Os processadores continuam evoluindo e cada vez mais rápido. Apesar de já se falar nos limites permitidos pelo uso do silício, novos materiais e tecnologias despontam no horizonte. Este artigo contém alguns comentários sobre os rumos da indústria de semicondutores nos próximos anos, em resposta a algumas perguntas enviadas pela Roberta Vieira.
1- Numa entrevista concedida pelo professor Newton Frateschi da Unicamp ao jornalista Paulo Henrique Amorim (na ocasião do anúncio da Intel sobre o transistor de 0,02 mícron), comentou-se sobre as limitações da utilização do silício na produção de transistores para microprocessadores. Pelo que pude entender a partir dos textos que encontrei, isso ocorre em função da utilização de um número cada vez mais reduzido de átomos do elemento. Baseado nos atuais métodos de produção dos transistores, qual é o limite mínimo de átomos de silício utilizados na confecção de um transistor para que suas propriedades semicondutoras continuem a funcionar de modo ideal? O que ocorre dentro do transistor e do microprocessador quando esse número de átomos não é suficiente para realizar as tarefas normais destes equipamentos?
Não existe um limite muito bem definido de até onde os transístores poderiam ser miniaturizados. A algunas anos atrás, boa parte dos projetistas acreditrava que seria impossível produzir transístores menores que 0.13 mícrons, que já são utilizados em alguns processadores atuais, como por exemplo o Pentium III Tualatin. Conforme conseguiram desenvolver transístores menores, estas barreiras imaginárias foram caindo por terra. Novamente, quase todos acreditavam que seria impossível produzir um transístor de 0.02 mícron até que a Intel conseguisse fazê-lo.
Hoje, os 0.02 mícron são o novo limite teórico, mas nada garante que nos próximos anos alguém não consiga produzir transístores ainda menores, mesmo usando silício.
Claro que existem vários problemas. Eu assisti esta entrevista com o Paulo Henrique Amorin. Como foi comentado, as propriedades dos materiais se alteram quando ao invés de uma grande quantidade de matéria, começa-se a trabalhar com poucos átomos. Além disso, quanto menor é o transístor, menos elétrons são necessários para muda-lo de estado. A 0.02 mícron são necessários apenas algumas dezenas de elétrons, o que abre uma margem gigantesca para todo tipo de interferência.
2- Alguns também sugerem os nanotubos como opção ao silício. O que são eles? Quais são suas vantagens e inconvenientes?
Os nanotubos são cavidades nanoscópicas feitas num bloco de carbono, tratado para adiquirir propriedades semicondutoras. A IBM já conseguiu desenvolver um chip lógico com alguns poucos transístores usando esta tecnologia. Segundo alguns pesquisadores, será possível daqui a mais dez ou quinze anos produzir transístores medindo apenas 0.005 mícron, usando nanotubos. Mas, a tecnologia ainda está em desenvolvimento, por isso não dá para ter certeza de até que ponto isto seria viável. Não adianta simplesmente desenvolver uma tecnologia capaz de produzir processadores utra-rápidos, é necessário que eles tenham um custo acessível.
3- Outros pesquisadores acreditam nos processadores quânticos como alternativa ao atual modelo de microprocessadores. Seu maior empecilho, ao que parece, é de ordem econômica. Em que consistiria o processador quântico? Por que ele é tão caro?
O problema dos computadores Quânticos atuais é que é necessária uma aperelhagem enorme para fazer qualquer coisa. As moléculas precisam ser resfriadas a uma temperatura próxima do zero absoluto e são necessários aparelhos de ressonância caríssimos, que são usados para manipular os átomos. Muitas empresas vem construindo este tipo de computador Quântico como uma forma de estudar as propriedades dos materias e tentar descobrir uma forma mais simples de fazer tudo funcionar. É óbvio que até serem lançados comercialmente, os computadores quanticos ainda tem pela frente várias décadas de evolução. Um dos maiores problemas dos pesquisadores é descobrir uma forma de manter as moléculas estáveis à temperatura ambiente.
Esta é a chave para qualquer tecnologia: descobrir uma forma de fazer mais que a tecnologia anterior e a um custo mais baixo. Apesar da evolução, os processadores não ficaram mais caros desde a época do 486, pelo contrário, custam muito menos que custavam a alguns anos atrás.
No década de 40, qualquer computador capaz de fazer meia dúzia de cálculos custava uma fortuna, mas simplesmente por que estavam construindo computadores com vávulas. Depois, descobriram um jeito mais eficiente e barato de fazer a mesma coisa, usando transístores, circuitos integrados, e assim por diante. As melhores invenções são sempre as mais simples.
Você pode ler também uma análise sobre processadores quânticos que escrevi há algum tempo em: https://www.hardware.com.br/analises/quanticos/index.asp
4- A partir das pesquisas atuais sobre novos materiais e métodos, é possível dizer até quantos GHz de freqüência conseguiremos atingir com um microprocessador?
A Intel já demonstrou um Pentium 4 (de 0.13 mícron) operando a 3.5 GHz, que deve ser lançado comercialmente até o final do ano que vem. A AMD anunciou o Athlon Barton, um processador que também seria capaz de operar a 3.5 GHz e também seria lançado até o final de 2002.
O Barton combinará duas tecnologias: uma técnica de produção de 0.13 mícron e o SOI (silicon on insulator), uma tecnologia desenvolvida pela IBM, que permite usar uma camada mais fina de silício na produção dos transístores do processador, com isso, o sinal elétrico passa a ter um isolamento bem melhor, melhorando sua estabilidade e diminuindo o nível de interferências.
O grande X da questão é que a frequência que o processador será capaz de alcançar não depende apenas da técnica de produção, mas também do projeto do processador.
Por que o Pentium 4 chegou aos 2.0 GHz sendo construído numa técnica de 0.18 mícron, enquanto o Athlon Thunderbird, também produzido numa técnica de 0.18 mícron ainda está nos 1.4 GHz? O Pentium 4 possui mais estágios de pipeline que o Athlon, com isto, cada estágio executa uma parcela menor de processamento por ciclo e consequentemente é capaz de suportar um número maior de ciclos por segundo.
O problema é que com mais estágios de pipeline, o processador passa a ter um número maior de transístores e ao mesmo tempo, acaba conseguindo processar menos instruções por ciclo. Esta é uma história um pouco longa, mas você pode encontrar mais detalhes na minha análise do Pentium 4: https://www.hardware.com.br/analises/pentium4/index.asp
5- A adoção desses processadores de grande velocidade de processamento provocará que mudanças no desenvolvimento da atual estrutura da informática (como softwares, outros hardwares, novas técnicas de produção industrial, novos preços)?
O preço dos computadores cairá conforme os processadores continuarem avançando. Um PC já custa quase um décimo do que custava a 20 anos atrás, mesmo considerando toda a evolução que houve no período. A versão básica do IBM PC, lançado pela IBM em Abil de 81 custava 4.000 dólares, e quase tudo era opcional, a começar pelo disco rígido. Atualmente, ja é possível encontrar PCs por 1200 reais, menos de 500 dólareas pela cotação atual. No EUA já vendem PCs básicos por menos de 400 dólares.
Eu exploro um pouco este assunto neste artigo: https://www.hardware.com.br/artigos/supercomputadores/
6- Que tipo de infra-estrutura física (como rede de fibras ópticas) e de equipamentos de informática esses novos microprocessadores necessitarão para funcionar com 100% de sua capacidade?
Os próprios computadores permitirão transmitir mais dados através das fibras ópticas, ou até mesmo dos cabos de cobre comuns, através de técnicas mais avançadas de modulação, compressão, correção de erros, etc. A vinte anos atrás qualquer engenheiro riria da sua cara se você dissesse que seria possível transmitir dados a 8 Megabits através de cabos telefônicos, como temos hoje no ADSL.
7- Como esses processadores tão velozes influirão no cotidiano das pessoas? Que tipo de conseqüências eles trarão para o homem comum?
Tem outro artigo que responde bem a esta pergunta:
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