrupa Birliği (AB), global çip pazarında 2030’a kadar payını yüzde 20’ye yükseltmeyi planlayan yasal düzenlemeyi kabul etti. ABD’de de 5 yıl için yarı iletken endüstrisine 52 milyar dolarlık yatırım yapılması planlandı. Bu durum 2030’a kadar karbon salınımını yarıya indirmek ve 2050’ye kadar sıfıra indirmek isteyen AB ülkeleri ve ABD için ülkelerin iklim kriziyle ilgili ulaşmak istedikleri hedeflerle ilgili çelişkili bir durum oluşturuyor. Öte yandan sürüdürülebilir yöntemlerle çip üretimine geçilmesinin ve sektördeki büyük şirketlerin ilk adımı atmasının diğer üreticileri de harekete geçirmesi umut ediliyor.

Veriler, silikon çipler yerine sıvılarda mı depolanacak?

2040 yılına kadar dünyada yaklaşık 3 septilyon (3x1024) bit verinin depolanacağı tahmin ediliyor. Bu kadar büyük boyutlardaki verilerin gelecekte saklanması için halihazırda kullanılan çipler yeterli olmayabilir ve alternatif veri depolama yöntemleri gerekebilir. Araştırmacılar da veri saklama konusunda bu alternatif yöntemler üzerinde çalışıyor. Bu olasılıklar arasında en önemlilerinden biri bilgiyi moleküller üzerine kodlamak. ABD Brown Üniversitesi'nden araştırmacılar metabolom adı verilen ve biyolojik sistemlerde bulunan şeker, amino asit ve çeşitli küçük moleküllerden oluşan sıvılarda görüntü dosyalarını başarılı bir şekilde depolamak üzere bir yöntem geliştirdi. Metabolomlar taşıyabildikleri bilgi bakımından epeyce zengin kimyasal sistemler olarak değerlendiriliyor. Bu da veri depolamak için önümüzdeki dönemde sıvıları kullanabileceğimiz anlamına geliyor.

Söz konusu araştırmada, Eamonn Kennedy ve arkadaşları önce dijital verileri kimyasal karışımlarda depoladı sonraysa kütle spektrokopisi yoluyla bu verileri geri almayı başardılar. Araştırmada kullandıkları sentetik metabolom, vitaminler, nükleositler, nükleotitler, amino asitler, şekerler ve metabolik ara ürünleri içeren 36 farklı kimyasal maddeden oluşuyor. Bu sayede verilerin tutulduğu her bir çelik plakada, 1400 adet birbirinden farklı veri seti içeren 1536 nokta işaretlenebiliyor. Yapay metabolomlarda depolanan görüntülere ait veri setlerini %99’dan daha yüksek kesinlikte işleyebilen araştırmacılar, yayımladıkları makalede, bu çalışmaları sayesinde küçük moleküllerden oluşan sıvıların veri depolamada kullanılmasının yararları ve kısıtlamaları hakkında elde ettikleri bilgileri paylaştılar.

Sıvıdaki molekül türlerinin sayısı her bir karışıma yüklenebilecek verinin boyutunu belirliyor. Araştırmacılar yapılan çalışmada 6 ve 12 bit veri depolayabilecek saflaştırılmış metabolitlerden oluşan yapay metabolomlar hazırladı. Yöntemde çok küçük hacimlerdeki karışımlar bir çelik plaka üzerine konuyor ve çözücü buharlaştırılıyor. Daha sonra plaka üzerinde kalan kimyasal maddeler kütle spektrometresi ile analiz ediliyor. Gözlenen kütle spektrumunda tepe noktaları kullanılarak hangi metabolitlerin o noktada mevcut olduğu analiz ediliyor ve analiz sonuçları orijinal görüntüyü ortaya çıkarmak için kullanılıyor. Görüntü verileri, her bir karışımda bir bileşiğin varlığına/yokluğuna göre belirleniyor. Örneğin, metabolit karışımında değerleri [0101] olan dört bit ile eşlenen bir nokta, o konumdaki karışımın 2. ve 4. olarak belirlenmiş metabolitleri içerdiğini gösteriyor.

Araştırma ekibi geliştirdikleri yöntemle 2 kilobayt büyüklüğe kadar görüntü verilerini kodlamayı ve gerektiğinde bu verileri geri almayı başardılar. Sözü edilen veri büyüklüklerinin modern veri depolama sistemlerine kıyasla hayli küçük olduğunu belirten araştırmacılar, metabolomlarda dijital veri depolama yönteminde bilinmeyenlerin zamanla anlaşılmasıyla ölçeği kolaylıkla yukarı taşıyabileceklerini düşünüyorlar. Yapılan çalışmada toplamda yaklaşık 100.000 bitlik dijital görüntünün deneysel olarak kodlanması başarıldı. Küçük moleküllü kimyasal bilgi sistemleri üzerine yeni bir bakış açısı sunması bu çalışmanın en önemli başarısı olarak öne çıkıyor.