Cada vez mais, a vida moderna depende de quão habilmente transportamos elétrons através dos labirintos em nanoescala gravados em chips de computador. Esses processadores não são mais apenas para laptops – eles são usados em seu carro, termostato, geladeira e micro-ondas.
E a pandemia revelou quão profundamente é nossa dependência.
Uma escassez global de chips de computador, causada por problemas de demanda e cadeia de suprimentos vacilantes, está atualmente afetando fabricantes de dispositivos, é claro, mas também fabricantes de carros, aspiradores de pó e aberturas de fogões.
Claramente, estamos viciados.
Portanto, talvez não seja surpresa que, quando as empresas anunciam chips de computador melhores, mais rápidos e mais eficientes, o mundo percebe. Esta semana, foi a vez da IBM ganhar as manchetes.
A empresa, que já foi sinônimo de computação, anunciou que demonstrou pela primeira vez um processo de fabricação de chips de 2 nanômetros (nm).
Em um comunicado à imprensa, a IBM disse que o novo processo renderia cerca de 50 bilhões de transistores em um chip do tamanho de uma unha. Também traria chips 75% mais eficientes ou 45% mais rápidos do que os atuais de 7 nm.
À primeira vista, parece que a IBM deu um salto à frente na corrida pela tecnologia de ponta em chips. Os chips mais recentes da Intel usam um processo de 10 nm e os TSMC usam um processo de 7 nm. E a empresa fez alguns progressos muito interessantes e notáveis aqui. Mas comparar chips é complicado. Portanto, vale a pena dissecar as notícias um pouco mais para entender melhor o quadro geral.
Nanômetros
O progresso em chips de computador há muito é medido em etapas do tamanho de nanômetros. Cada redução produz cada vez mais componentes – mais notavelmente, transistores – agrupados na mesma área. E houve um tempo, em décadas passadas, em que a nomenclatura nanométrica realmente correspondia ao tamanho de certos elementos do chip. Mas esse tempo já passou. À medida que a tecnologia do chip avançava, as medições dos componentes do chip eram desacopladas da convenção de nomenclatura de cada geração.
No momento em que os chips deram o último grande salto para FinFET – um projeto de transistor 3D em forma de barbatana – há pouco mais de uma década, o número de nó da indústria era virtualmente sem sentido. Não se relacionava com nenhuma dimensão do chip. Atualmente, há um debate sobre qual novo número, ou combinação de números, reflete melhor o progresso. E embora isso também esteja se revelando bastante complicado, uma especificação que os especialistas propõem é a densidade do transistor por milímetro quadrado.
Para ver como a convenção de nomenclatura antiga é confusa, compare os chips de 10 nm da Intel com os chips de 7 nm da TSMC. Os dois, na verdade, têm densidades de transistores aproximadamente equivalentes, com os 100 milhões de transistores por milímetro quadrado da Intel superando os 91 milhões por milímetro quadrado da TSMC. (Acesse aqui uma tabela útil comparando o tamanho do processo e a densidade do transistor dos chips.)
A IBM não anunciou a densidade do transistor explicitamente. Mas depois de tentar esclarecer exatamente o tamanho de “unha” que eles estavam se referindo – representantes da empresa disseram cerca de 150 milímetros quadrados – a publicação AnandTech calculou que o novo processo da IBM renderia cerca de 333 milhões de transistores por milímetro quadrado. O que está, de fato, além de qualquer coisa em produção. Dito isso, um chip de 3 nm que a TSMC está fazendo para a Apple pode ostentar quase 300 milhões de transistores por milímetro quadrado e entrar em produção já no próximo ano.
Nanofolhas: o próximo passo na Lei de Moore?
Talvez a notícia mais significativa seja o design dos próprios transistores. A nova tecnologia da IBM – chamada de nanosheet ou transistores gate-all-around – é a tão esperada sucessora dos atuais transistores FinFET. A empresa trabalha na tecnologia desde 2017.
Os transistores FinFET consistem em um canal em forma de aleta cercado em três lados por uma “porta” que controla o fluxo de elétrons. Mas os transistores de nanosheet da IBM (ou gate-all-around) têm um canal em camadas. As camadas são empilhadas umas sobre as outras e, como três porcos em um cobertor, são cercadas pelo portão por todos os lados. Esta última parte é a parte mais crítica. Os transistores gate-all-around fornecem melhor controle da corrente através do canal, evitam vazamentos e aumentam a eficiência.
“É uma tecnologia tremendamente empolgante”, disse à Wired, Jesús del Alamo, professor do MIT que se especializou em novas tecnologias de transistores. “É um design completamente novo que impulsiona o roteiro para o futuro.” E embora a IBM possa ser a primeira a mostrar a tecnologia neste nível, provavelmente não será a última. Samsung e TSMC provavelmente seguirão o exemplo.
É muito cedo para fazer comparações sérias de desempenho entre os chips de produção de hoje e os chips futuros usando os novos transistores da IBM, mas é seguro dizer que eles oferecerão melhorias notáveis. Dan Hutcheson, CEO da empresa de análise VLSI Research, disse à Wired que as melhorias de desempenho estimadas da IBM na verdade pareciam conservadoras e chamou o trabalho de um “marco para a indústria”.
Chips de próxima geração
Quando você pode comprar um dispositivo com um desses chips? Provavelmente não por enquanto.
Embora a IBM ainda projete chips, ela vendeu seu negócio de fabricação de chips em 2014. Esta nova tecnologia vem de suas instalações de pesquisa em Albany, Nova York e é um demonstrador, não um chip pronto para produção. Nos próximos anos, a IBM completará o processo, momento em que pode chegar aos chips de produção por meio de acordos de licenciamento com parceiros como Intel e Samsung.
A indústria não deve ficar parada nesse ínterim. Há uma espécie de renascimento na indústria de chips agora.
Não se trata mais apenas de gastar bilhões para arrancar mais algumas gotas dos chips tradicionais. Há energia e inovação revigorando o setor e trazendo uma explosão cambriana de designs bizarros para fins especiais, como IA. E muito disso está ocorrendo fora de grandes empresas.
Pela primeira vez em anos, o capital de risco está fluindo para as startups – mais de US $ 12 bilhões, na verdade, foram para mais de 400 empresas de chips apenas em 2020.
Então, mesmo em meio à seca de chips deste ano, parece que a monção está chegando.
Jason Dorrier para Singularity Hub.
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