Leio agora em um artigo* de Stephen Shankland publicado na CNET, “IBM and allies find a way to make chips even tinier and faster”, que a IBM e alguns de seus associados conseguiram fabricar um “chip”, ou circuito integrado (neste caso, um microprocessador), gravado sobre uma camada de silício com espessura de apenas sete nanômetros.
A tecnologia capaz deste pequeno milagre ainda está em fase experimental, mas seus desenvolvedores estão trabalhando celeremente para que muito em breve esteja sendo usada no processo de fabricação de CIs comerciais. Veja o “chip” em questão na ponta do dedo de um pesquisador na Figura 1, obtida no artigo citado e de propriedade da IBM Research.
"Chip" gravado sobre uma camada de silício (Reprodução/IBM Research)
Essa é o tipo da notícia sobre tecnologia que se lê, sacode-se a cabeça em sinal de admiração, pensa-se um pouco sobre ela e logo se passa adiante para a leitura da próxima novidade.
E aí está o problema: pensar somente um pouco sobre ela. Porque, se pararmos para analisar mais profundamente seu significado, mergulharemos em um universo espantoso que por vezes foge inteiramente da nossa compreensão.
Por exemplo: o que significa exatamente a medida “sete nanômetros”?
Se eu lhe disser que um comprimento é dez metros, que um objeto mede pouco mais de quinze centímetros enquanto outro mal chega a três milímetros você pode formar uma ideia razoável de cada um deles: o primeiro corresponde mais ou menos à largura de uma rua, o segundo à altura de um telefone celular e o terceiro é aproximadamente do tamanho de um grão de arroz. E sete nanômetros? O que você conhece deste tamanho? À que corresponde esta medida? À espessura de uma folha de papel? De um fio de cabelo? O tamanho de uma bactéria? De uma molécula?
Mas não é só isso. Há mais um ponto obscuro: por que os fabricantes de “chips” se esmeram em fabricar dispositivos tão minúsculos? Com que objetivo? Qual a vantagem que isso oferece?
Vamos ver. Siga lendo esta coluna que aos poucos chegaremos lá.
O Coração De Seu Micro
O “coração” de seu computador, o componente mais importante, aquele que define a capacidade de processamento e a rapidez do funcionamento da máquina é o microprocessador, um circuito integrado extraordinariamente complexo e constituído de dezenas de bilhões de dispositivos eletrônicos que funcionam como chaveadores de corrente: os transistores.
Se você levar em conta que o microprocessador propriamente dito (não confundir com seu “encapsulamento”, o invólucro de material plástico que o protege e onde são fixados os contatos elétricos que o comunica com o circuito onde está inserido) é mais ou menos do tamanho da unha de seu dedo polegar, é fácil concluir que cada um das dezenas de bilhões de transistores é muito, mas muito pequeno mesmo. E bota pequeno nisso…
A primeira impressão que se tem ao tomar conhecimento deste fato é que esta pequenez é uma consequência da necessidade de fazer com que o processador seja suficientemente pequeno para caber no interior dos dispositivos que o contêm, como computadores, tabletes e telefones celulares. O que não deixa de ser verdade, já que há meio século os computadores eram máquinas gigantescas que ocupavam enormes salas refrigeradas e tinham uma fração da capacidade de processamento do telefone esperto que hoje mora em seu bolso.
Mas o que nem todos sabem é que, embora verdadeira, não é essa a principal razão pela qual os transistores que compõem os microprocessadores precisam ser tão minúsculos.
A razão principal é o aumento da rapidez com que circuitos finos assim processam os dados.
Vejamos o porquê desta afirmação.
Um microprocessador somente processa dados se eles forem previamente digitalizados, ou seja, transformados em grandezas expressas no sistema numérico de base dois, ou sistema binário, onde os numerais utilizam apenas dois algarismos, “zero” e “um”. Isto porque é fácil representar
... estes algarismos usando grandezas elétricas que alternam entre dois estados, cada um representando um desses algarismos, como capacitores (“carregado” e “descarregado”), interruptores (“aberto” e “fechado”) e pulsos de tensão (a aplicação de uma tensão por um curto período em um condutor de eletricidade).
Particularmente, são estes pulsos de tensão que “transportam” valores através de condutores elétricos. Imagine que você deseja transportar o valor em binário “10010110” (que, em decimal, vale 150) por um condutor elétrico. E vamos estabelecer que os dígitos serão enviados um a cada segundo. Então basta aplicar um curto pulso de tensão durante os primeiro, quarto, sexto e sétimo segundos enquanto mantém a tensão em zero durante o segundo, terceiro, quinto e oitavo segundos. Na extremidade oposta do condutor elétrico você verá a agulha do medidor de tensão (ou “voltímetro”) oscilar a cada pulso recebido. Anote, sequencialmente, em que segundo se deu cada oscilação, atribua o valor “um” a estes segundos e o valor “zero” aos demais e você verá se formar o número “10010110”.
O exemplo acima é extraordinariamente simplificado, mas serve para que se tenha uma pálida ideia sobre como os circuitos eletrônicos funcionam. E introduz a noção de “tempo” na transmissão de dados, evidenciando que os dados fluem em um determinado “ritmo”.
Este tipo de funcionamento denomina-se “lógica temporizada” (“clocked logic”, em inglês). O intervalo de tempo que separa a emissão de dois pulsos sucessivos chama-se “ciclo” e o número de ciclos na unidade de tempo, ou seja, o “ritmo”, é a “frequência de operação”. No caso do exemplo, o ciclo é de um segundo e como a unidade de tempo é o próprio segundo, a frequência é F=1/1 =1 Hz (“Hz” é o símbolo de “Hertz”, a unidade de frequência). Um Hertz representa, então, um ciclo por segundo.
Uma Questão De Frequência
Um computador que funcionasse na frequência de operação de 1Hz seria uma máquina praticamente inútil posto que levaria horas para executar um cálculo simples. Os computadores reais operam com frequências muito superiores. E que vêm crescendo rápida e regularmente ao longo das últimas décadas. Para que se tenha uma ideia: meu primeiro computador, comprado há menos de trinta anos, operava com uma frequência de 3 MHz (3 MegaHertz, ou três milhões de ciclos por segundo). Este no qual escrevo estas mal traçadas opera a mais de 3 GHz (3 GigaHertz, ou três bilhões de ciclos por segundo). Ou seja: a máquina que uso hoje é mais de mil vezes mais rápida que minha primeira máquina, que usei há trinta anos. É uma taxa de crescimento respeitável, sem dúvida.
É claro que este aumento da frequência de operação tem por objetivo acelerar o processamento de dados. Nos velhos computadores de trinta anos atrás, cujas frequências variavam na faixa dos3 Mhz aos 8 Mhz, quando se mandava “renderizar” (gerar e exibir na tela) uma imagem tridimensional complexa, dava para ir até a cozinha, tomar um cafezinho e voltar antes que a figura estivesse completamente formada no vídeo. Nas boas máquinas de agora, com seus rápidos coprocessadores (ou processadores auxiliares) de vídeo, todo este processamento se dá tão rapidamente que não se percebe a formação da figura e pode-se até mesmo “girá-la” na tela, algo que exige de sessenta a setenta e cinco renderizações completas a cada segundo.
Portanto, quanto maior a frequência, mais rápida é a máquina. E, naturalmente, os fabricantes de microprocessadores procuram fazê-los trabalhar com frequências cada vez mais elevadas.
E frequências elevadas implicam grande dissipação de calor.
Em outras palavras: quanto mais rápidos os microprocessadores, mais esquentam. E a geração de calor é tanta que se não forem tomadas as devidas providências eles podem simplesmente derreter, literalmente, sobre as placas-mãe.
Mas por que os “chips” esquentam? Como fazer para dissipar rapidamente o calor por eles gerado de modo a não sobreaquecer todo o sistema? E, sobretudo, como minimizar esta produção de calor?
Bem, este será nosso assunto da próxima semana.
Até lá.
B. Piropo
PS: Durante a próxima semana, de segunda-feira 20/07 a domingo 27/07 será realizada no Barra Shopping, nível Lagoa, a terceira edição carioca da exposição Vitrine Taiwan Excellence promovida pelo Taitra (Conselho para Desenvolvimento do Comércio Exterior de Taiwan). Nela, as empresas ganhadoras do prêmio Taiwan Excellence exporão seus produtos. Este ano estarão representadas a Asus, Acer, BenQ e Dlink, entre outras que apresentarão produtos como bicicletas elétricas, computadores, tabletes, celulares, monitores e diversos outros. Taiwan é um dos países que lideram o desenvolvimento de tecnologias de ponta, portanto esta é o tipo da exposição que vale a pena visitar.
"Chip" gravado sobre uma camada de silício (Reprodução/IBM Research)