CPU, GPU, Yapay Zeka, Çip Savaşları ve Ötesi

Çip Nedir, CPU Nedir, GPU Nedir?

En temel tanımıyla çip (entegre devre), genellikle silikon üzerine inşa edilmiş, milyonlarca elektronik devre elemanını barındıran küçük bir plakettir. Bilgisayarların beyni sayılan CPU (Central Processing Unit – Merkezi İşlem Birimi), bu çiplerin en bilinen örneklerindendir.

CPU, bir bilgisayardaki genel amaçlı işlemleri yürüten bileşendir ve yazılım komutlarını sırayla işleyerek sistemi yönetir. İlk mikroişlemci olan Intel 4004’ün 1971’de geliştirilmesinden bu yana CPU’lar, giderek artan sayıda transistör ile muazzam bir hesaplama gücüne ulaştı.

GPU (Graphics Processing Unit – Grafik İşlem Birimi) ise başlangıçta grafik işlemlerini hızlandırmak için tasarlanmış özel bir işlemcidir. 1990’lardan itibaren 3D grafiklerin önem kazanmasıyla ortaya çıkan GPU’lar, binlerce küçük çekirdekle aynı anda çok sayıda işlemi yürütebilecek şekilde özelleşmiştir.

Zamanla GPU’ların sadece grafik değil, genel amaçlı hesaplamalarda da (GPGPU: General-Purpose GPU) kullanılabileceği anlaşıldı. Böylece yapay zekâ eğitimi, bilimsel simülasyonlar gibi yoğun paralel hesaplama gerektiren alanlarda GPU’lar vazgeçilmez hale geldi.

Özetle, CPU bir bilgisayarın seri işlemler yapan beyni ise, GPU paralel işlemlerin ustası olan yardımcı işlemcisidir.

CPU ve GPU Farkları

CPU ve GPU’ların mimarileri ve performans özellikleri belirgin şekilde farklıdır. Bir CPU, genellikle yüksek saat hızında çalışan az sayıda güçlü çekirdekten oluşur. Örneğin 6 çekirdekli bir Intel Core i7 işlemci 4.7 GHz hızlara çıkabilirken, bir GPU binlerce daha yavaş çekirdek barındırır: NVIDIA GTX 1080 Ti ekran kartı 1.58 GHz hızında 3.584 CUDA çekirdeği içerir​.

Tekil bir CPU çekirdeği bir GPU çekirdeğinden daha karmaşık ve güçlüdür, ancak GPU’nun devasa çekirdek sayısı uygun görevlerde toplamda çok daha yüksek bir iş hacmi sunar. Sonuç olarak, CPU’lar ardışık ve tek iş parçacıklı görevlerde üstünken, GPU’lar aynı anda birçok iş parçacığını gerektiren paralel görevlerde öne çıkar.

Teknik olarak bu farkı performans metriklerinde de görürüz. CPU’lar genellikle işlemci başına onlarca GFLOPS (saniyedeki milyar kayan nokta işlemi) düzeyinde performans sağlarken, modern GPU’lar teraflop mertebesinde hesaplama yapabilir. Binlerce çekirdeği sayesinde GPU, büyük veri kümeleri üzerinde aynı işlemi eşzamanlı uygulamada benzersizdir. Örneğin NVIDIA’nın Ampere mimarili A100 GPU’su 6912 CUDA çekirdeği ile yaklaşık 19.5 TFLOPS (saniyede trilyon işlem) tek duyarlıklı işlem gücüne ulaşır​.

Buna karşın üst düzey bir CPU (örneğin 64 çekirdekli bir AMD EPYC işlemci) ancak birkaç TFLOPS seviyesindedir. Ayrıca GPU’lar, yüksek bant genişlikli bellek (HBM gibi) kullanarak devasa veri akışını besleyebilirken, CPU’lar görece daha düşük bellek bant genişlikleriyle çalışır. Bu farklılıklar kullanım alanlarını da ayrıştırır.

CPU’lar günlük bilgisayar kullanımında işletim sistemi, ofis uygulamaları, tarayıcılar gibi genel amaçlı ve dallanma içeren işlemlerde etkilidir.

GPU’lar ise paralel hesaplama gerektiren oyun grafiklerinde, video işlemede ve özellikle yapay zekâ model eğitimi gibi yüksek yoğunluklu hesaplama isteyen görevlerde büyük avantaj sağlar​.

Örneğin bir oyun GPU sayesinde yüksek kare hızlarında görsel üretirken, bilimsel bir süperbilgisayar onlarca GPU ile iklim modellemesi veya moleküler simülasyonları CPU’larla mümkün olandan kat kat hızlı gerçekleştirebilir.

Yapay Zekâ için HPC’nin Önemi

Yapay zekâ ve derin öğrenme alanındaki ilerlemeler, büyük veri setlerinin işlenmesi ve devasa sinir ağlarının eğitilmesi ile mümkün olabilmiştir. Bu da HPC (High-Performance Computing – Yüksek Başarımlı Hesaplama) sistemlerine olan ihtiyacı artırmıştır. Standart bir bilgisayarda aylar sürecek bir yapay zekâ eğitimi, bir süperbilgisayar kümesinde saatler veya günler içinde tamamlanabilir. Bunun sebebi HPC sistemlerinin çok sayıda CPU ve GPU’yu paralel olarak çalıştırıp muazzam bir toplam hesap gücü sunmasıdır. Örneğin, OpenAI’ın ünlü GPT-3 modelinin (175 milyar parametreli) eğitimi için yaklaşık 3.14×10^23 adet kayan nokta işlemi gerektiği hesaplanmıştır​.

Tek bir modern GPU teorik olarak saniyede 10^13–10^14 arası işlem yapabildiğine göre, bu eğitimin tek bir ekran kartıyla tamamlanması yüzlerce yıl alacaktı. Oysa aynı görev, yüzlerce GPU’nun paralel çalıştığı bir HPC kümesinde birkaç haftada tamamlanabildi. Benzer şekilde, otonom araçlardan sağlık araştırmalarına pek çok yapay zekâ uygulaması, ancak HPC altyapıları ile hayata geçirilebiliyor.

HPC’nin önemi yapay zekâ ile de sınırlı değildir. Özellikle süperbilgisayarlar ulusal güvenlik ve bilimsel araştırmalarda kritik rol oynar. Örneğin nükleer araştırmalarda gerçek testler yapılamadığı için, atom bombası patlamalarının fiziksel simülasyonları süperbilgisayarlarda gerçekleştirilir. ABD’deki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı, El Capitan adlı süperbilgisayarda 43.000’den fazla GPU ile gelişmiş nükleer patlama simülasyonları yapmayı planlıyor​.

Bu sayede yeraltı nükleer denemeleri yapmadan silahların güvenliği ve güvenirliği sağlanabilecek. Benzer biçimde iklim modellemeleri, galaksi simülasyonları veya ilaç tasarımları gibi muazzam hesap yükü gerektiren problemler, ancak binlerce işlemcili HPC sistemlerinde makul sürede çözülebiliyor. Kısacası yapay zekâ araştırmaları ve diğer bilimsel atılımlar, arka planda bu yüksek başarımlı hesaplama altyapılarının gücüyle mümkün hale geliyor.

ABD’nin Çin’e Uyguladığı Çip Kısıtlamaları

2020’li yıllarda ABD ile Çin arasında teknoloji alanındaki rekabet, çip sektöründe doğrudan karşılaşmaya dönüştü. ABD hükümeti, Çin’in yapay zekâ ve süperbilgisayar gibi kritik askeri-teknolojik alanlarda ilerlemesini yavaşlatmak amacıyla, gelişmiş çiplerin Çin’e ihracatına kısıtlamalar getirmeye başladı. Eylül 2022’de ABD Ticaret Bakanlığı, NVIDIA firmasına ait en üst düzey yapay zekâ hızlandırıcı çiplerin (özellikle NVIDIA A100 ve yeni nesil H100 GPU’ların) Çin’e satışının durdurulmasını emretti​.

Benzer şekilde AMD şirketinin gelişmiş MI250 GPU hızlandırıcılarının da Çin’e ihraç edilmesi yasaklandı​.

ABD yetkilileri bu hamlenin, söz konusu yüksek performanslı işlemcilerin Çin ordusu veya istihbaratı tarafından ileri amaçlarla kullanılma riskine karşı alındığını açıkladı​.

Nitekim bu GPU’lar, görüntü tanıma, büyük ölçekli yapay zekâ eğitimi ve hipersonik silah tasarımı gibi askeri alanlarda kritik avantajlar sağlayabilir. Bu ihracat kontrolleri zamanla daha da sıkılaştırıldı. İlk etapta doğrudan en güçlü modeller yasaklanırken, sonrasında şirketlerin bu yasakları aşmak için geliştirdiği kırpılmış versiyonlar da hedef alındı. Örneğin NVIDIA, A100’ün Çin pazarına özel biraz yavaşlatılmış bir türevi olan A800 modelini geliştirmişti; ancak Ekim 2023’te ABD bu tip kısmi önlemleri de kapatacak şekilde kuralları güncelledi ve A800/H800 gibi çiplerin de izinsiz Çin’e gönderilmesini engelledi​.

Böylece ABD, Çin’in yapay zekâ süperbilgisayarları için gereken hesaplama gücünü dışarıdan temin etmesini büyük ölçüde zorlaştırmayı hedefliyor.
ABD’nin kısıtlamaları sadece nihai ürünlerle sınırlı değil, üretim süreçlerini de kapsıyor.

Çin’in ileri üretim tekniklerine ulaşmasını engellemek için, çip fabrikalarında kullanılan kritik ekipmanların Çin’e satışı da kontrol altına alındı.

Özellikle dünyada tek üretici konumunda olan Hollandalı ASML firmasının gelişmiş litografi makineleri en önemli baskı unsurlarından biri. ABD, ASML’nin EUV (aşırı ultraviyole) litografi sistemlerini yıllardır Çin’e sattırmadığı gibi, 2023 itibariyle bir önceki nesil ileri DUV makinelerinin ihracını da Hollanda üzerinden lisans şartına bağlattı​.

Bu cihazlar, 7 nm ve daha küçük yarı iletken üretimi için kritik önemdedir. Dolayısıyla bu hamle, Çin merkezli üreticilerin en ileri üretim düğümlerine erişimini kısıtlayarak, Çin’in kendi gelişmiş çiplerini üretme kabiliyetine ket vurmayı amaçlıyor. Uzun vadede bu yasaklar, Çin’in hem askeri hem yapay zekâ alanlarında en ileri sistemleri kurabilmesini geciktirerek ABD’ye stratejik bir zaman kazandırabilir.

Çin’in Karşı Planı

ABD’nin uyguladığı kapsamlı çip kısıtlamaları karşısında Çin, teknolojik bağımsızlığını artırmak ve dışa bağımlılığı azaltmak için seferber olmuş durumda. Pekin yönetimi, yerli çip üretim kapasitesini geliştirmek amacıyla milyarlarca dolarlık fonlar ayırdı ve “Made in China 2025” gibi programlarla yerli yarı iletken sektörünü öncelikli stratejik alan ilan etti​.

Bu plan çerçevesinde Çin, hem kendi fabrikalarını kurup geliştirmeye hem de yerli çip tasarım şirketlerini desteklemeye başladı. Öncelikle üretim tarafında, Çin’in en büyük yarı iletken dökümhanesi olan SMIC, ABD yaptırımlarına rağmen 7 nm sınıfı çipler üretmeye başladığını duyurarak önemli bir eşik atladı. Her ne kadar bu üretim, ABD’nin gelişmiş litografi ekipmanlarını alamadan, mevcut DUV teknolojileriyle ve düşük verimle yapılmış olsa da Çin’in kararlılığını gösteriyor.

Öte yandan, Huawei gibi teknoloji devleri de kendi çip tasarımlarına yatırım yapıyor. Huawei’nin 2023’te tanıttığı akıllı telefon çipi Kirin 9000S, büyük ölçüde yerli imkanlarla (muhtemelen SMIC üretimiyle) 7 nm düzeyinde üretilerek dış kısıtlamaların aşılabileceğine dair bir işaret verdi. Yine Huawei’nin geliştirdiği Ascend serisi yapay zekâ işlemcileri ve Biren Technology gibi girişimler, NVIDIA’nın A100 GPU’suna rakip yerli hızlandırıcılar tasarlamaya çalışıyor. Nitekim Biren tarafından duyurulan BR100 GPU’su, kağıt üzerinde A100’e benzer performans hedefleriyle tasarlanmıştı​.

Ancak TSMC gibi üreticiler ABD kuralları nedeniyle bu tür çiplerin üretimini askıya aldığından, Çinli şirketler henüz tam kapasiteye ulaşabilmiş değil​.
Çin, ayrıca alternatif tedarik yolları arayışında. Bir yandan Güney Kore ve Tayvan gibi ülkelere yönelerek, doğrudan yasaklı olmayan orta seviye çipleri stoklamaya çalışıyor. Örneğin bellek çipleri veya önceki nesil GPU modelleri bu kapsamda temin edilmeye çalışılıyor. Öte yandan, Hong Kong gibi merkezler üzerinden yeniden ihracat yoluyla kısıtlı bazı ürünlerin Çin’e ulaştığı da rapor ediliyor​.

Ancak ABD, bu tür dolaylı akışları da denetlemek için müttefikleriyle ortak hareket ediyor. Peki Çin bu açığı ne kadar sürede kapatabilir? Uzmanlar, en ileri teknolojilerde Çin’in halen yıllarca geriden geldiğini belirtiyor. En büyük engel, yarı iletken üretim ekipmanlarında ve know-how’ında dışa bağımlılık. Örneğin dünyanın en gelişmiş çiplerini üreten ASML’nin EUV litografi makinesi olmadan 5 nm ve ötesine ekonomik olarak geçmek son derece zor.

ASML’nin bir yöneticisi, EUV yasağı nedeniyle Çin’in Batı’nın 10-15 yıl gerisinde kalacağını ifade etti​.

Çin elbette kendi EUV makinesini geliştirmek için çalışıyor, ancak bu çabanın sonuç vermesi onlarca yıl alabilecek, meşakkatli bir süreç. Hatta bu teknolojiyi ASML olmadan sıfırdan oluşturmaları “neredeyse imkânsız” görülüyor​.

Ayrıca yarı iletken Ar-Ge ekosistemi küresel birikimin ürünü olduğundan, yetenekli insan gücü ve patent engelleri gibi başka zorluklar da mevcut. Tüm bu engeller göz önüne alındığında, Çin’in en ileri çip teknolojilerinde ABD’yi yakalaması kısa vadede gerçekçi görünmüyor. Yine de Çin’in kararlılığı ve geniş kaynakları düşünüldüğünde, uzun vadede kısmi bir bağımsızlık elde etmesi de tamamen dışlanmıyor.

Çip Üretiminde ABD Dışı Oyuncular

Çip savaşlarının gidişatını sadece ABD ve Çin değil, üçüncü ülkelerdeki kilit oyuncular da belirliyor. Bu alandaki en kritik aktörlerden biri Tayvan. Dünya üzerindeki en gelişmiş işlemcilerin büyük kısmı, Tayvan’daki dökümhane devi TSMC tarafından üretiliyor. TSMC, Apple, NVIDIA, AMD gibi şirketlerin tasarladığı çipleri en ileri üretim süreçleriyle hayata geçiriyor. Rakamlarla ifade etmek gerekirse, küresel çapta 5 nm ve altı “en ileri” çiplerin %90’ı TSMC tarafından üretiliyor​.

Çin, ihtiyaç duyduğu gelişmiş çiplerin %60’ını tek başına Tayvan’dan ithal ediyor​.

Bu durum Tayvan’ı adeta bir “silikon kalkan” konumuna getirmiş durumda: Çin ile Batı arasındaki gerilimde Tayvan’ın çip üretim tekelinden kaynaklanan stratejik bir caydırıcılık unsuru var. Benzer şekilde Güney Kore, özellikle bellek çipleri (DRAM, NAND flaş) ve gelişmiş logic çip üretiminde önemli bir oyuncu olan Samsung ile öne çıkıyor. Samsung hem kendi cihazları için işlemci üretiyor hem de döküm hizmeti vererek Qualcomm gibi firmalara yonga imal ediyor.

Bu iki Uzakdoğulu üretici (TSMC ve Samsung), ABD dışı olmalarına rağmen, son teknoloji üretim ekipmanlarında ABD ve müttefiklerinin tekelindeki teknolojilere bağımlı.

Bu nedenle ABD’nin ihracat kısıtlamaları onları da dolaylı olarak bağlıyor. Nitekim ABD, 2020’de getirdiği bir kural ile TSMC’nin Huawei için gelişmiş çip üretmesini yasakladı: Amerikan teknolojisi kullanılarak yurtdışında üretilen çiplerin Huawei’ye satışını lisansa bağladı​.

Bunun sonucu olarak TSMC, Huawei’nin Kirin işlemci siparişlerini durdurmak zorunda kaldı ve Huawei akıllı telefonlarında büyük bir darbe aldı. Aynı şekilde Samsung da ABD’nin baskılarını dikkate alarak Çinli müşterilere en ileri düğümde üretim yapmaktan imtina ediyor. Avrupa tarafına bakıldığında, çip üretiminde doğrudan bir dev oyuncu olmamakla birlikte bazı kritik roller mevcut.

Hollanda merkezli ASML şirketi, bahsedildiği gibi son derece karmaşık litografi makinelerinin tek tedarikçisi konumunda. Yine Almanya ve Fransa gibi ülkelerde Infineon, STMicroelectronics, NXP gibi şirketler otomotiv ve endüstriyel çiplerde belirli uzmanlıklara sahip.

Avrupa, uzun süre yarı iletken üretiminde dışa bağımlı kalmanın sancılarını özellikle 2020-2021 küresel çip sıkıntısında derinden hissetti. Bu nedenle son yıllarda AB, yarı iletken alanında kendi kapasitesini artırmak için yatırımlara başladı.

Avrupa, Çip Savaşlarının Neresinde?

Avrupa Birliği, ABD ile Çin arasındaki bu teknoloji mücadelesinde kendini dengeleyici ve korumacı bir pozisyona yerleştirmeye çalışıyor. Bir yandan ABD ile ortak demokratik değerlere sahip olduğu için güvenlik boyutunda Çin’e karşı temkinli davranıyor; diğer yandan ekonomik çıkarları gereği Çin ile tamamen köprüleri atmaktan kaçınıyor.

Bu denge arayışı, AB’nin son dönemde sıkça dile getirdiği “de-risking” (risk azaltma) stratejisinde somutlaşıyor​.

Bu stratejiye göre Avrupa, tedarik zincirlerindeki kritik bağımlılıklarını (özellikle yarı iletkenler, bataryalar gibi alanlarda) azaltmaya çalışacak, ancak Çin’den tamamen kopmayacak​.

Nitekim AB liderleri, Çin’e karşı ABD tarzı topyekûn bir teknoloji ambargosu yerine, tedarik çeşitlendirmesi ve diyalog yoluyla ilerlemeyi tercih ettiklerini belirtiyorlar​.

Avrupa’nın kendi yarı iletken kapasitesini arttırma hedefi de bu politikanın bir parçası. 2022’de duyurulan European Chips Act kapsamında 43 milyar avroluk bir kamu-özel yatırım paketiyle 2030’a kadar Avrupa’nın küresel çip üretimindeki payını %10’dan %20’ye çıkarmak hedefleniyor​.
Bu girişim, Avrupa’ya en azından stratejik otonomi sağlayacak kadar üretim altyapısı kazandırmayı amaçlıyor. Plan kapsamında Intel gibi şirketler Avrupa’da yeni fabrikalar kurmak üzere teşvik alırken, mevcut üreticilerin kapasite artırımı da destekleniyor​.

Örneğin Intel’in Almanya’da ileri düğüm fabrikası kurma yatırımı, TSMC’nin ve Samsung’un Avrupa’da tesis kurma değerlendirmeleri bu kapsamda gündeme geldi. Avrupa’nın ABD-Çin çip savaşlarındaki pozisyonu, genel olarak temkinli bir denge şeklinde özetlenebilir. Brüksel, Washington’ın güvenlik endişelerini paylaştığında (örneğin Huawei’nin 5G ekipmanlarına sınırlamalar getirilmesi veya ASML’nin Çin’e yönelik satışlarının kısıtlanması konularında) ABD ile birlikte hareket etti​.

Hollanda’nın ASML konusunda aldığı kararlar, ABD-AB işbirliğinin bir örneğidir. Öte yandan Avrupa, Çin pazarını tamamen kaybetmemek ve kendi endüstrisinin çıkarlarını korumak adına, söylemlerinde ABD’ye göre daha yumuşak olabiliyor. Sonuçta AB, “tek kutuplu bir dijital dünya yerine, çok paydaşlı bir denge” arzuladığını çeşitli strateji belgelerinde vurguluyor. Bu yönüyle ne tamamen ABD safında ne de Çin safında görünmeden, kendi teknolojik bağımsızlığı için adımlar atmaya çalışıyor.

Sonuç

Çip savaşları, 21. yüzyılın en önemli jeoteknolojik mücadelelerinden biri haline gelmiş durumda. ABD’nin getirdiği kısıtlamalar kısa vadede Çin’in süper bilgisayar ve yapay zekâ atılımlarını yavaşlatmıştır. Hali hazırda Çin’in en ileri çip teknolojilerinde 10 yılı aşkın bir geriden geldiği değerlendiriliyor​.
Bu da ABD’nin mevcut üstünlüğünü bir süre daha koruyabileceğine işaret ediyor. Ancak uzun vadede bu mücadelenin sonucu kesin değildir.

Çin, dev kaynaklarını seferber ederek yerli yarı iletken ekosistemini kurmada ısrarcıdır. Eğer Çin önündeki engelleri (EUV litografi gibi) aşmanın bir yolunu bulur ve yarı iletkenlerde öz yeterliliğe yaklaşırsa, bu durum küresel teknoloji dengelerini derinden etkileyebilir. Örneğin Çin’in tam bağımsız bir çip tedarik zinciri kurması, Tayvan’ın yıllardır Çin’i caydıran “silikon kalkanı” etkisini zayıflatabilir ve bölgedeki güç dengesini Pekin lehine değiştirebilir​.

Önümüzdeki yıllarda muhtemel senaryolar arasında, dünyanın iki ayrı teknoloji ekosistemine bölünmesi de bulunuyor: Bir yanda ABD ve müttefiklerinin domine ettiği, en ileri çiplerin bulunduğu ekosistem; diğer yanda Çin’in kendi standardlarını geliştirmek zorunda kaldığı alternatif bir ekosistem. Böyle bir ayrışma, küresel tedarik zincirlerinde verimsizliklere yol açsa da Çin, teknolojik ambargolara karşı bunu bir strateji olarak göze alabilir.

Diğer bir senaryoda ise, taraflar arasında bir uzlaşma veya yeni dengelenme yaşanabilir – örneğin Çin belirli alanlarda geri kalırken, diğer alanlarda kendi çözümlerini geliştirir ve karşılıklı bağımlılık kısmen devam eder.

Kesin olan şu ki çip savaşları, jeopolitik güç mücadelesinin merkezine oturmuştur. Bu savaşın gidişatı, sadece iki ülkenin değil, tüm dünyanın ekonomik refahını ve güvenliğini etkileyecektir.

Süper bilgisayarlardan akıllı telefonlara kadar hayatımızın her alanını şekillendiren bu kritik teknolojide kimin önde olacağı, 21. yüzyılın güç dengesini belirleyen temel unsurlardan biri olacaktır.

---

Kaynaklar:

Wikipedia, Wiki.Tuflow.com, Splunk.com, Lambdalabs, Rand.org, Reuters, Foreign Policy Research Institute, Jon Peddie Research, TomsHarware.com, The Guardian