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Adeus eletrônica, vem aí a Spintrônica

CTO da Intel fala do futuro dos chips e das novas tecnologias que parte da Física Quântica para mudar a computação como a conhecemos

Por Peter Moon, especial para o COMPUTERWORLD

12/09/2007 às 16h24

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CTO da Intel fala do futuro dos chips e das novas tecnologias que parte da Física Quântica para mudar a computação como a conhecemos

Num artigo publicado em abril de 1965 no jornal Electronics (“Cramming more components onto integrated circuits”), Gordon Moore afirmou que o futuro da integração de circuitos era o futuro da eletrônica. Analisando o potencial futuro da nova tecnologia, ele lançou as bases do que viria a se chamada de Lei de Moore, para a qual o número de transistores num chip dobra a cada 18 meses enquanto seu preço permanece inalterado. Para lucrar com esse prognóstico, Bob Noyce e Gordon Moore fundaram em 1968 a Intel, fusão das palavras integrated electronics.

Em 1971, eles criaram o primeiro microprocessador da história, o modelo Intel 4004, uma lasca de silício de 4 milímetros por 3 milímetros com 2.300 transistores miniaturizados. Passaram-se 36 anos e hoje a Intel consegue espremer 291 milhões de transistores no Core 2 Duo, um chip menor que o 4004. Este aumento na densidade dos chips está na razão direta do aumento astronômico na potência dos computadores. Aonde isso vai parar? Quem responde é o Chief Technology Office da Intel (CTO), Justin , nessa entrevista exclusiva feita por telefone.

Computerworld – A Lei de Moore, segundo a qual o número de transistores num chip dobra a cada 18 meses enquanto seu preço permanece inalterado, foi formulada por Gordon Moore há 42 anos e continua válida. Mas ela não está próxima do seu limite?
intel_rattner_bonecoJustin Rattner
– Sempre que alguém diz que a Lei de Moore atingindo seu limite eu olho para trás, para a história da indústria de semicondutores. Eu trabalho nela há mais de 30 anos e tenho trabalhado com a lei de Moore por muito tempo. Não se pode prever nada em termos de tecnologia mais do que dez anos à frente. Isso acontece porque temos a certeza de que no final de um período de dez anos nós enxergaremos um novo período de dez anos à frente. Se você olhar para o desenvolvimento dos novo chip com a tecnologia de 45 nanômetros (45 bilionésimos de metro), verá os problemas relativos à Lei de Moore com que tivemos que lidar.

Quatro ou cinco anos atrás, as pessoas diziam que a Lei de Moore estava chegando ao fim por causa da dissipação (a perda de corrente dentro do chip). A transição dos transistores com portas de silício para os transistores que combinam portas dielétricas High-K com porta de metal ocasionou uma redução dramática na dissipação.
Este é apenas um exemplo de como inovações técnicas podem solucionar aquilo que antes se pensava ser um limite fundamental. E existem outras inovações como estas que eu poderia descrever, apesar de ainda não as termos colocado em produção. Por exemplo, os transistores Tri-Gate, que pela primeira vez deixarão de ser tão somente de silício para ter uma camada de circuitos que fica acima do núcleo de silício (que devem estar nas gerações de transistores de 32 e de 22 nanômetros). Com isso quero dizer que daqui dez anos os transistores que estaremos construindo poderão não lembrar em nada os feitos hoje em dia. Mas isso não significa o fim da Lei de Moore.++++
O futuro chip de 80 núcleos é um exemplo desta mudança de design?
intel_rattner100Com certeza! Seis ou sete anos atrás, começamos a discutir sobre como resolver os problemas de limitação de potência nos chips, o que tornava muito difícil aumentar sua performance. Isso ocorria porque o tipo de energia, o tipo de potência que os processadores futuros dissipariam poderia ser maior do que nós poderíamos resfriar de forma economicamente viável. Assim, em 2001, começamos a discutir sobre esta barreira de potência e decidimos perseguir uma nova aproximação no design de processadores que envolviam o uso de processadores energeticamente mais eficientes e o uso de processadores com múltiplos núcleos. Portanto nós agora temos os processadores de dois núcleos (dual-core) e de quatro núcleos (quad-core). E teremos os de oito núcleos, e assim por diante...

De 16 núcleos, de 32 núcleos e assim por diante?
Na verdade creio que o que iremos assistir será uma evolução em diferentes ritmos para diferentes linhas de produto. Penso que processadores para desktops e aparelhos móveis passarão para oito, doze ou talvez 16 núcleos. Já o grupo de alto desempenho será aonde veremos aumentos dramáticos, e este é o espírito que motivou a criação dos processadores de 80 núcleos, voltados para atividades que requerem altos níveis de computação.

Existe futuro na computação sem o silício?
Bem, esta é uma pergunta muito provocativa. É difícil imaginar hoje em dia que o silício deixe de ser um componente básico dos processadores. Trata-se de um material tão versátil que continuamos a descobrir novos meios de usá-lo. Por exemplo, estamos construindo uma variedade de dispositivos ópticos em silício. De fato, anunciamos em julho um modulador óptico de silício de 40 gigabits por segundo. Partimos de um sinal óptico e o modulamos, inserindo nele dados à razão de 40 gigabits por segundo, o que é tão rápido quando qualquer outra tecnologia jamais o conseguiu.

O silício é um material muito poderoso e eu creio que ele permanecerá central nos semicondutores. Na medida em que nos movermos para novos designs ou novas arquiteturas de transistores como as chamamos, poderemos introduzir materiais que não são se silício. Estou falado dos transistores de superfície. Poderemos depositar outros materiais sobre a superfície e fazer transistores de outros materiais ou poderemos construir dispositivos que dependem de propriedades quânticas diferentes da carga eletrônica.

Tudo o que fazemos hoje ainda depende da carga eletrônica, mas estamos pesquisando outros meios baseados em certos efeitos quânticos. As pessoas chamam isso de (“eletrônica baseada no spin”, que depende do spin, a rotação de um elétron, para transportar a informação digital, os 0s e 1s). É possível que represente um futuro design se pudermos descobrir como controlar o efeito spin em circuitos e dispositivos úteis.

Você está usando como um sinônimo para Computação Quântica?
Não, elas são coisas diferentes. Fico feliz que tenha perguntado. A Computação Quântica é na verdade um tipo diferente de computação baseado no comportamento estatístico encontrado na Física Quântica. Ele pode vir a ser útil para algumas funções, mas não será muito útil para o tipo de coisas que fazemos hoje.++++
Será usado nas tarefas de computação maciça, mas não em desktops e notebooks, certo?
intel_rattner_logoSim, você tem razão. Ela oferece o potencial para uma demanda de paralelismo tremenda, e com muita eficiência. Mas existem alguns problemas que precisam ser resolvidos com o tipo de computação que os computadores quânticos irão realizar. O que eu estava dizendo com relação à é simplesmente usar uma das propriedades quânticas como, por exemplo, usar a carga como sendo o 1, a cor como o zero.

O spin é particularmente interessante se pudermos controlar este efeito em novos dispositivos de diversos tipos, e a Intel também está pesquisando isto. Voltando à Lei de Moore, podemos vir a atingir um fim para a eletrônica baseada na carga daqui a dez, 15 ou 20 anos. Mas poderemos substituí-la por um sistema baseado em spin. Se isso quer dizer que a Lei de Moore chegará ao fim, eu não sei. Mas contanto que possamos continuar melhorando a performance, a eficiência energética e a densidade dos processadores, ela continuará valendo.

Podemos voltar às transmissão de 40 gigas, também conhecida como Fotônica do Silício. Poderia explicá-la melhor?
Claro. Está ficando cada vez mais difícil elevar as taxas de transmissão quando tentamos mover dados através de cabos digitais de cobre. Estes cabos estão nas placas de circuitos, e podem se estender através de longas distâncias dentro de um data center ou até mesmo além dele. Como todo mundo está bem informado, o cobre faz parte dos sistemas de comunicações do passado.

Hoje existem fibras ópticas estendendo-se ao redor do globo. De fato, onde eu moro a companhia telefônica está trazendo fibra óptica até a minha casa. O mesmo acontece com os data centers, onde as fibras estão começando a entrar. Mas o custo disso é relativamente alto.

Então, por causa disso, hás quatro ou cinco anos nós começamos a olhar para a possibilidade de construir estes novos dispositivos ópticos de alta performance em silício. E projetamos fotodetectores de alta performance numa liga de silício-germânio. Construímos moduladores, começando com 10 gigabits por segundo e alcançando hoje os 40 gigas. Fizemos multiplexores e de multiplexores, e no ano passado desenvolvemos aquilo que tecnicamente se chama um “laser de silício híbrido”.

Então agora temos uma capacidade de transmissão óptica de ponta a ponta, mas precisamos colocar todos os dispositivos juntos num único chip e é isso no que estamos trabalhando agora mesmo. O que planejamos demonstrar é um transceiver óptico completo em silício no ano que vem ou por aí.++++
Quando esta tecnologia está disponível no mercado?
intel_rattner100É possível que no final da década nos tenhamos produtos de Fotônica de Silício no mercado. Se não for em 2010, talvez 2011, mas estamos bem perto agora. Temos todos os dispositivos ópticos e o que realmente importa é colocá-los todos juntos num único chip e construir o transceiver. Por causa do custo efetivo destes dispositivos, podemos falar no uso de tecnologias ópticas dentro do data center.

O público gosta de saber como serão os aparelhos de computação do futuro e para que servirão. Quais são os protótipos nos quais vocês estão trabalhando e quais serão as aplicações da próxima década?
Temos olhado com atenção para um amplo espectro de aplicativos que requerem quantidades enormes de poder computacional para serem viáveis e se tornarem realidade. Isto está de acordo com o que falamos antes, sobre construir máquinas de alto desempenho com múltiplos núcleos como o processador de 80 núcleos do qual falamos.

Olhamos para uma ampla gama de possibilidades como o traqueamento de movimento, a habilidade das câmeras de vídeo poder gravar o que você está fazendo e traduzir seus movimentos nas ações de uma imagem humana dentro do computador. Assim, quando você move os seus braços a figura no computador move os braços. Se você pisca os olhos a figura no computador pisca os olhos. Procuramos captar as expressões faciais assim como todos os movimentos corporais. Esta pode ser a base para algum tipo de game no futuro, ou pode ser um meio de ensinar alguém a dançar. O seu parceiro virtual será o computador.

Outro aplicativo que está gerando muito interesse é a possibilidade de manipular vídeo ao vivo, como as imagens de uma partida de futebol, sendo que o computador em tempo real faz o traqueamento de todos os jogadores e da partida, automaticamente dispondo as imagens em vídeo. Assim o telespectador poderá escolher se deseja ver apenas os chutes a gol, ou apenas os pênaltis, ou mostrar todas as jogadas quando tal jogador está com a bola. O computador faz isso tudo automaticamente.

Isso requer uma tremenda quantidade de computação, como você pode imaginar: traquear todos os jogadores, analisar os movimentos quaisquer que sejam... É um uso computacional muito intensivo, mas dentro de cinco anos pode ser que estas funções façam parte dos aparelhos de tevê.

Estas são algumas aplicações nas quais estamos trabalhando. Mas também temos dispositivos de auxílio à saúde. Estamos testando algumas tecnologias que você poderá carregar consigo sob a sua roupa. Elas irão monitorar o seu batimento cardíaco, suas respiração, sua atividade física, este tipo de coisas. Servirão basicamente para fornecer informações que possam melhorar a sua qualidade de vida ou alertá-lo para uma condição médica que mereça levá-lo a consultar um médico.

Atualmente estamos começando a ver surgir robôs assustadores que se locomovem como se estivessem vivos de verdade! Você acha que a era do das máquinas inteligentes está próxima?
A era das máquinas inteligentes, foi isso que você me perguntou? Bom, acredito que sob certos pontos-de-vista a resposta é sim. A plataforma de monitoramento à saúde que eu estava descrevendo possui uma variedade enorme de formas. Hoje você pode colocá-la no bolso ou prendê-la em seu cinto. Ela reúne todos estes dados e faz inferências com relação a eles. Ela pode dizer se você está sentado ou em pé, se você está dentro de casa ou do lado de fora, se está escalando, subindo ou descendo uma escada, e baseado nisso pode tomar decisões sobre o que você está fazendo. Quando o aparelho começa a aprender padrões do seu comportamento ele pode descobrir se você está em casa ou no trabalho, se está dirigindo o seu carro ou sentado numa praia qualquer.

Acredito que existe todo um campo chamado de Computação Perceptiva que está pronto para dar grandes avanços. Creio que ao longo da próxima década surgirão dispositivos, sejam eles robôs ou não, para explorar a percepção computacional e exibir um comportamento bastante humano. Tenho certeza de que isso vai acontecer.

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