Até Onde os Processadores Podem Evoluir?!

Durante a década de 70, Gordon Moore, na época o presidente da Intel lançou uma profecia, que dizia que apartir dali o poder de processamento dos processadores dobraria a cada 18 meses. Esta “profecia” tornou-se tão verdadeira que acabou virando a famosa
lei de Moore, e realmente vem se mantendo precisa até os dias de hoje.

Mas, você já parou para pensar até onde os processadores podem evoluir? Até onde a lei de Moore pode continuar sendo válida?

Um processador é formado por transístores. Um transístor sozinho é uma estrutura muito simples, basicamente temos três filamentos, um filamento emissor, outro coletor e um terceiro, chamado de base. Entre os três pólos temos um material semicondutor, o
que permite que o transístor não tenha partes móveis.

Cada transístor funciona como uma espécie de chave, pode permitir ou interromper a transmissão do sinal elétrico. Apenas um transístor não pode fazer muita coisa, mas se combinarmos vários transístores teremos um microchip, que dependendo da sua
complexidade pode ser programado para executar várias funções.

Quanto mais transístores o microchip possuir, mais operações por ciclo ele será capaz de executar. Porém, ao mesmo tempo, quanto maior for a área ocupada por ele, ou seja, quanto maior ele for, menor poderá ser a sua freqüência de operação, pois com os
transistores mais longe uns dos outros o sinal levará mais empo para ser transmitido e, além disso, teremos perda de sinal e interferências. é justamente por isso que os chips são tão pequenos.

Chegamos então ao dilema fundamental: para ter um processador mais rápido, precisamos que ele seja mais complexo, ou seja, seja capaz de executar mais operações por ciclo, tendo consequentemente um número maior de transístores, ou então precisamos
aumentar sua freqüência de operação, para que ele seja capaz de executar mais operações por segundo. O grande problema é que quanto maior for a freqüência de operação, menor o chip deverá ser! As duas idéias são completamente incompatíveis.

Já que não adiantaria diminuir o número de transístores para aumentar a freqüência de operação do processador, já que no final o resultado acabaria sendo o mesmo, ou até pior, o jeito é diminuir o tamanho dos transístores. Com transístores menores,
poderemos tanto aumentar o número deles em cada chip, quanto aumentar sua freqüência de operação. é esta idéia que vem permitindo a enorme evolução dos processadores nas últimas décadas.

Os primeiros transístores a serem produzidos comercialmente, na década de 50, tinham o tamanho da cabeça de um fósforo. Os transístores usados no 8088, o processador do XT já eram gritantemente menores, medindo apenas 3 mícrons (um mícron equivale a um
milésimo de um milímetro). O 486 já usa transístores medindo apenas 1 mícron, os primeiros processadores Pentium usam transístores de 0.5 mícron. Os processadores Pentium apartir de 100 MHz, assim com o MMX já utilizam transístores de 0.35 mícron. O
Pentium II apartir de 350 MHz já usa 0.25 mícron, enquanto os processadores atuais utilizam transístores medindo apenas 0.18 mícron.

Ao mesmo tempo, foi aumentado o número de transístores em cada processador, o 8088 tinha apenas 29.000 transístores, enquanto um Pentium 4 tem 41 milhões. O Athlon não fica muito atrás, com 37 milhões.

Recentemente, a Intel anunciou suas pesquisas para produzir uma nova safra de chips com transístores medindo apenas 0.07 mícron. Até um ano atrás, acreditava-se que seria impossível produzir transístores tão pequenos. Para você ter uma idéia, com apenas
0.07 mícron por transístor, cada gate, ou seja cada um dos três filamentos que compõe cada transístor, teria apenas 3 átomos de cobre de espessura! Para reforçar o quanto isto é pouco, com transístores de 0.18 mícron, o sinal elétrico usado para mudar o
seu estado, é composto por apenas algumas centenas de elétrons. Com transístores de 0.07, o sinal teria apenas algumas *dezenas* de elétrons! Haja isolamento para preservar a integridade de um sinal tão ínfimo.

Segundo a Intel, os chips de 0.07 mícron devem começar a ser produzidos no final de 2005. Até lá teremos os chips de 0.13 e 0.10 mícron, que permitirão um grande salto no poder de processamento dos chips.

O primeiro chip de 0.13 mícron será a versão de 2 GHz do Pentium 4, que deverá sair no final de 2001, depois virão claro versões mais rápidas, de 2.1 GHz em diante e uma nova versão do Pentium 3 com clock apartir de 1.26 GHz. Usando transístores com 0.13
mícron provavelmente a Intel consiga produzir versões de até 3.5, ou quem sabe, 4 GHz do Pentium 4, que seriam lançadas em 2003.

Lá pelo final de 2003 devemos ver outro salto tecnológico, com os chips de 0.10 mícron, o que permitiria uma nova safra de chips operando a até 7 GHz. Até lá, provavelmente todos os processadores do mercado serão de 64 bits, descendentes do Intel Itanium
que está para ser lançado.

Finalmente, caso a Intel consiga cumprir suas promessas (o que nem sempre faz), teremos no Natal de 2005 os primeiros chips de 0.07 mícron, produzidos em versões de 8 GHz em diante, com potencial para atingirem algo próximo a 15 GHz em 2006-2007. Além de
mais rápidos, a miniaturização dos transístores permitirá que estes chips gastem bem menos eletricidade que os atuais.

O segredo para conseguir produzir transítores tão pequenos é a técnica de produção usada. Hoje em dia se usa litografia óptica, que consiste em usar laser para marcar o silício. Apartir dos 0.13 mícron os fabricantes passarão a utilizar luz ultravioleta
(Extreme Ultra Violet) que oferece uma precisão bem maior.

Não apenas a Intel, mas também a AMD e outros fabricantes de chips vem fazendo pesquisas neste sentido. Apesar de ainda não ter tocado no assunto, é de se esperar que a AMD acompanhe as evoluções da Intel, mantendo a concorrência, isso se até lá não
aparecer uma terceira grande no ramo dos processadores.

O grande problema para os fabricantes, é o que fazer depois, os 0.07 mícron parecem ser o limite extremo, pois com camadas de apenas 3 átomos de espessura fica difícil imaginar que ainda se possa fazer algum avanço em termos de miniaturização. O próximo
passo provavelmente seriam os processadores quânticos, que comentei em artigos anteriores. O duro é saber quando eles se tornarão viáveis, isso se algum dia conseguirem realmente construir um supercomputador quântico. De qualquer forma, ficarmos
estacionados na casa dos 15 GHz não deve ser uma coisa tão insuportável assim 🙂