Os computadores costumavam ser do tamanho de uma sala.
Mas agora cabem em nosso bolso,
em nosso pulso
e podem até mesmo ser implantados dentro do nosso corpo.
Isso é muito legal, não é?
Isso foi possível pela miniaturização de transistores,
que são os pequenos interruptores nos circuitos
no coração dos nossos computadores.
E isso foi alcançado através de décadas de desenvolvimento
e avanços na ciência e engenharia
e de bilhões de dólares em investimento.
Mas nos deu grandes quantidades de capacidade,
enormes quantidades de memória
e a revolução digital que todos nós conhecemos e desfrutamos hoje.
Mas a má notícia é
que estamos prestes a atingir um obstáculo digital,
conforme a taxa de miniaturização de transistores está diminuindo.
E isso está acontecendo exatamente ao mesmo tempo
em que a nossa inovação em software continua incansavelmente
com inteligência artificial e grande volume de dados.
Os dispositivos realizam reconhecimento facial, aumentam a nossa realidade
ou até mesmo dirigem carros pelas nossas estradas perigosas e caóticas.
É incrível.
Mas se não acompanharmos o apetite do nosso software,
podemos chegar a um ponto no desenvolvimento da nossa tecnologia
em que as coisas que faríamos com o software poderiam, de fato, ser limitadas
pelo nosso hardware.
Todos já experimentamos a frustração de um smartphone ou tablet antigo
morrendo lentamente até parar ao longo do tempo
sob o peso cada vez maior de atualizações de software e novos recursos.
E eles funcionavam muito bem há pouco tempo quando os compramos.
Mas os engenheiros de software esfomeados consumiram toda a capacidade de hardware
ao longo do tempo.
A indústria de semicondutores está muito ciente disso
e está trabalhando em todo tipo de soluções criativas,
como ir além dos transistores para a computação quântica
ou mesmo trabalhando com transistores em arquiteturas alternativas,
como redes neurais,
para fazer circuitos mais robustos e eficientes.
Mas essas abordagens levarão algum tempo
e estamos procurando uma solução muito mais imediata para esse problema.
A taxa de miniaturização de transistores está diminuindo
devido à complexidade cada vez maior do processo de fabricação.
O transistor costumava ser um dispositivo grande e volumoso,
até a invenção do circuito integrado
baseado em pastilhas de silício cristalino puro.
E depois de 50 anos de desenvolvimento contínuo,
podemos alcançar dimensões de recursos de transistores
de até 10 nanômetros.
Podemos encaixar mais de um bilhão de transistores
em um único milímetro quadrado de silício.
E para colocar isso em perspectiva:
um fio de cabelo humano tem 100 mícrons de espessura.
Um glóbulo vermelho, que é essencialmente invisível,
tem oito mícrons de diâmetro
e podemos colocar 12 na espessura de um fio de cabelo humano.
Mas um transistor, em comparação, é muito menor,
com uma pequena fração de um mícron de diâmetro.
Podemos colocar mais de 260 transistores
através de um único glóbulo vermelho
ou mais de 3 mil na espessura de um fio de cabelo humano.
É realmente incrível a nanotecnologia no nosso bolso nesse momento.
E além do benefício óbvio
de poder colocar mais transistores menores em um chip,
transistores menores são interruptores mais rápidos
e também mais eficientes.
Então essa combinação nos deu
o menor custo, maior desempenho e maior eficiência eletrônica
que todos nós desfrutamos hoje.
Para fabricar estes circuitos integrados,
os transistores são construídos camada por camada,
numa pastilha de silício cristalino puro.
E em um sentido simplista,
cada minúsculo recurso do circuito é projetado
sobre a superfície da pastilha de silício,
gravado em material sensível à luz
e, em seguida, gravado através do material sensível à luz,
para deixar o padrão nas camadas subjacentes.
E este processo foi drasticamente melhorado ao longo dos anos
para proporcionar o desempenho eletrônico que temos hoje.
Mas conforme os recursos do transistor ficam cada vez menores,
nos aproximamos das limitações físicas
desta técnica de fabricação.
Os sistemas mais recentes para fazer esse padrão
tornaram-se tão complexos
que custariam mais de US$ 100 milhões cada.
E as fábricas de semicondutores contêm dezenas dessas máquinas.
Então as pessoas estão questionando: esta abordagem é viável a longo prazo?
Mas acreditamos que podemos fabricar os chips
de uma maneira totalmente diferente e muito mais econômica
usando engenharia molecular e imitando a natureza
nas dimensões nanoscópicas de nossos transistores.
Como eu disse, a manufatura convencional usa todos os recursos do circuito
e projeta-o no silício.
Mas se observarmos a estrutura de um circuito integrado,
as matrizes dos transistores,
muitas das funcionalidades são repetidas milhões de vezes.
É uma estrutura altamente periódica.
Então, queremos aproveitar essa periodicidade
em nossa técnica de fabricação alternativa.
Queremos usar materiais de automontagem
para formar naturalmente as estruturas periódicas
que precisamos para nossos transistores.
Fazemos isso com os materiais,
que, então, fazem o trabalho duro da padronização fina,
ao invés de empurrar a tecnologia de projeção para seus limites e além.
A automontagem é vista na natureza em muitos lugares diferentes,
de membranas lipídicas a estruturas celulares,
então sabemos que pode ser uma solução robusta.
Se é bom o suficiente para a natureza, deve ser bom o suficiente para nós.
Então, queremos pegar essa automontagem robusta e natural
e usá-la para a fabricação de nossa tecnologia de semicondutores.
Um tipo de material de automontagem,
chamado de copolímero em bloco,
consiste em duas cadeias poliméricas com umas dezenas de nanômetros de comprimento.
Mas essas cadeias se odeiam.
Elas se repelem,
muito parecido com óleo e água ou meu filho e minha filha adolescentes.
(Risos)
Mas nós cruelmente os unimos,
criando uma frustração inerente no sistema
conforme eles tentam se separar um do outro.
No material a granel, há bilhões deles,
os componentes similares tentam ficar juntos
e os componentes opostos tentam se separar um do outro, ao mesmo tempo.
E isso tem uma frustração embutida, uma tensão no sistema.
Ele se move, se contorce até que surge uma forma.
E a forma natural de automontagem que surge é em nanoescala,
é regular, periódica e de longo alcance,
que é exatamente o que precisamos para nossas matrizes de transistores.
Então podemos usar engenharia molecular
para projetar diferentes formas de diferentes tamanhos
e diferentes periodicidades.
Por exemplo, se pegarmos uma molécula simétrica,
em que as duas cadeias poliméricas são de comprimento semelhante,
a estrutura automontada natural que é formada
é uma linha longa e sinuosa
parecida com uma impressão digital.
A largura das linhas da impressão digital
e a distância entre elas
é determinada pelo comprimento de nossas cadeias poliméricas,
mas também pelo nível de frustração embutida no sistema.
E podemos até criar estruturas mais elaboradas
se usarmos moléculas assimétricas,
nas quais uma cadeia polimérica é significativamente mais curta que a outra.
E a estrutura automontada que se forma neste caso
está com as cadeias mais curtas formando uma bola apertada no meio,
e é cercada por cadeias poliméricas mais longas e opostas,
formando um cilindro natural.
O tamanho deste cilindro
e a distância entre os cilindros,
a periodicidade,
é determinado por quanto tempo fazemos as cadeias poliméricas
e o nível de frustração embutida.
Então, em outras palavras, estamos usando engenharia molecular
para automontar estruturas em nanoescala
que podem ser linhas ou cilindros do tamanho e periodicidade do nosso projeto.
Usamos química, engenharia química,
para fabricar os recursos em nanoescala que precisamos para nossos transistores.
Mas a capacidade de automontar essas estruturas
só nos leva até a metade do caminho,
porque ainda precisamos posicionar essas estruturas
onde queremos os transistores no circuito integrado.
Mas podemos fazer isso com relativa facilidade
usando estruturas de guia largas
que fixam as estruturas automontadas,
ancorando-as no lugar
e forçando o resto das estruturas automontadas
a ficarem em paralelo,
alinhado-as com a nossa estrutura de guia.
Por exemplo, se quisermos fazer uma linha fina de 40 nanômetros,
que é muito difícil de fabricar com tecnologia de projeção convencional,
podemos fabricar uma estrutura de guia de 120 nanômetros
com tecnologia de projeção normal,
e essa estrutura alinhará três das linhas de 40 nanômetros entre elas.
Então os materiais estão fazendo o padrão fino mais difícil.
Chamamos toda essa abordagem de "automontagem dirigida".
O desafio da automontagem dirigida
é que todo o sistema precisa se alinhar quase perfeitamente,
porque qualquer defeitozinho na estrutura pode causar uma falha no transistor.
E porque há bilhões de transistores em nosso circuito,
precisamos de um sistema quase molecularmente perfeito.
Mas estamos tomando medidas extraordinárias para alcançar isto,
da limpeza de nossa química
ao processamento cuidadoso dos materiais
na fábrica de semicondutores
para eliminar até mesmo os menores defeitos nanoscópicos.
A automontagem dirigida é uma nova tecnologia inovadora,
mas ainda está em fase de desenvolvimento.
Estamos crescendo na confiança de que podemos, de fato, introduzi-la
na indústria de semicondutores
como um novo processo de fabricação revolucionário
nos próximos anos.
E se pudermos fazer isso, se formos bem-sucedidos,
nós poderemos continuar
com a miniaturização econômica de transistores,
continuar com a espetacular expansão da computação
e da revolução digital.
E mais, isso poderia ser o alvorecer de uma nova era
de fabricação molecular.
Isso é muito legal, não é?
Obrigado.
(Aplausos)