A EVOLUO NANOTECNOLGICA DOS MICROPROCESSADORES

Felipe Miranda Medeiros

Andreza Raquel Monteiro de Queiroz

Ivania Alves Guedes

Resumo

A tecnologia tem evoludo todos os dias, e junto a ela, a necessidade de otimizar o funcionamento

dos equipamentos eletrnicos. Por este motivo a nanotecnologia uma forte aliada na construo

e melhoramento desses equipamentos. Nosso artigo ter o objetivo de informar ao leitor como e

em que a nanotecnologia favorece nos avanos da computao, especificadamente nos

microprocessadores. Para isso, utilizamos como fonte de pesquisa diversos sites e materiais

bibliogrficos, a fim de organizar o contedo e adequar os conhecimentos obtidos ao nicho

tradado. Deste modo, o presente artigo demonstra que a nanotecnologia tornou-se algo

indispensvel para a sociedade moderna.

Palavras-Chave: nanotecnologia, microprocessadores, avanos

1- Introduo

A necessidade de processar clculos cada vez mais complexos e com grande

preciso, e ter aplicativos com visual mais prximo da realidade, tem impulsionado os

microprocessadores tais como CPU (Central de Processamento Unitrio) e GPU (Unidade

de Processamento Grfico) a desenvolverem componentes (transistores) cada vez

menores.

Desse modo, surge a aplicabilidade da nanotecnologia, que desde 1971 vem

contribuindo no desenvolvimento e aperfeioamento na fabricao de

microprocessadores, diminuindo o tamanho dos transistores que antes eram dados em

micrometro (), com o decorrer de pesquisas passaram a uma escala bem menor, a do

nanmetro (n).

Em um breve comparativo, 2000 transistores de 45nm ocupam o mesmo espao que

a largura de um fio de cabelo humano, mostrando, assim, que em um microprocessador

no tamanho que ele existe atualmente e com tal tecnologia, pode conter 800 milhes de

transistores. Apesar desse nmero parecer ser muito grande, ele ainda tem demonstrado

ser insuficiente para suprir as necessidades existentes, impulsionando mais ainda os

avanos tecnolgicos para desenvolv-los.

Assim, o presente artigo, tem por objetivos descrever os avanos tecnolgicos

ocorridos nos microprocessadores e expor a importncia da GPU e da CPU nos mais

variados campos de atuao.

Os equipamentos eletrnicos, atravs da evoluo tecnolgica, tm adquirido

tamanhos menores e, por consequncia, tambm diminuem. Surgindo assim, a

importncia de conhecermos mais sobre a nanotecnologia, tema este responsvel por essa

reduo.

Como conservaremos nosso foco na nanotecnologia aplicada nos

microprocessadores, observaremos que este o principal meio responsvel pela

miniaturizao e aumento da capacidade de processamento de seus componentes

eletrnicos.

Para isso, buscamos informaes relevantes ao nosso tema em diversos sites que

tratam de tecnologia, mais especificamente, nos links relacionados com

microprocessadores. Em seguida, procuramos explicitar os dados colhidos para melhor

adequarem-se ao tema e ao possvel leitor, prezando pelo seu entendimento.

Desse modo, o presente artigo est disposto nos seguintes tpicos: O que

nanotecnologia, Qual a relao da nanotecnologia com os microprocessadores, Avanos

da nanotecnologia, Desafios serem vencidos ou barreiras encontradas, Aplicaes da

nanotecnologia nos microprocessadores.

2- Fundamentao terica:

2.1- O que nanotecnologia

Nanotecnologia um ramo da cincia dedicada ao controle e manipulao da

matria numa escala atmica e molecular. O termo nanotecnologia foi empregado

inicialmente pelo professor Norio Taniguchi em 1972 para descrever as tecnologias que

permitam a construo de materiais a escala de nanmetro (nm), equivalente a

bilionsimo de metro, ou seja, 1nm equivale a 0,000 000 001m, um tamanho muito

pequeno. Levando esse tamanho para o mundo real, ele aproximadamente 100mil vezes

menor que o dimetro de um fio de cabelo.

Apesar de parecer recente, as ideias acerca da nanotecnologia no so to atuais.

A primeira pessoa a referir-se ao mundo nanotecnolgico foi Leucipo de Mileto no sculo

V a.C. Ele desenvolveu a teoria de que tudo seria composto de partculas minsculas

indivisveis a olho nu, em referncia aos tomos. Percebe-se ento que a nanotecnologia

uma ideia que vem se construindo a muito tempo.

Sendo assim, a nanotecnologia largamente utilizada no mundo da computao,

sem ela no teramos tantos avanos na diminuio de vrios equipamentos eletrnicos,

tais como celulares, televises, notebooks, etc. Uma de suas principais aplicaes na

computao est na fabricao de microprocessadores, que esto tornando-os cada vez

mais poderosos.

Os microprocessadores para operarem necessitam de componentes chamados

transistor, que so responsveis por todo funcionamento do computador, equanto maior

o nmero de transistor presentes em um microprocessador maior ser desempenho

(velocidade). Ento com o desenvolvimento e o aumento das pesquisas nessa rea o

nmero de transistor presente na primeira CPU era de 6 mil passou 731 milhes, como

demonstra a tabela abaixo:

Quadro 1 Evoluo das CPUs (1974-2008)

Nome Data Transistores Tamanho Velocidade

8080 1974 6.000 6 m 2 MHz

8088 1979 29.000 3 m 5 MHz

80286 1982 134.000 1.5 m 6 MHz

80386 1985 275.000 1.5 m 16 MHz

80486 1989 1.200.00 1 m 25 MHz

Pentium 1993 3.100.000 0.8 m 60 MHz

Pentium II 1997 7.500.000 0.35 m 223 MHz

Pentium III 1999 9.500.00 0.25 m 450 MHz

Pentium 4 2000 42.000.000 0.18 m 1.5 GHz

Pentium D 2005 230.000.000 90 nm 2.8 GHz

3.2 GHz

Core 2 Duo 2007 820.000.000 45 nm 3 GHz

Core i7 2008 731.000.000 45nm 2.66 GHz

3.2 GHz

Fonte: Intel Corporation

No muito diferente das CPUs s GPUs tiveram um avano muito significativo,

elas contm um nmero maior de transistores presentes devido a sua arquitetura.

Enquanto uma CPU i7 (ltima tecnologia atualmente) contm 731 milhes de transistor,

uma GPU contm 3 bilhes.

Imagem 1 Diferenas entro uma CPU e GPU

Fonte: Blog Nvidia1

Essa grande diferena de transistor faz com que a GPU supere a CPU em diversos

aspectos, tais como clculos cientficos, que necessitam de uma grande preciso, em

maro de 2013 foi quebrado o recorde dos nmeros das casas decimais do nmero pi que

antes era de 5 trilhes, e passou a ser 8 quatrilhes, recorde esse obtido com uma GPU.

Os avanos da nanotecnologia nas GPUs podem ser notadas na evoluo dos grficos dos

jogo, que contam com grficos cada vez mais prximos da realidade. Como demonstrao

dessa evoluo observe a imagem abaixo da evoluo da personagem Lara Croft da srie

1 Disponvel em Acesso em abr. 2013.

Tomb Raider desenvolvida atualmente pela Crystal Dynamics, da esquerda para direita

temos imagens das diferenas geraes de GPUs, desde as antigas at a mais atual.

Imagem 2 Evoluo grfica no jogo Tomb Raider

Fonte: Jogadores pensantes2

2.2 - Qual a relao da nanotecnologia com os microprocessadores

Os microprocessadores tm-se desenvolvido bastante ao longo de pesquisas na

nanotecnologia. Seu progresso est diretamente ligado miniaturizao dos componentes

eletrnicos que os compem.

Um item fundamental e responsvel por executar tarefas complexas na computao

(execuo de aplicativos e jogos avanados), manipulando e aproveitando bem a energia

eltrica, o transistor. exatamente por isso que eles existem em abundncia nos

microprocessadores. A quantidade atual de transistores que h em um nico processador

s possvel por que os fabricantes reduziram seu tamanho.

Para termos uma ideia, segundo VASCONCELOS (2003), o processador 80486,

lanado em 1989, tinha pouco mais de 1 milho de transistores, e cada um deles media

aproximadamente 1 mcron (ou seja, 1 milsimo de milmetro). J hoje, como informado

pela equipe Intel Brasil (2011), a atual 2 gerao do Intel Core possui quase um

bilho de transistores. A diminuio de tamanho to grande que nem sequer podemos

ver a olho nu um transistor. A miniaturizao mostra-se como provedora de liberdade,

para as pessoas, e como mobilidade para os aparelhos, as mquinas tornam-se portteis e

as pessoas podem lev-las aonde quiserem.

Uma outra vantagem da miniaturizao que os computadores conseguem ser mais

eficientes e, ainda assim, economizam mais energia.

Em comparao com primeiro microprocessador da Intel, o 4004, a atual CPU de

32nm da Intel funciona quase 5.000 vezes mais rpido e cada transistor usa cerca de 5000

2 Disponvel em Acesso em abr. 2013.

vezes menos energia. No mesmo perodo, o preo de um transistor caiu cerca de 50.000

vezes. (Equipe Intel Brasil).

2.3 - Avanos da nanotecnologia

Os transistores so os principais componentes dos processadores, portanto seus

tamanhos influenciam diretamente na capacidade dos processadores. De acordo com

VASCONCELOS (2003), devido a evoluo nanotecnolgica, a partir de 2015, os

transistores sero minsculos, sendo formados apenas por algumas camadas de tomos.

Por isso, a medida que o tempo passa, a capacidade de processamento aumenta e os

componentes eletrnicos sofrem uma miniaturizao.

Os processadores modernos trabalham na escala de 45nm, porm a Intel est

trabalhando em um novo projeto cuja escala de 22nm juntamente com 32 ncleos,

configurao esta que certamente atender s necessidades do futuro.

2.4 Desafios a serem vencidos ou barreiras encontradas

Um grande problema da miniaturizao de equipamentos eletrnicos o calor. Ele

tambm o principal responsvel pela limitao de velocidade e vida til dos

processadores e pode chegar a queim-lo ou faz-lo funcionar de maneira instvel.

Por isso, tcnicas de resfriamento so extremamente necessrias. Se o calor no

for estabilizado, a temperatura do dispositivo aumentar at que seus circuitos sejam

danificados.

Quanto menor for a temperatura em que o processador funcionar, maior ser a

sua vida til e menor a probabilidade do computador apresentar instabilidades.

(ANTONELLI, 2007, p.10)

Para isso, em todos os computadores convencionais h o cooler, componente que

utiliza o ar, funcionando como um ventilador, para resfriar os equipamentos. So

utilizados tambm a pasta trmica e os dissipadores, que auxiliam no funcionamento do

cooler.

Alm desses mtodos, existe tambm o resfriamento gua, conhecido por muitos

como coolers de gua. Infelizmente, esse sistema de refrigerao muito raro, pelo

simples fato de que, ao menos aqui no Brasil, esse tipo de tecnologia chega com valores

abusivos. Esse artifcio indicado para computadores onde a temperatura do processador

elevada, geralmente em mquinas com configuraes de alto nvel, que no possuem

uma boa ventilao do gabinete e precisam de uma maior refrigerao.

Esse artifcio bastante eficiente, porque, alm da reduo da temperatura, no h

o incmodo do rudo constante presente nos computadores com ventoinhas (coolers) e,

por conseguir refrigerar de forma mais eficiente, prolonga a vida da CPU (Central

Processing Unity) e garante a execuo de tarefas com maior eficincia, j que as altas

temperaturas prejudicam o desempenho do computador.

Mas, apesar de mais eficiente que o cooler, em algumas situaes, a refrigerao

a gua no suficiente, nesse caso, profissionais conhecidos como overclockers, utilizam

o resfriamento com nitrognio lquido.

Tais profissionais trabalham com uma tcnica que permite acelerar o hardware de

um computador para deix-lo mais potente, o chamado overclock. Em campeonatos, estes

entusiastas mais que dobram o nmero de operaes suportadas por um processador, logo

esperado um aquecimento acima do normal. Nesses casos, a soluo o nitrognio

lquido, que assume temperaturas abaixo de -100 C.

Dessa forma, os pesquisadores vo avanando suas pesquisas, e buscando

melhores mtodos de adaptao, seja combatendo o calor, ou aumentando novamente o

tamanho dos aparelhos, como nota-se nos celulares de ltima gerao.

2.5- Aplicaes da nanotecnologia

Os processadores esto to presentes em nosso dia a dia que nem percebemos.

Segundo STEIW (2005), os processadores tm se transformado em pea comum a

qualquer objeto. Ningum vai notar a presena do computador na caneta, na chave da

porta, no carto do banco, no sapato, mas ele estar l. Existem equipamentos eletrnicos

que no precisam realizar funes complexas e por isso um simples processador capaz de

realizar operaes bsicas j o suficiente. Para exemplificar, podemos destacar o ar-

condicionado, micro-ondas, aquecedores, entre outros. Por outro lado, h tambm aqueles

equipamentos capazes de realizar atividades mais complexas, sendo um bom exemplo, o

computador, que pode realizar ao esmo tempo processamento de imagens, reproduo de

udio, edio de textos, e assim por diante.

3- Consideraes Finais

Sendo assim, nosso artigo explorou a aplicabilidade e os avanos da

nanotecnologia nos componentes eletrnicos presentes nos microprocessadores,

transistor, e conclumos que a nanotecnologia tem um papel essencial no avano da

computao, e apresenta grande jornada pela frente. Segundo Willian Dally, cientista

chefe da Nvidia afirmou que em 2015 teremos microprocessadores com 11nm com mais

de 20 GF/s (Giga Flop por segundo). Com a continuidade do avano da nanotecnologia,

teremos, em pouco tempo, computadores mais poderosos, aparelhos eletrnicos mais

sofisticados, at mesmo os eletrodomsticos presentes em nossas casas sero beneficiados

com esse crescente avano.

4- Referncias

1. ANTONELLI, Daniel Silva. Resfriamento Lquido de Computadores e

Servidores. dez.2007. Disponvel em

.

Acesso em 21 mar. 2013 s 22:47.

2. COSTA, Ana Rita Firmino, et al. Orientaes Metodolgicas para Produo de

Trabalho Acadmicos. 6 ed. Maceo. EDUFAL, 2004, p. 47 59

3. DADOS curiosos. Equipe Intel Brasil. Sala de Imprensa Intel Brasil. 19 nov.

2011. Disponivel em

Acesso em 20 mar. 2013 s 23:42.

4. HAND, Randall Nvidias. William Dally forsees 11nm processors in 2015.

Disponvel em Acesso em 22 abr. 2013.

5. JORDO, Fbio. O que Nanotecnologia? Disponvel em

Acesso

em 22 abr. 2013.

6. JORDO, Fbio. TecMundo. Como funcionam os sistemas de refrigerao a

lquido. 18 mar. 2011. Disponvel em

Acesso em 21 mar. 2013 s 23:07.

7. JORDO, Fbio. TecMundo. Veja como so produzidos os processadores. 28

jan. 2011. Disponvel em Acesso em 21 mar. 2013 s 00:18.

8. MOTTA ROTH, Desire e HENDGES, Graciela. Produo Textual na

Universidade. So Paulo: Parbola, 2010.

9. S/A. Cartilha sobre nanotecnologia. Disponvel em

Acesso em

22 abr. 2013.

10. S/A. Como um PC refrigerado a Nitrognio? Disponvel em

Acesso em 21 mar. 2013 s 23:58.

11. S/A. Whats the diference between a CPU and a GPU?. Disponvel em

Acesso em 6 abr. 2013.

12. STEIW, Leandro. Nanotecnologia: A revoluo invisvel. Disponvel em

Acesso em 22 abr. 2013.

13. VASCONCELOS, Laercio. Nanotecnologia e a Fabricao de chips. fev. 2003.

Disponvel em

Acesso em

20 mar. 2013 s 23:38.